微型燃气轮机—高速发电机转子动态特性分析

【摘要】： 微型燃气轮机发电机是近年来发展的新型发电系统，具有可靠性高、可遥控、自诊断等特殊优势，受到航空航天和军事等方面的广泛关注。国家对发展微型燃气轮机发电机相当重视，已把微型燃气轮机发电机作为重点科研攻关项目，但与欧美国家相比，我国在微型燃机轮发电机的研究和应用方面还有很大的差距。本文针对微型燃机轮机磁悬浮转子系统，进行了动力学特性问题研究，为微型燃气轮机发电机结构设计提供理论依据。 本文以传统转子动力学理论为基础，研究了微型燃气轮机发电机磁悬浮轴承—转子系统的结构、工作原理以及电流和电压控制策略，讨论了轴承—转子系统的动力学建模方法和转子动力学的计算方法。对磁力轴承的电磁场和支撑特性进行了分析，得到最优磁力支撑刚度公式。分别研究了磁悬浮转子系统的刚性模型和柔性模型，确定了相应的运动方程，运用目前磁悬浮转子动力学常用的计算方法分析了不平衡对磁力轴承转子系统的影响及实现转子平衡的方法和技术。利用Riccati传递矩阵法对微型燃气轮机—高速发电机转子系统进行动力学计算和分析，得到了系统临界转速及各阶临界转速所对应的模态，讨论了支撑刚度对临界转速的影响，并与ANSYS有限元分析软件对转子模型进行计算机仿真模拟结果进行了比较，验证了理论分析的正确性。 本研究表明，微型燃气轮机—高速发电机转子额定工作转速远离临界转速，转子系统工作是安全的。本研究还为结构尺寸的调整、磁力轴承支撑刚度的优化、控制参数的选择，提供了理论依据。