动密封转子动力特性谐波激励实验测试方法

针对动密封性能实验研究需求,设计搭建了基于谐波激励机械阻抗法的动密封转子动力特性实验台。实验台包括供气系统、驱动系统、润滑系统、激振系统以及测量系统5个部分。实验测试原理：利用电磁激振器对密封静子件分别施加x和y两个正交方向的单频/多频谐波激励,同步测量密封静子件涡动位移、涡动加速度以及所受的激振力等动态信号,通过无压缩气体的基准实验解耦实验台机械阻抗和动密封气流阻抗,求解力-位移线性方程,获得频率相关的动密封转子动力特性系数。该实验台能够开展不同运行工况(压比、转速、预旋比和偏心率)、不同密封结构(迷宫、蜂窝/孔型、袋型密封等非接触式动密封)和不同密封间隙下的频率相关转子动力特性系数实验测量。利用搭建的实验台对典型迷宫密封开展了泄漏与转子动力特性测量,验证了实验台的可靠性与准确性。     

考虑进口预旋的阶梯型迷宫密封转子动力特性

针对阶梯型迷宫密封转子动力特性受进口预旋影响的问题,提出了考虑进口预旋的阶梯型迷宫密封动力特性计算方法。基于Murphy小位移涡动原理建立气流激振力-转子位移-转子速度的控制方程;采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法对不同预旋比的全环密封流道进行计算,通过频域内求解控制方程得到了刚度和阻尼等动力特性参数,研究了不同预旋比的情况下阶梯型迷宫密封的动力特性;绘制了流道内的压力分布和流速矢量图,研究了阶梯型迷宫密封的流场特性。数值仿真结果表明：随着预旋比的增加,直接刚度在低频部分增大,在高频部分减小,交叉刚度几乎不变,交叉阻尼随预旋增加而减小;气流预旋明显降低了直接阻尼,相较于预旋比λ=0的情况,λ=0.255及λ=0.516的工况下直接阻尼的预估值平均减小了16.9%和21.4%;随着节流次数增加,气流经过密封齿的压降逐渐增加,分别为0.25、0.374和0.499 MPa,密封齿顶的流速也逐渐增加,分别为79.5、88.36和106.0 m/s;由于密封齿阶梯式的排列增加了主流道的复杂性,阶梯密封流道分为节流区、射流区和涡流区,涡流区2个转向相反的旋涡增加了流道内气流动能的耗散。     

防旋板结构的迷宫密封转子动力特性研究

采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术求解非定常RANS方程,研究了高低两种预旋比下具有防旋板结构的迷宫密封气流激振转子动力特性。分析对比了在预旋比分别为0.13和1.32时无防旋板结构迷宫密封(Design 1)、带进口防旋板结构迷宫密封(Design 2)、在Design 2的基础上增加二级防旋板迷宫密封(Design 3)的平均周向速度、泄漏量、转子动力特性系数。数值模拟得到的Design 1的泄漏量和转子动力特性系数与实验数据吻合良好,验证了数值方法的准确性。研究表明：高预旋比会导致Design 1的直接刚度和有效阻尼降低,并使直接阻尼与交叉刚度增加;预旋比为1.32时Design 2相对于Design 1能明显降低交叉刚度,且降幅达到63.3%～86.3%,Design 3相对于Design 2的交叉刚度降低了12.9%～39.4%;预旋比0.13时Design 2的交叉刚度小于0,Design 3的交叉刚度绝对值相对于Design 2增加了24.4%～153.0%;Design 2相对于Design 1在预旋比为1.32时有效阻尼项穿越频率从175.1 Hz降低到28.3...     

防旋板与转子面一体化设计的迷宫密封转子动力特性研究

为提高迷宫密封转子动力特性,开展进口和腔室防旋板与转子面一体化设计的迷宫密封结构转子动力特性研究。基于进口防旋板结构的迷宫密封(结构1),设计了进口和腔室防旋板结构的迷宫密封(结构2),以及基于结构2的带有腔室防旋板与转子面凹槽和凸台结构一体化设计的密封结构3和4。采用转子多频椭圆轨迹涡动模型和动网格技术的非定常Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS)数值求解方法,对比分析了变进口预旋条件下4种迷宫密封的泄漏特性和转子动力特性。研究表明：相比于进口防旋板密封,腔室防旋板和转子面一体化设计的凹槽和凸台转子面密封,特别是凸台转子面密封能明显降低迷宫密封的泄漏量和交叉刚度;进口预旋比为0.84时,相比于进口防旋板密封,凹槽转子面密封和凸台转子面密封的正有效阻尼分别提高了48.7%～144.1%和59.8%～254.0%;进口预旋比增加为1.32时,凹槽转子面密封和凸台转子面密封在整个频率范围内仍保持最大有效阻尼。腔室防旋板和转子面一体化设计的迷宫密封能显著提高转子稳定性,论文工作为进一步提高迷宫密封的转子动力特性提供了设计方案。     

