转子—轴承—密封系统非线性动力学特性的研究

【摘要】： 旋转机械是工业部门中应用最广泛的一类机械设备,在工业的各个重要领域发挥着无可替代的作用。随着科学技术的发展,蒸汽轮机向高速、重载和自动化方向发展,在速度、容量、效率和安全可靠性等方面提出了更高的要求。由于其蒸汽参数的不断提高,汽流激振力的作用日趋重要。汽流激振力通常来自三个方面:密封流体激振力、叶顶间隙激振力和作用在转子上的静态蒸汽力。而其中关于密封流体激振力的研究远不如对流体润滑轴承那样普遍和深入。 本文首先介绍几种密封力模型,描述了Muszynska模型所揭示的密封力的主要特征;并应用Muszynska模型建立了一个简支承的Jeffcott平衡转子-密封系统非线性动力学模型;利用李雅普诺夫稳定性理论对系统的稳定性进行分析研究,得出了平衡转子-密封系统失稳转速的计算公式;通过数值计算分析了系统主要参数对稳定性的影响及随转速的变化转子涡动幅值的变化规律。 建立了不平衡转子-密封系统的非线性动力学模型,应用打靶法结合Floquet理论研究了系统周期解的稳定性及其非线性动力学行为;根据系统的周期响应、频谱图、Poincaré映射图、分岔图,分析了系统在特定转速及特定转子系统参数下的非线性动力学特性;通过数值计算得出在转子升速和降速过程中分岔点附近存在滞后现象。 考虑转子由滑动轴承支承,建立了复杂的转子-轴承-密封系统的非线性动力学模型;根据系统相轨迹、频谱图、Poincaré映射图、分岔图,综合分析研究了系统在特定转速及特定的转子系统参数下的非线性动力学特性及密封处与轴颈处的参数对整个系统的动力学行为的影响。