轮盘超速试验台减振结构动态特性分析及优化

发布时间：2020-03-28 03:04

【摘要】： 船舶用燃气轮机,是高速旋转机械,其转子属于柔性转轴。高速旋转时,轴承—转子系统的动态特性对机械稳定运转的平稳性有重要的影响。影响平稳性的问题普遍是振动问题,转子大幅度的振动,可能会造成很多不必要的损失,有时还可能导致燃气轮机的报废。 本文中的超速试验台,是用来考核船舶用燃气轮机轮盘高速旋转性能的。试验台旋转速度较高,为减小试验台转子系统的振动,特别是避免共振,必须根据实际工况,设计合理的减振结构,使转子系统的动态特性满足高转速及避免共振的需求。 针对试验台的原减振方案采用滑动轴承支承,存在不满足高转速要求,且润滑油泄漏严重的不足,确定了采用滚动轴承支承的新方案。新方案使用高速角接触球轴承与鼠笼式弹性支承串联的方式,达到减振目的;设计了减振结构,包括轴系部分、支承部件、润滑及密封系统、动力装置及壳体部分;利用CAD及PROE软件建立了减振结构的二维及三维模型。 分析了减振结构的力学特性,利用有限元软件ANSYS对鼠笼及转轴结构进行了强度分析,得到了变形及应力分布云图;对轴承及鼠笼进行了刚度分析,分析了影响支承刚度的主要因素,得到了转子系统的支承刚度值;对鼠笼及转轴进行了模态分析,得到了各自的固有频率及振型,为转子系统动态特性分析提供了临界转速的边界值。 利用传递矩阵法,分析了试验台鼠笼-轴承-转子系统的动态特性。建立了试验台转子的动力学分析模型,根据集总参数法,确定了试验台转子典型部件及整体传递矩阵。通过MATLAB编程,得到了鼠笼-轴承-转子系统的临界转速及振型,其中考虑了弹性支承、圆盘转动惯性、剪切变形的影响。 针对初始减振结构的动态特性分析结果,优化影响临界转速的主要参数,包括鼠笼截面宽度、笼条数目及轴承预紧力。确定目标函数、优化变量及约束条件,通过MATLAB编程,确定了优化变量参数范围,分析了优化变量对试验台转子系统临界转速的影响规律。综合考虑实际加工及应用,确定了最终的鼠笼结构参数及轴承预紧力,得到了满足试验台高转速要求并能有效避免共振的减振结构。
【图文】：

1-外环 2-内环(滚动轴承外圈)图 1-1 挤压油膜阻尼器简图[2]D没有弹性支承，不能承受静载，其结构更加简弹性支承时的疲劳破坏。但必须考虑径向力的主要用于辅助轴承[6,7]。膜阻尼器具有显著的减振效果，但如果设计制油膜力的非线性将会大幅度增加，导致许多有努力，不断完善其结构、提高其性能，研制出油膜阻尼器(PSFD)，其宏观结构和普通的SFD是多孔结构，可以渗透润滑油，改善阻尼器在转子系统的振动进行有效、可靠地控制[8]。质挤压油膜阻尼器，使用弹性支承和多孔质挤了SFD原有的突出优点，又可降低油膜刚度的预期值，，具有显著的减振效果[9]。但有易出现双)以及非协调进动等缺点。

的主动控制是近几十年才发展起来的一个为，对于转子系统的不平衡响应或不稳定因有液压力、电磁力等)，通过伺服控制系统，的不平衡响应或增加系统稳定性。可变间隙，它可在特定转速(如临界转速)时通过液压伺，由此改变阻尼器的刚度和阻尼，有效地控这种阻尼器能明显抑制双稳态跳跃等非线性能[11]。挤压油膜阻尼器，其结构与动静压挤压油膜制油膜的供油压力，而改变阻尼器的刚度和主动控制。能够明显地改善油膜力的高度非供油压力以及节流参数的变化对转子系统动衡量突变时平稳性也较好，是一种良好的弹
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH113.1

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本文编号：2603825