迷宫齿蘑菇形磨损时密封泄漏特性和转子动力特性系数研究

采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术的Unsteady Reynolds-Averaged NavierStokes(URANS)方程求解方法,研究了迷宫齿蘑菇形磨损对密封泄漏特性和气流激振转子动力特性的影响,计算分析了未磨损以及磨损间隙分别为0.4、0.5、0.6mm时的密封泄漏量,流场以及转子动力特性系数。结果表明:迷宫齿蘑菇形磨损使得密封间隙内缩流面积增加,导致迷宫密封泄漏量随磨损间隙增加而增加,且当磨损间隙大于0.4mm时,泄漏量随磨损间隙增加而线性增加;迷宫齿蘑菇形磨损增加了密封的直接刚度,降低了密封交叉刚度的大小以及直接阻尼,但当磨损间隙超过0.5mm时,直接阻尼不再发生改变;随着迷宫齿蘑菇形磨损间隙增加,迷宫密封有效阻尼降低,从而使得转子稳定性降低,但仍然处于稳定范围内。     

高进口预旋条件下迷宫密封转子动力特性实验研究

为获得高进口预旋条件下迷宫密封转子动力特性,阐明其气流激振失稳机制,本文基于西安交通大学动密封转子动力特性实验台,实验研究了高进口预旋条件下（预旋比μ₀>0.8）,压比以及转速对迷宫密封转子动力特性影响规律。实验测量了2种压比（π=3.0,4.0）、3种转速（n=3 000,6 000,12 000 r/min）下迷宫密封频率相关的转子动力特性系数。研究发现：高预旋条件下,迷宫密封交叉刚度始终为较大的正值,导致有效阻尼始终为负值,不利于转子系统稳定,容易诱发转子失稳;压比对迷宫密封转子动力特性影响显著,随压比增加,迷宫密封直接刚度幅值显著增大,交叉刚度始终为正值且幅值显著增大,有效阻尼明显降低;转速对迷宫密封转子动力特性影响较小,直接刚度、直接阻尼对转速变化不敏感,基本保持不变,交叉刚度随转速增加略微增加,进而导致有效阻尼略微减小。     

Bulk Flow方法分析孔型密封转子动力特性的有效性

基于Kleynhans和Childs的两控制容积等温BF(Bulk Flow)模型,通过增加能量方程和理想气体状态方程,建立了理想气体BF方法的数学模型,来预测和分析孔型密封转子在偏心状态下的静力学和动力学特性.由于转子在密封中心附近做微小涡动,故可通过采用摄动方法使得NS方程的求解过程得到较大的简化,再通过迭代求解简化后的零阶和一阶摄动方程组,就可以求出孔型密封的流场和动力特性系数.以此为依据发展了相关程序,计算出了不同工况条件下孔型密封的转子动力特性系数与激振频率的关系,通过与已有的实验数据和等温BF模型的计算结果进行对比,验证了理想气体BF模型及相关求解方法的有效性.结果表明:理想气体BF模型的预测结果与实验数据吻合良好,且优于等温BF模型的计算结果,证明了该理想气体BF模型的正确性和计算方法的可靠性.该方法可用于孔型密封动力特性的预测.     

某新型高速涡旋压缩机转子系统动力特性分析

作为第三代主流压缩机的涡旋压缩机,因其转子为偏心结构,在受到动涡旋盘偏心回转产生的巨大离心力作用下导致整机振动加剧,使其一般只能在低于7 000 RPM的转速下正常工作,极大制约了系统效率的提升。为此,对正在研发的最高工作转速为12 000 RPM的涡旋压缩机转子系统进行动力特性研究。基于等效力学模型及动平衡方程,确定平衡块的质量及位置,由坎贝尔图、各转速下涡动频率及振型云图得知,在0～12 000 RPM转速下,转子系统没有产生共振,且运行平稳。证明该系统的工作效率可通过提高转子转速的方法来实现,这也为偏心结构压缩机转子结构设计提供一理论参考。     

探析轴承工作中同步涡动和半速涡动的抑制

轴承处于稳定运转状态,但轴心位置、游膜形状、偏位角及其他一些因素仍然会随时间而变化,回产生不稳定性,主要表现为两种形式,即同步涡动和半速涡动,本文就如何抑制同步涡动和半速涡动进行了探析。     

端面气膜密封动力特性系数的计算

应用微扰方法和有限元法 ,对端面气膜密封三自由度微扰下 ,密封气膜的刚度和阻尼系数进行了数值求解。该分析可计及多种典型端面结构的动静压效应。分析结果表明 :轴向微扰和角向微扰之间的交叉作用很小 ,可以忽略不计 ,因此工程实际中 ,在进行端面气膜密封的稳定性和强迫振动响应分析时 ,可将三自由度的微扰运动简化为两个相互独立的微扰运动 ,一个只作轴向的微扰移动 ,另一个只沿两个正交轴作角向微扰摆动。算例验证了计算的正确性     

迫弹一维弹道修正引信阻力器结构的空气阻力特性研究

为了研究不同阻力器结构的增阻特性,设计了多种结构10个方案的某型迫弹一维弹道修正引信阻力器,测量了配用这些一维弹道修正引信阻力器的某型迫弹在零攻角、低风速下的空气阻力,计算了一维弹道修正迫弹的空气阻力系数及其相对于制式迫弹的增阻倍数,探讨了不同阻力器结构的增阻特性.当引信结构允许设计较大的增阻面积时,选用简单的平面阻力器结构较为合理.     

