高速透平膨胀制冷机转子振动特性实验研究

摘要

随着旋转机械向着高转速、轻型化、柔性发展，以气体轴承作为转子支承部件的轴承-转子系统在高速透平得到越来越广泛的应用。本文基于高速透平制冷机实验台，实验研究了气体静压轴承润滑支承下高速转子的振动特性与稳定性。主要有:　　1.介绍了转子-轴承系统有限元基础理论，并对高速透平制冷机转子建立划分出轴段、轮盘以及轴承等单元的有限元模型。利用ANSYS有限元分析软件，对高速透平膨胀制冷机的转子进行建模与分析。得到不考虑轴承的各向异性与交叉刚度阻尼时等计算了转子的临界转速与振型，考虑了施加在透平轮与压气机轮上四种不平衡激励力和轴承各向异性对转子不平衡响应的影响，其中在不同向激励力下，转子锥动出现了共振分离现象。　　2.介绍了高速气体轴承-柔性转子结构轴系实验台，实验系统总体可以划分为实验本体、供气系统、计算机控制与数据采集系统等，各系统统一与协调，并预留多个接口，以提高系统可靠性。其中的振动信号数据采集分析系统，以频谱分析、三维谱图、伯德图、轴心轨迹图、时间幅值曲线、分岔图和时间转速曲线等多种图谱进行振动与动力学分析。　　3.以实验为研究手段，对气体轴承支承的高速透平膨胀制冷机转子进行相关稳定性研究实验为手段进行高速转子的升速实验，呈现转子锥动分离共振的临界特性，并呈现了转子半速涡动的低频特征，周期性低频振荡现象以及双低频现象。通过实验的方法验证轴承供气温度、弹性阻尼橡胶圈对于轴承支承的临界转速，低频涡动、振荡等稳定性的影响，并得出随着轴承供气温度的增加，转子的临界振幅逐渐增大，而转子的相位并不会随之变化，转子低频响应在温度较高情况下，可抑制低频振荡。实验表明硅胶实验组转子表现较低的振动幅值，提高转子的回转精度，在试验过程中激发了轴承的气膜的低频特征，由于振动边界较低实际对于转子运行仍然有一定稳定裕度。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．2 气体轴承-转子动力学国内外发展

1．3 本文研究内容

第2章 气体轴承-转子理论和临界转速不平衡响应计算

2．1 轴承-转子系统微分方程建立

2．1．1 刚性圆盘运动方程

2．1．2 弹性轴段

2．1．3 轴承单元

2．1．4 系统运动方程

2．1．5 临界转速

2．2 转子的ANSYS有限元分析

2．2．1 模型建立

2．3 临界转速求解

2．3．2 临界转速对应振型

2．4 不平衡响应

2．4．1 计算结果

2．4．2 计算小结

2．5 本章小结

第3章 高速气体轴承-转子实验台

3．1 实验总体系统

3．2 实验台本体

3．3 供气系统

3．4 计算机控制与数据采集系统

3．4．1 管路控制系统

3．4．2 振动信号数据采集分析系统

3．4．3 转子动力学特性常用数据处理图谱

3．5 本章小结

第4章 高速透平膨胀制冷机转子特性实验

4．1 高速透平膨胀制冷机转子特性实验准备

4．2 升速实验

4．2．1 临界转速

4．2．2 半数涡动低频特征

4．2．3 周期性低频振荡现象

4．2．4 双低频现象

4．3 轴承供气温度实验

4．3．1 临界转速特征

4．3．2 高速阶段低频特征

4．4 不同轴承O型圈支承实验

4．4．1 实验方案

4．4．2 实验结果

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