微气体螺旋槽推力轴承-转子系统非线性动力学分析

基于分子气体膜润滑模型探讨微气体螺旋槽推力轴承中的稀薄效应,将广义雷诺方程与运动学方程在时域内耦合并采用直接数值模拟方法联立求解,获得了任意时刻微转子的瞬态位移和速度响应,考察了气体稀薄效应以及不同螺旋槽结构参数对微气体螺旋槽推力轴承-转子系统非线性动力学行为的影响,并得到不同转速对应的轴向扰动临界值.结果表明:考虑稀薄效应时微轴承-转子系统显示出更好的稳定性;转速增加,轴向扰动临界值降低;能提高微轴承承载力的最佳螺旋槽结构参数,并不利于提高微系统的稳定性.     

油膜失稳涡动极限环特性的Hopf分叉分析法

由于当转子转速超过失稳门槛后，涡动轨迹逐渐加大，轴承中的油膜力呈现强烈的非线性特性，这时仍用特征值法来预测此系统的动力特性是不行的；如用时域积分法求其涡动轨迹又不能透彻地研究涡动的机理及特性。利用Ｈｏｐｆ分叉分析法，研究了涡动的非线性现象，得到了刚性转子有限长轴承系统的极限环及其稳定性的判据条件，并把其推广到了研究转子在大涡动条件下系统周期介的特性。这为研究非线性涡动的特性开辟了道路，同样这种分析方法亦适合于柔性转子系统的极限环特性分析     

推力轴承对单质量转子弯曲振动状态的影响

本文建立了计及推力轴承动特性影响的单质量转子运动方程。系统地分析和计算了推力轴承对转子弯曲振动状态的影响,并且对一些影响转子弯曲振动状态的参数进行了讨论。计算结果表明,在一定的工作状态下,推力轴承的存在可以显著地提高转子系统的临界转速及失稳转速,降低共振振幅。     

火箭发动机液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性动力稳定性

研究了不平衡激励下密封对火箭发动机液氢涡轮泵转子系统非线性动力稳定性的影响；采用Muszynska模型描述密封流体激振力，根据Timoshenko梁-轴有限元模型离散化转轴，建立了实际液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性有限元模型；结合Floquet理论和打靶法，分析了该不平衡系统的动力稳定性和非线性行为。研究表明：密封诱发的次同步进动造成的系统失稳破坏首先发生在涡轮端轴承；轴承阻尼、密封轴向雷诺数和密封长度对系统临界失稳转速有显著影响，随着轴承阻尼和密封轴向雷诺数的增大，系统临界失稳转速增加，随着密封长度的增加，临界失稳转速逐渐变小。     

歪斜安装对组配轴承转子系统动力学特性影响

针对多联组配轴承歪斜安装情况,推导了一个轴承外圈发生绕竖直方向歪斜时滚动轴承的非线性支承力形式,并借助Timoshenko梁轴单元建立了主轴模型,利用打靶法和Floquet理论分析了歪斜对系统全局非线性稳定特性和振动特性的影响。通过与正常安装组配轴承转子系统对比发现:外圈歪斜后系统在大间隙时的低转速区域容易出现倍周期分叉,在高转速区域易表现为伪周期分叉;在小间隙工况时容易获得大范围的周期运动参数区域。同时,歪斜使得系统的一临界峰峰值右移且明显放大,从而导致系统在高转速区域的水平方向振动明显增大。研究结果表明,掌握且合理利用轴承歪斜后的非均匀间隙特性,有助于改善系统运行的动力特性。     

错位安装对多联组配轴承转子系统动力学特性的影响

针对多联组配轴承在安装过程中出现错位时,错位是否影响转子系统稳定运行的问题,建立了柔性转子系统的有限元模型,推导了错位安装的轴承非线性力的公式,采用数值积分的方法分析了错位安装对转子系统的非线性动力学特性的影响.通过与正常安装转子系统的对比发现,错位安装是影响多联组转子系统稳定性的重要因素之一.当错位量一定时,可较大地减小系统失稳区域的宽度,当错位在x方向时,可使x方向的振幅随错位量的增大而减小,但错位在y向的振幅变化幅度不大.研究表明,适当的错位有助于改善转子系统运行的稳定性.     