一种磁流变阻尼器非参数模型

基于Bingham塑性模型的基本思想,建立了一种简单的磁流变阻尼器非参数模型.该模型假设MR阻尼器的阻尼力由3项构成：气囊力、MR流体粘性阻尼力以及由于磁场作用所引起的阻尼力.气囊力被表示为活塞位移的线性函数.磁场引起的阻尼力则表示为一个没有线性增长的磁滞环.理论与实验结果的比较指出：非参数模型数据与实验数据吻合较好.该文所提出的模型,具有各参数物理意义清晰,容易根据实验数据确定的特点,可以用来描述一类线性比较好的MR阻尼器.     

磁流变阻尼器的实用计算模型

针对磁流变阻尼器,介绍了Bingham塑性模型和非线形滞回双粘性模型,提出了一种新的计算模型-双曲正切滞回模型.对三种计算模型进行了仿真分析,并与试验结果进行对比研究.结果表明,双曲正切滞回模型能很好地描述磁流变阻尼器的力学性能,且形式简单、概念明确,适合实际应用.     

阻尼小孔动态特性初探

本文主要对液压传动中ψ0.5－－ψ1.5mm阻尼小孔进行建模，给出数模中参数取值范围，进行频率特性分析和试验研究，确定阻尼小孔低通滤波特性。     

Mechanical-Delay Dynamic Model of Magnetorheological Damper

In the dynamic characteristic experiment of magnetorheological（ MR） damper, a strange feature which the improved Bouc-Wen model based on tanh function cannot accurately describe has been shown when MR damper is reversing or at a low speed. In order to describe this phenomenon,a new mechanicaldelay dynamic model based on the improved Bouc-Wen model has been proposed for MR damper. This new model comprehensively considers the coupling effect on the structural flexibility of MR damper and the MR effect of MR fluid. The identification results show that the new mechanical-delay dynamic model for MR damper has a good coherence with experiment whenever at low or high speed.     

盘式磁流变液阻尼器的简化逆动态模型

针对磁流变液阻尼器高度非线性特性导致的控制难问题,提出一种简化的逆动态模型.该模型可由速度反馈算法或力反馈算法实现,可以用来计算磁流变液的屈服应力或输入电流,使磁流变液阻尼器实时地产生一个阻尼力,并确保该阻尼力达到从各种优化算法中获得的目标控制力.在此基础上将盘式磁流变液阻尼器应用于力反馈系统中,并将简化逆动态模型用于...     

金属丝网减振器数学建模与响应计算

用金属丝网减振器非线性滞回特性,将滞迟恢复力进行分解,并由此建立随振动幅值和频率变化而变化的非线性数学模型。通过正弦加载试验获得各工况下的数据样本,对模型参数进行辨识,并验证其合理性。由耗能等效原则,对金属丝网减振器响应进行近似解析求解,检查其精度。为金属丝网减振器建立满足工程需求和反映实际工况的数学模型和响应计算提供了可行方案。     

刷式密封传热特性研究

采用求解Non-Darcian多孔介质模型的完全雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和能量方程的方法,在考虑刷丝束内部空隙、安装角和转轴旋转效应下,数值研究了刷式密封的几何结构参数,即刷丝束厚度、干涉量,以及刷式密封的运行工况参数,即转速和压差等,对单级刷式密封传热特性的影响规律,刷丝束多孔介质的内部阻力系数是利用Eugrn方程推导并经过实验数据校准确定的.研究结果表明:刷丝束厚度内的温度沿轴向近似均匀分布,刷丝束围栏高度区域内的温度沿径向呈指数迅速下降;随着压差的增大,温度下降更加集中在刷丝束围栏高度区域内;随着热流量增加,最高温度呈指数迅速升高;随着刷丝束厚度增加,泄漏量减少,最高温度升高;随着转速提高和刷丝束与转轴间的干涉量增大,最高温度升高.     

基于电流变的半主动悬架动力学模型的仿真研究

设计了一个混合模式的电流变减振器，将其应用于1／4汽车半主动悬架系统，建立了基于新型电流变减振器的半主动悬架动力学模型，并对其进行了仿真研究，结果表明，该减顺具有良好的隔振性能。     

调频液体阻尼器的振动试验及其等效力学模型研究

介绍了采用不同液体（净化水、ＺｎＳＯ４溶液、甘油溶液）和不同构造措施（设格栅、分隔板或浮板）的调频液体阻尼器（ＴＬＤ）的振动试验，分析了液体晃动的频率、阻尼比及其对ＴＬＤ减振性能的影响．根据流体动力学理论，建立了普通圆柱形ＴＬＤ中晃动液体的势流场．并从晃动液体的动力效应等效原则出发，导出了晃动液体的等效力学模型，讨论了其适用范围