復雜轉子系統(tǒng)動力學行為研究.pdf

1、大型組裝式離心壓縮機組包含多根平行轉子-軸承系統(tǒng),通過齒輪箱和聯(lián)軸器實現(xiàn)動力耦合。隨著機組向高速化、輕型化、復雜化方向發(fā)展,迫切需要完善系統(tǒng)動力學模型及進行動力學行為研究,為提高機組的穩(wěn)定性、安全性和可靠性提供理論和工程指導。
　　本文以大型組裝式離心壓縮機組轉子動力學建模與求解為工程背景,主要圍繞紊流工況非線性油膜力及其Jacobi矩陣求解、可傾瓦軸承動力學模型、多平行轉子-軸承系統(tǒng)建模及非線性動力求解幾個方面,進行動力學建模及

2、相應高效求解算法研究。本文研究工作在理論和應用上取得了一些創(chuàng)新成果,對復雜轉子-軸承系統(tǒng)動力特性研究及其工程應用具有積極的意義。
　　具體地,本文主要研究內容和研究成果可以分為以下幾方面:
　　(1)利用二階線性橢圓型偏微分方程等價變分不等方程理論,針對紊流工況Reynolds方程,提出了一種聯(lián)合求解紊流非線性油膜力及其Jacobi矩陣快速算法?？紤]到軸承側端壓力不等于零工況,選取權函數(shù)和線性插值函數(shù)乘積形式作為油膜壓力函數(shù)

3、,建立有限元離散化的一維變分不等方程。利用修正的追趕法求解油膜壓力及其導數(shù),無需迭代自動滿足油膜自由邊界條件。
　　(2)考慮到瓦塊繞支點擺動和沿幾何預載荷方向微幅振動,對于n瓦可傾瓦軸承首次建立了包含2n+2個自由度的可傾瓦軸承完整動力學解析模型。通過建立固結與瓦塊的隨動坐標系和可傾瓦軸承總體坐標系,全局廣義位移向量和力向量可以簡練地轉換到局部隨動坐標系下位移向量和力向量,進而通過求解局部坐標系下的油膜力及其Jacobi矩陣擴充

4、、疊加得到系統(tǒng)的廣義油膜力向量及其Jacobi矩陣。對于可傾瓦軸承承受靜載荷工況,給出了一種求解靜平衡方程的快速算法,可以快速計算得到軸頸和瓦塊的靜平衡位置同時得到系統(tǒng)的剛度和阻尼系數(shù)矩陣。當設定軸頸和瓦塊擾動頻率,給出了縮聚可傾瓦軸承完整動力特性系數(shù)得到八個簡化當量剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的計算方法。
　　(3)利用有限元方法,建立了比較完善的齒輪嚙合多平行轉子軸承系統(tǒng)動力學模型。針對轉子-軸承系統(tǒng)為局部高維非線性動力系統(tǒng)特點,考慮了

5、廣義非線性力影響,提出了一種二次規(guī)范降階方法,通過兩次規(guī)范降階把原高維系統(tǒng)轉化為與之等價的低維系統(tǒng),采用配套的打靶法求解低維系統(tǒng)的周期解并通過Floquet定理來判斷周期解的穩(wěn)定性,周期解失穩(wěn)后采用直接數(shù)值積分方法求解系統(tǒng)的長期動力響應。
　　(4)針對復雜轉子系統(tǒng)動力特性的研究,根據(jù)本文對軸承-轉子系統(tǒng)的求解算法分析,編寫了相關的計算程序,對可傾瓦軸承-轉子系統(tǒng)和某工程組裝式PTA離心壓縮機組,進行了線性動力特性分析和非線性動力