微型燃气轮机转子—浮环轴承系统的动力学特性分析

论文摘要

在日常生活、工业生产以及军事等领域中,微型燃气轮机都起着不可忽视的作用,并且拥有着广阔的发展空间。国外发达国家非常重视微型燃气轮机的发展,并且已经将先进的浮环轴承技术应用到微型燃气轮机上,这极大的提高了微型燃气轮机的能源利用效率和经济价值。鉴于我国尚未充分掌握浮环轴承的核心技术,因此必须对微型燃气轮机转子—浮环轴承系统的动力学特性展开一系列的研究,以使我国尽快在先进微型燃气轮机领域中占有一席之地。本文以滑动轴承的流体动压润滑理论为基础,推导浮环轴承内外层油膜的Reynolds方程,并对其进行无量纲化处理;运用DyRoBes软件和有限差分法对浮环轴承的油膜压力进行研究,得到油膜压力、浮环偏心率随转速的变化规律。基于浮环轴承油膜总刚度和总阻尼的等效计算方法,对浮环轴承油膜总阻尼和总刚度随转速的变化规律进行了研究,在此基础上,应用Routh-Hurwitz判别法对浮环轴承油膜的稳定性进行分析。基于Capone圆柱轴承理论,推导出了浮环轴承内外层油膜的非线性油膜力模型;基于转子动力学理论,推导出了Jeffcot刚性转子—浮环轴承系统的动力学方程。并在此基础上研究了系统的非线性动力学特性。建立微型燃汽轮机转子—浮环轴承系统的有限元模型,通过模态分析,得到系统特定转速下的低阶固有频率和振型。通过对浮环进行静力和热应力分析,得到浮环径向变形随离心力、油膜温度变化而变化的规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 微型燃气轮机转子—浮环轴承系统动力学特性的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 浮环轴承油膜压力分布规律的研究
• 2.1 浮环轴承内外层油膜的Reynolds 方程推导
• 2.2 应用DyRoBes 软件计算浮环轴承油膜压力的分布规律
• 2.3 基于有限差分法求解浮环轴承油膜压力的分布规律
• 2.3.1 有限差分法的基本原理
• 2.3.2 有限差分法求解典型条件下浮环轴承油膜压力
• 2.4 本章小结
• 第3章 浮环轴承内外层油膜稳定性的研究
• 3.1 浮环轴承油膜稳定性的基本理论
• 3.2 浮环轴承总油膜刚度和阻尼的等效计算
• 3.3 浮环轴承油膜稳定性分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 Jeffcot 转子—浮环轴承系统非线性动力学特性分析
• 4.1 Capone 圆柱轴承的非线性油膜力模型
• 4.2 基于 Capone 圆柱轴承理论建立浮环轴承的非线性油膜力模型
• 4.3 建立Jeffcot 转子—浮环轴承系统的动力学模型
• 4.4 应用于转子系统的非线性动力学理论介绍
• 4.5 转速变化对转子—浮环轴承系统非线性动力学行为的影响
• 4.6 偏心率变化对转子—浮环轴承系统非线性动力学行为的影响
• 4.7 本章小结
• 第5章 微型燃气轮机转子—浮环轴承系统有限元分析
• 5.1 浮环的有限元分析
• 5.1.1 浮环的离心力分析
• 5.1.2 浮环的热应力分析
• 5.2 转子—浮环轴承系统轴系的有限元分析
• 5.2.1 转子—浮环轴承系统的有限元建模
• 5.2.2 转子—浮环轴承系统的模态分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