周向拉杆转子轴承系统的非线性动力学特性

发布时间：2020-04-09 11:26

【摘要】：重型燃气轮机是最经济有效的发电设备,对现代工业发展极为重要。出于轻量化、制造方便、优化设计等目的,重型燃气轮机多采用轮盘式拉杆转子结构:利用拉杆螺栓(中心或周向布置)将各轮盘压紧构成转子。不同于整体式转子,轮盘间存在的粗糙接触(平面接触或端齿接触)会导致刚度随转轴变形而呈非线性变化,并且该变化于重型转子更加突出。另外,重型燃气轮机中存在的轴承非线性油膜力,会导致油膜涡动甚至油膜振荡这两危险的非线性动力学行为。在两非线性的共同作用下,轮盘式拉杆转子轴承系统具有更为复杂的非线性动力学特性,对此,本文针对轮盘间接触为平面粗糙接触的周向拉杆转子轴承系统进行研究。针对周向拉杆转子特殊结构以及轮盘间接触会引入非线性刚度等问题,本文根据坐标变换及能量原理建立了周向拉杆力学模型,该模型将拉杆表现为附加力矩(预紧力不均匀时)以及附加刚度矩阵;结合Hertz接触模型、GW粗糙表面接触理论,经计算得出粗糙接触界面上接触微元的法向、切向接触刚度与法向接触压力之间的拟合函数;通过分析轮盘间所承受弯矩大小对轮盘间接触状态的影响,并将两接触轮盘加上二者之间的接触定义为接触梁单元,利用已得接触刚度拟合函数和有限元仿真,计算得到了接触梁单元两端面的相对转角与其刚度矩阵之间的变化关系,并构建了接触梁单元刚度矩阵的变化率拟合函数Γ(Υ),其中函数变量Υ为接触梁单元两端面的相对转角与接触分离的临界相对转角之间的比值。从而构建了周向拉杆转子中轮盘间接触所带来的非线性刚度。针对周向拉杆转子轴承系统非线性动力学特性的分析,本文根据已有实验研究构建了周向拉杆转子合理简化模型,根据Capone圆轴承模型来引入了非线性油膜力,利用已得轮盘间接触的非线性刚度,采用Timoshenko梁单元建立了周向拉杆转子轴承系统的动力学微分方程。分别在刚性支撑下、非线性轴承支撑下,以及考虑或不考虑非线性刚度的条件下,采用四阶Runge-Kutta方法进行数值求解,对计算结果进行分析讨论。针对油膜涡动这种危险的失稳现象,本文又利用了非自治非线性系统运动稳定性的量化方法,对转子不平衡质量偏心距离和轴承间隙两个系统参数的稳定裕度进行分析,以及对转子系统抗冲击扰动裕度进行了分析。
【图文】：

转速山，，321】rad/s
【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】：2019
【分类号】：TK473

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本文编号：2620692