耦合双转子—组合支承系统非线性动力特性分析

发布时间：2020-06-25 06:50

【摘要】：燃气轮机是能源工业中重要的动力设备,耦合双转子-组合支承系统是目前高功重比燃气轮机普遍采用的轴系结构型式。作为燃气轮机的核心部件,耦合双转子-组合支承系统的振动特性在保证整机稳定运行和可靠性方面具有至关重要的作用。本文以典型的燃气轮机耦合双转子-组合支承结构为分析对象,研究了系统的非线性动力响应特性。首先,基于有限单元法建立了高压转子-滚动轴承系统高维非线性动力学模型,并进一步建立了更高自由度的耦合双转子-组合支承系统非线性动力学模型。在模型中,考虑了转子剪切变形、陀螺力矩和转动惯量,滚动轴承的非线性支撑力及挤压油膜阻尼器的阻尼与弹性鼠笼的刚度。然后,对求解高维非线性运动微分方程响应的几种数值积分方法进了分析和比较,数值方法包括:Newmark-β法、Newmark-β自适应步长法、精细积分法、增维精细积分法,Runge-Kutta法。以燃气轮机高压转子-滚动轴承系统动力学模型为例,对比了各算法的精度和效率。综合分析表明目前Newmark-β法在求解高维非线性转子动力学响应中更具有优势。最后,数值计算了高压转子系统和耦合双转子系统的固有特性,通过Campbell图获得了系统各阶临界转速,并绘制了系统振型图、分岔图、轴心轨迹图、频谱图、庞加莱图。分析了转速、不平衡量、滚动轴承游隙对高压转子-滚动轴承系统的非线性响应的影响。分析了同转、反转、转速比、中介轴承刚度对耦合双转子-组合支承系统固有特性的影响,分析了转速、不平衡量位置、中介轴承对系统非线性响应的影响。并且,探讨了突发不平衡对耦合双转子系统响应的影响。
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK471
【图文】：

振型图,振型,动力响应

图３．３邋３＃结点ｘ方向幅频特性曲线逡逑Ｆｉｇ．邋３．３邋Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋３＃邋ｎｏｄｅ邋（ｘ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）逡逑３．邋２系统参数对系统响应的影响逡逑高压转子－滚动轴承系统的动力响应会受到系统参数与工况的影响，本节将计逡逑算不同转子转速、不平衡量以及轴承游隙时系统的动力响应，并分析这三个参数对逡逑动力响应的影响。逡逑３．邋２．邋１转速对系统响应的影响逡逑为了分析系统响应随转速的变化规律，设偏心距滚动轴承游隙逡逑ｒ＝２０ｐｍ，计算系统响应，由于不平衡量附加在３＃结点，本文主要针对３＃结点的振逡逑动响应进行分析。逡逑３１逡逑

幅频特性曲线,幅频特性曲线,结点,方向

图３．５邋３＃结点ｘ方向分岔图逡逑Ｆｉｇ．邋３．５邋Ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｏｆ邋３＃邋ｎｏｄｅ邋（ｘ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）逡逑幅频特性如图３．４所示，由于１＃轴承采用了滚动轴承非线性支阶临界转速变为１８７５０ｒ／ｍｉｎ。图３．５为系统分岔图，由图可知，ｉｎ的转速区间内，随着转子转速的升高，转子的响应大致经历２００－１００００ｒ／ｍｉｎ区间，为低转速不稳定区，此区间内转子出现了现象。如图３．６所示，２００ｒ／ｍｉｎ时轴心轨迹较为规律，谱线分运动，频谱图中出现了邋３．５５倍频与７．１倍频，工频幅值很小。２０００ｒ／７所示，轴心轨迹混乱且无规律，频谱图中存在连续谱线，此时为动阶段。在５０００ｒ／ｍｉｎ时，如图３．８，轴心轨迹较规律，频谱图中当转速达到８０００ｒ／ｍｉｎ时，如图３．９，轴心轨迹己经较为规律，谱离了混沌状态。逡逑

【参考文献】