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SFD-滑动轴承转子系统动力学分析与优化

王继燕  
【摘要】: 旋转机械的稳定性直接关系到机组是否可以安全可靠地运行。随着高速、大容量机组的投入运行,与机组灾变防治密切相关的稳定性研究已成为转子动力学研究的重要课题之一。使用减震器是一种提高系统稳定性较好的方法,目前广泛使用的减震器是基于油膜阻尼技术设计的SFD。系统各参数对SFD-滑动轴承转子系统的动力特性都有一定的影响,但是并非任意一个SFD都可以起到提高转子系统的稳定性和减振作用,参数设计合理与否关系到诸参数之间的相互匹配程度,对转子系统进行优化设计就是尽可能使系统的动力学性能达到最佳状态。本文综合运用理论分析和数值模拟等方法对SFD-滑动轴承转子系统的动力响应、动力学优化进行了系统研究,取得了如下研究成果: (1)以Reynolds方程为基础,利用长轴承理论Summerfeld假设,推导出了轴承油膜力;采用短轴承近似理论Summerfeld假设,进一步推导了SFD油膜力。 (2)建立了SFD-滑动轴承刚性转子系统的模型,给出了系统的运动方程,并利用数值方法求解了系统的运动微分方程得到系统的动力响应和系统的临界转速。研究表明:刚性转子系统由稳定的周期运动经过准周期分岔,进入混沌运动状态。 (3)以SFD-滑动轴承柔性转子为研究对象,对滑动轴承采用长轴承理论,对SFD采用短轴承理论,以π油膜假设为基础,建立了SFD-滑动轴承柔性转子的力学模型。用数值方法求解非线性微分方程,求得了系统的动力响应,同时利用4-5阶龙格库塔法求得了系统的前二阶临界转速。研究表明:柔性转子系统由稳定的周期运动,进入混沌的路径是:周期运动—准周期运动—混沌—倍周期运动—混沌。 (4)分析了柔性转子系统的前两阶临界转速对结构参数的灵敏度,结果表明:一阶临界转速对油粘度、轴承间隙、SFD间隙比较灵敏,而二阶临界转速对SFD间隙、轴承间隙和转轴刚度的灵敏度较高。灵敏度分析为优化分析提供设计变量。通过灵敏度分析,可以提高优化的效率,缩短设计周期。 (5)在灵敏度分析的基础上,采用遗传算法对系统在定速和变速两种情况下的临界转速进行了优化分析,优化目标是使工作转速尽可能远离临界转速。经过优化后,系统的临界转速得到较大改善。优化设计为提高高速转子系统的动力稳定性提供了理论基础和分析方法。


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