基于流固耦合的可倾瓦轴承—转子系统非线性振动分析

发布时间：2020-08-28 18:48

　　可倾瓦滑动轴承具有噪声较小、运转稳定的特点,主要在大型的旋转器械中使用。而近年来随着旋转机械的迅速发展,由油膜力等非线性因素导致的轴承和转子系统失稳的挑战和缺点也开始显现出来。因此如何保证可倾瓦轴承在合理的参数下稳定运行,是这一领域的热门研究问题。本文主要研究影响可倾瓦轴承-转子系统稳定的因素,具体研究过程如下:(1)采用结构化网格建立可倾瓦轴承模型,通过对比最后确定了130万的网格模型,随后开发了适合模型计算的流固耦合自定义动网格方法和可以更新轴颈与瓦块速度变化的UDF程序。因此,本文在研究过程中当网格被大幅度扭转以后,网格模型仍然具有较高的网格质量。于是,本文以此网格模型为基础,使用SIMPLEC数值分析方法,对具有“全空化”特点的模型,采用两相流控制方程进行求解。(2)在UDF环境中以牛顿迭代原理为基础,提出了可倾瓦轴承静平衡位置的求解方法来计算可倾瓦轴承油膜在平衡状态下的流场。以进油压力、预负荷系数和转速为变量,计算了在恒定偏心率的不同工况下的平衡态油膜流场和瓦块摆角,分析这些因素对可倾瓦轴承达到平衡状态时油膜性能的影响,从油膜流场的角度上为可倾瓦轴承振动特性的研究奠定基础。(3)本文在考虑瓦块的惯性条件下,建立了可倾瓦轴承油膜力与转子之间的弱耦合运动微分方程,然后利用Newmark-β法对运动微分方程积分,从而获得在一个周期内转子的轴心轨迹和瓦块的摆动轨迹。并在分析可倾瓦轴承-转子系统振动稳定性时,主要考虑了进油压力、支点位置系数、转子质量偏心距和瓦块预负荷等因素。本文通过与其他文献中的计算数据对比,验证了本文计算结果的准确性。计算结果表明,进油压力、预负荷系数和转速的提高均可以增大油膜流场压力值,从而增强轴承的承载能力,但这些变量将会对瓦块摆角产生不同的影响。进油压力的提高会使瓦块平衡摆角增大,而预负荷系数和转速的提高则使瓦块平衡摆角减小;当轴承预负荷系数较小时,进油压力对转子振幅和最小油膜厚度的影响较大,转子振幅随进油压力的增大先增大后减小,转子振幅最多可降低4.8μm;降低转子质量偏心距和提高瓦块支点位置系数均可以降低转子振幅,提高转子振动稳定性;油膜力的非线性特点将会随转子质量偏心距的增大而更加显著;此外提高进油压力、预负荷系数与支点位置系数和降低转子质量偏心距还可以提高Y向油膜刚度在运动周期内的对称性。
【学位单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH113.1
【部分图文】：

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轴颈半径/m 0.02488瓦块内径/m 0.025轴承半径/m 0.035瓦块厚度/m 0.01轴承长度/m 0.03瓦块包角/度 75支点位置系数 0.5、0.55、0.6建模的一个重要环节。由于网格类型的选择生成的网格质量产生很大影响，因而其对模以及不同的工况，对网格的要求也不同。由过程中可能会使网格质量变差，甚至发生畸。

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图 2-2 轴颈平移和瓦块摆动示意图a) 网格变化前 b) 网格变化后图 2-3 网格变化示意图方法在求解可倾瓦轴承流场上的优势，确定了发了一种基于 DEFINE_GRID_MOTION 宏的

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a) 网格变化前 b) 网格变化后图 2-3 网格变化示意图结了 CFD 方法在求解可倾瓦轴承流场上的优势，确定了计算模型置。开发了一种基于 DEFINE_GRID_MOTION 宏的自定义动轴颈的同步运动，在较大的扭转变形下，网格仍能保持很高的了网格数量为 130 万的网格进行之后的数值计算。

【参考文献】