转子系统状态矩阵与稳定性分析

建立了考虑机匣弹性和陀螺力矩以及轴承回转动力激励时的悬臂双盘转子系统的动力学模型和运动微分方程.根据稳定性理论,由状态矩阵特征值的性质,分析了一些结构参数对转子系统稳定性的影响.结果表明:轴承回转动力激励、轴承刚度和转速对系统稳定性均有较大的影响;增大阻尼和机匣刚度对系统稳定运行有利;存在一个临界轴承刚度,当轴承刚度大于临界轴承刚度时,系统存在运动稳定区域,否则系统不存在运动稳定区域.     

轴承副横向连接刚度对离心机稳定性的影响

为了进一步研究转子系统的运动行为,针对具有柔性支承的立式高速离心机,通过实验测得轴承副的横向连接刚度.在离心机转子支承系统的运动微分方程中引入有限的轴承副横向连接刚度值,计算了其对离心机稳定性的影响.研究结果表明: 横向连接刚度为有限值会导致转子系统低频进动周期变长、衰减系数下降,从而使得离心机的稳定性下降,这种变化随着转子转速的增加而明显.横向连接刚度的研究对于更加精确地描述转子系统的运动和实际运行稳定性的评估都有重要的意义.     

转子-轴承-密封系统的非线性振动特性

将非线性油膜力和密封力模型相结合,建立了具有非线性转子-轴承-密封系统的动力学模型.利用数值积分方法,对系统由于密封力引起的非线性动力学行为进行了研究,给出了系统响应随转子转速、偏心量和密封间隙变化的分叉图和最大Lyapunov指数曲线图,以及一些典型的Poincaré截面图、轴心轨迹图和频谱图.通过比较转子系统是否考虑密封力时的响应,发现非线性密封力提高了转子系统的稳定性区域,抑制了系统出现倍周期分叉,并且综合考虑非线性油膜力和密封力的耦合系统具有周期、拟周期和混沌等复杂的动力学行为.     

大自由度的转子－滑动轴承系统非线性动力学分析（Ⅱ）

本文以作者提出的关于大自由度的转子－轴承－基础系统的非线性动力学计算方法，详细地考察了转子轴承系统非线性的稳定性问题．其中主要包括：不平衡质量大小和分布对转子轴承系统稳定性的影响；某些转子轴承系统，当其转速高于线性失稳转速时，转子轴心可涡动于一个小的轨迹而不发散的现象之原因的探索；多跨转子轴承系统在不同类别大激励下的动力性态研究等．仿真计算的结果与对比性的实验结果较为吻合     

止推轴承对多自由度柔性转子稳定性的影响

利用试验模态分析技术，在双跨三支承、多自由度柔性转子试验台上，试验研究了止推轴承及其间隙的改变对转子系统的稳定性的影响．通过对转子支承中不装止推轴承、装止推轴承且在两种轴向间隙状态下的三组试验的对照，证实止推轴承能有效地提高柔性多自由度转子系统稳定性．     

电磁-温度耦合条件下推力磁轴承涡流损耗分析

针对一类以实心推力盘为主要热源的电磁轴承转子系统，研究了电磁-温度耦合条件下从线圈加电到稳定运行整个过程中的电磁场，给出了电磁场涡流损耗的解析计算方法．通过将实例的计算结果与有限元方法及实验结果对比表明，采用该解析计算方法可简单、快捷及准确地解决系统初步设计时的参数选定问题．     

波箔轴承在中频电机气流纺纱机中的应用

本文提出了在悬臂端受有交变干扰力作用的中频电机高速转子的力学模型,得到了运动微分方程式及其特解,从理论上揭示了径向波箔轴承轴糸可以使用平行平板推力轴承的机理。经装机运行试验表明,波箔轴承中频电机气流纺纱器性能良好,所纺纱线完全达到规定质量指标。从而从理论和实践上证实了这种轴承系统适用于受有较小推力载荷的悬臂支承轻载高速机械。     

