0.6m连续式跨声速风洞压缩机轴系转子动力学特性研究

【摘要】：0.6m连续式跨声速风洞是大型连续式跨声速风洞的引导设备,主要用于解决大型连续式风洞研制关键技术难题,开展相关空气动力学试验研究。该风洞采用三级轴流压缩机驱动气体在风洞管道内流动,压缩机是风洞的动力源,是该风洞的核心部件。压缩机采用两台变频电机两侧驱动,其轴系是多源激励、多转子串联的复杂轴系,轴系的转子动力学特性涉及流体、结构、电、磁等多物理场作用,机理复杂。因此,利用0.6m连续式跨声速风洞压缩机轴系,开展多源激励下的转子动力学特性研究,是保证连续式风洞压缩机轴系安全运行的关键,是探索风洞压缩机轴系振动规律的重要途径。本文针对0.6m连续式跨声速风洞压缩机轴系转子动力学特性,从理论分析入手,确定了轴系转子动力学建模方法,开展了横向振动和扭转振动特性仿真分析,进行了风洞压缩机轴系实验研究,验证了建模及分析方法的正确性。基于0.6m连续式跨声速风洞压缩机“电机轴-中间轴-压缩机轴”轴系的物理模型,采用集总参数法等效简化轴系结构,在DyRoBeS平台上搭建了横向振动和扭转振动计算模型,为轴系转子动力学分析奠定基础。计算分析了0.6m连续式跨声速风洞压缩机轴系的横向振动特性,用轴承动态刚度、阻尼系数表达电机轴承及压缩机轴承油膜力特性,获得了轴系的三阶临界转速。按照API617标准建立两种施加不平衡量作用的激励形式,得到了轴系不平衡量幅频响应,校核了轴系设计的合理性。研究了0.6m连续式跨声速风洞压缩机轴系的扭转振动特性,计算了轴系的临界转速和振型,探讨了轴上扭振激励的来源,分析了轴系在转子倍频激励及叠加了变频器输出谐波激励的电机间谐波激励下的扭振响应,计算了电机轴及压缩机轴轴颈上的应力以及联轴器上的扭矩。分析了单侧电机三相短路的轴系响应,分别计算了电机轴、压缩机轴上的应力响应和联轴器的冲击扭矩响应,为轴系安全运行及联轴器的选取提供了支撑。在0.6m连续式跨声速风洞上开展了转子动力学特性实验,测试了轴系横向振动位移与扭转振动的扭转角,得到了轴系一阶临界转速、轴系前六阶扭振临界转速。对比了实验结果与仿真计算结果,验证了计算模型正确、分析方法可靠。本文深入研究了0.6m连续式跨声速风洞压缩机轴系转子动力学特性,分析了压缩机轴系振动的主要激励源,提出了压缩机轴系准确有效的简化方法,计算了该轴系的横向振动和扭转振动特性,与实验测量数据进行对比,校核了轴系的横向振动水平满足设备安全运行要求,揭示了跨声速风洞压缩机轴系振动规律,形成了针对风洞压缩机复杂轴系转子动力学研究的有效方法,对大型连续式跨声速风洞压缩机的研制及安全运行具有重要意义。

【学位授予单位】：军事科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V211.74