復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為研究.pdf

1、大型組裝式離心壓縮機(jī)組包含多根平行轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng),通過齒輪箱和聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)動(dòng)力耦合。隨著機(jī)組向高速化、輕型化、復(fù)雜化方向發(fā)展,迫切需要完善系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及進(jìn)行動(dòng)力學(xué)行為研究,為提高機(jī)組的穩(wěn)定性、安全性和可靠性提供理論和工程指導(dǎo)。
　　本文以大型組裝式離心壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)建模與求解為工程背景,主要圍繞紊流工況非線性油膜力及其Jacobi矩陣求解、可傾瓦軸承動(dòng)力學(xué)模型、多平行轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)建模及非線性動(dòng)力求解幾個(gè)方面,進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模及

2、相應(yīng)高效求解算法研究。本文研究工作在理論和應(yīng)用上取得了一些創(chuàng)新成果,對(duì)復(fù)雜轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力特性研究及其工程應(yīng)用具有積極的意義。
　　具體地,本文主要研究?jī)?nèi)容和研究成果可以分為以下幾方面:
　　(1)利用二階線性橢圓型偏微分方程等價(jià)變分不等方程理論,針對(duì)紊流工況Reynolds方程,提出了一種聯(lián)合求解紊流非線性油膜力及其Jacobi矩陣快速算法?？紤]到軸承側(cè)端壓力不等于零工況,選取權(quán)函數(shù)和線性插值函數(shù)乘積形式作為油膜壓力函數(shù)

3、,建立有限元離散化的一維變分不等方程。利用修正的追趕法求解油膜壓力及其導(dǎo)數(shù),無需迭代自動(dòng)滿足油膜自由邊界條件。
　　(2)考慮到瓦塊繞支點(diǎn)擺動(dòng)和沿幾何預(yù)載荷方向微幅振動(dòng),對(duì)于n瓦可傾瓦軸承首次建立了包含2n+2個(gè)自由度的可傾瓦軸承完整動(dòng)力學(xué)解析模型。通過建立固結(jié)與瓦塊的隨動(dòng)坐標(biāo)系和可傾瓦軸承總體坐標(biāo)系,全局廣義位移向量和力向量可以簡(jiǎn)練地轉(zhuǎn)換到局部隨動(dòng)坐標(biāo)系下位移向量和力向量,進(jìn)而通過求解局部坐標(biāo)系下的油膜力及其Jacobi矩陣擴(kuò)充

4、、疊加得到系統(tǒng)的廣義油膜力向量及其Jacobi矩陣。對(duì)于可傾瓦軸承承受靜載荷工況,給出了一種求解靜平衡方程的快速算法,可以快速計(jì)算得到軸頸和瓦塊的靜平衡位置同時(shí)得到系統(tǒng)的剛度和阻尼系數(shù)矩陣。當(dāng)設(shè)定軸頸和瓦塊擾動(dòng)頻率,給出了縮聚可傾瓦軸承完整動(dòng)力特性系數(shù)得到八個(gè)簡(jiǎn)化當(dāng)量剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的計(jì)算方法。
　　(3)利用有限元方法,建立了比較完善的齒輪嚙合多平行轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。針對(duì)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)為局部高維非線性動(dòng)力系統(tǒng)特點(diǎn),考慮了

5、廣義非線性力影響,提出了一種二次規(guī)范降階方法,通過兩次規(guī)范降階把原高維系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為與之等價(jià)的低維系統(tǒng),采用配套的打靶法求解低維系統(tǒng)的周期解并通過Floquet定理來判斷周期解的穩(wěn)定性,周期解失穩(wěn)后采用直接數(shù)值積分方法求解系統(tǒng)的長(zhǎng)期動(dòng)力響應(yīng)。
　　(4)針對(duì)復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性的研究,根據(jù)本文對(duì)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的求解算法分析,編寫了相關(guān)的計(jì)算程序,對(duì)可傾瓦軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和某工程組裝式PTA離心壓縮機(jī)組,進(jìn)行了線性動(dòng)力特性分析和非線性動(dòng)力