挤压油膜柔性转子系统突加质量的响应特性

针对旋转机械中经常发生折断或丢失一部分旋转质量的现象，分析研究了挤压油膜阻尼器－滑动轴承－柔性转子系统在考虑油膜惯性力的情形下，突加不平衡作用的响应特性。并将其所得的结果与不考虑惯性力情形下的结果进行了比较。研究表明：考虑惯性力后，此转子系统在定转速条件下，突加不平衡质量的响应时间和振幅都减小了。     

空气系统转静腔室轴向力计算与试验研究

燃气轮机转子的轴向推力是燃机总体设计的重要指标之一。燃机转子轴向推力必须保持在一个合适的载荷范围内，即作用在轴承上的轴向推力大小合适且不换向。因此，对空气系统转静腔室轴向力展开计算与试验研究，开展空气密封系统流体网络计算，揭示转-静盘腔气体轴向力产生机理，将转-静盘腔气动推力与转子支承系统解耦，提出一种转-静盘腔气动轴向推力的直接动态测试方法，搭建了转-静盘腔轴向力机理试验台，开展不同压差与不同转速下的转-静盘腔轴向力测试，并利用理论计算与仿真计算对试验结果进行验证，结果表明轴向力直接测试方法准确、可靠。以上研究结果对揭示燃气轮机转-静盘腔轴向力产生机理，明确影响燃机高压转子轴向力大小与方向的关键因素具有重要意义。     

电磁推力轴承的力学特性研究

文中讨论了计入推力盘静态倾斜影响后的电磁推力轴承的力学特性,导出了其静、动特性的系数公式,并结合某涡轮膨胀机的电磁推力轴承进行了实例计算．结果表明,推力盘的静态倾斜对电磁推力轴承的力学特性将产生显著影响,使得电磁推力轴承对系统中的电磁径向轴承产生强烈的耦合作用．该结果可用于五自由度电磁轴承转子系统的机电耦合的动力学分析．     

Study on seal improvement and rotor thrust control of centrifugal compressor

Fluid pressure variations due to process fluctuations or balance drum seal degradation can result in rotor thrust increasing that may jeopardize thrust bearing and compressor’s reliability. Also, the leakage flow through balance drum seal can seriously affect the efficiency of compressor. A method that can improve both the efficiency and reliability of centrifugal compressor is presented. The method focused on rotor thrust control and balance drum seal upgrading. The low leakage feature of Dry-Gas-Seal（DGS）, high reliability of labyrinth, and the feasibility of upgrading existing structure are taken into account at the same time to design a combined labyrinth-dry gas seal system on the balancing drum. Based on the combined seal system, a Fault Self-Recovering（FSR） system for the fault of rotor shaft displacement is introduced to assure the safety and reliability of centrifugal compressor. The modern Computational Fluid Dynamics（CFD） is used to validate this envision. The numerical result and relevant information indicate that the combined sealing system could improve the efficiency of the centrifugal compressor by about 4%.     

弹性横梁支承的可倾瓦推力轴承的静态分析

对推力轴承的周向负荷分配规律及推力瓦的静态工作点进行了研究．建立起系统的平衡方程式，计入了推力盘倾斜及推力瓦支承弹性横梁的影响．定义了可倾瓦的刚度系数，找到了可倾瓦与固定瓦油膜厚度之间的对应关系，从而利用固定瓦的计算结果来求得可倾瓦的静态特性及刚度系数．在Ｎｅｗｔｏｎ迭代法的基础，利用可倾瓦的刚度系数，在Ｎｅｗｔｏｎ迭代法的基础上，利用可倾瓦的刚度系数，求解非线性方程组．结果表明，推力盘的静态倾斜将引起各推力瓦负荷及静态工作点的很大变化．文中的工作可作为推力轴承广义热弹流分析及推力轴承－转子系统动力学研究的参考．