含裂紋的渦輪增壓器轉子系統(tǒng)動力學特性研究.pdf

1、渦輪增壓器的主要部件是渦輪增壓器轉子系統(tǒng)，其轉速可達幾萬轉/分～二十幾萬轉/分。轉子系統(tǒng)在高速、高溫高壓、強腐蝕等惡劣條件下工作，轉軸上會產生細小裂紋源，并在各種應力作用下擴展導致軸斷裂，輕則造成經濟損失，重則危害人身安全。裂紋是旋轉機械中常見又極具危害性故障，通常采用超聲波、紅外線、磁粉探傷等方法對其進行檢測。但這些方法都需要停機檢查，不利于裂紋在線識別與檢測。研究發(fā)現，裂紋產生與擴展對轉子的振動響應有很大影響。因此，對含裂紋的渦輪增

2、壓器轉子系統(tǒng)動力特性研究可為渦輪增壓器裂紋故障在線診斷與檢測提供理論參考，具有一定的理論意義和工程應用價值。
　　 本文考慮渦輪懸臂端裂紋，分別考慮單油膜支承和浮環(huán)支承（雙油膜）建立了轉子系統(tǒng)力學模型及微分方程。并應用非線性理論和轉子動力學理論，探討了裂紋對轉子系統(tǒng)非線性動力特性及運動穩(wěn)定性的影響。論文主要研究內容如下:
　　 (1)考慮單油膜支承，并將其簡化為軸頸模型，建立了渦輪增壓器轉子系統(tǒng)的力學模型和數學模型。利用

3、矩陣傳遞法計算了該系統(tǒng)的一階臨界轉速和二階臨界轉速，分析了無裂紋轉子系統(tǒng)的支撐剛度對臨界轉速的影響;考慮渦輪盤處的開斜裂紋，研究了裂紋軸剛度和臨界轉速隨裂紋深度及轉軸轉角的變化。
　　 (2)基于以上所建模型，利用四階Runge-Kutta法對含開斜裂紋轉子系統(tǒng)進行數值計算，并分析了裂紋對渦輪增壓器轉子系統(tǒng)非線性行為的影響。發(fā)現:裂紋使轉子系統(tǒng)在1/3Ωc、2/3Ωc附近產生三倍周期運動，擬周期運動等非線性動力學行為;抑制了油膜

4、作用的轉速區(qū)間;高速區(qū)裂紋對系統(tǒng)非線性振動特性影響小。
　　 (3)考慮浮環(huán)支承（雙油膜），建立了渦輪盤處含開閉裂紋的轉子系統(tǒng)動力學微分方程，利用四階Runge-Kutta法對該系統(tǒng)進行數值計算，研究分析了裂紋對渦輪增壓器轉子系統(tǒng)動力特性的影響。發(fā)現:裂紋使系統(tǒng)產生分頻振動，增大了低轉速時不平衡力的幅值;內油膜失穩(wěn)的轉速區(qū)減小，但失穩(wěn)幅值增大，且內外油膜阻尼對振動幅值不起作用;高轉速時裂紋對系統(tǒng)振動特性影響很小。