论文摘要
大型旋转机械是现代工业社会的关键设备之一,在影响转子轴承系统稳定性的多种非线性激励因素中,非线性油膜力对转子轴系稳定性的影响尤为突出。而气流激振是汽轮机转子稳定性研究的重要问题,特别是对超临界和超超临界汽轮机转子,这一问题更为突出。目前,对这一问题的研究多限于气流力模型本身,而对非线性气流激振机理的研究相对较少,特别是同时考虑气流激振和非线性油膜力的共同作用下转子的失稳情况的研究不是很充分。本文应用非线性动力学理论和方法,以短轴承支撑的刚性Jeffcott转子系统作为研究对象,研究了在这两种非线性力作用下转子的稳定性。论文工作包括以下几部分:1.对油膜失稳和气流激振的研究现状进行综述;2.建立了刚性Jeffcott平衡转子在非线性油膜力和非线性气流力作用下的无量纲运动微分方程;3.对无量纲方程进行变量代换得到相应的扰动方程,对扰动方程进行研究。研究发现:当气流相对进气速度V增大时,平衡转子系统的临界失稳转速提前然后对其在临界点处的Hopf分岔性态进行研究并画出相应的Hopf分岔图。4.利用数值积分方法得到了系统在不同参数域中的分岔图,以及一定参数下转子运动的相图、Poincaré映射。结果表明,在相对进气速度V为定值时,随着转速的增大,出现周期运动的运动特性。当气流力和油膜力共同作用时,系统的临界失稳转速比不考虑气流力时提前。以相对进气速度V为分岔参数,研究了在定转速情形下转子的运动规律,研究发现:随着V的增大,系统以概周期形式突然失稳,振幅随着V的增大而增大。通过本文的研究,对汽轮机转子在非线性气流力和油膜力共同作用下的失稳机理有了一定认识,研究结果为汽轮机转子失稳的诊断和控制提供了一定依据。