气流力作用下的转子动力学特性研究

论文摘要

随着各国经济的快速发展,用电量的需求也极具增加。但是作为发电主要机组的火力发电,其必需的煤炭等不可再生资源的储存量却日渐减少。因此,研制、生产和发展节能的大型汽轮机组成为火力发电的必然趋势。然而,随着汽轮机蒸汽参数的不断提高,产生的气流激振力也随之增大,而且会有继续严重的发展趋势,最终影响汽轮机的安全运行。因此,研究转子在气流力作用下的运动特性也越来越重要。本文首先介绍了引发气流激振的两种主要气流力,密封力和由叶轮偏心引起的叶顶间隙气流力。并且分别建立了两种气流力的模型,以及转子模型。然后以Matlab为主要的计算工具,对两种气流力作用下的转子动力学方程进行了数值计算。本文主要由理论分析转子稳定性和数值计算分析分析转子运动特性两部分组成。在理论分析的部分,主要分析了平衡转子系统在密封力单独作用下的稳定性以及叶顶间隙气流激振力及其影响因素的关系。分析认为,在密封力的单独作用下,存在使转子发生Hopf分岔的临界转速。而叶顶间隙气流激振力的大小则随出气角度和叶顶间隙的而减小,随进气速度、进气角度以及气流密度的增大而增大。在数值计算的部分,分别计算了转子系统无质量偏心和有质量偏心时的转子动力学微分方程。其中,对平衡转子的计算结果验证了理论分析中转子会发生Hopf分岔的结论。对不平衡转子的计算结果显示,在二者的共同作用下,随转速的增大转子从单周期运动经过倍周期或者概周期运动最终变化到混沌状态。并且结果显示,在转速较小时叶顶间隙气流力对转子的作用较大,但随着转速的不断增大,其对转子的影响逐渐变弱;相反,密封力对转子的影响随着转速的增大而增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 转子非线性及其分岔、混沌的研究
• 1.4 本文的工作内容及工作安排
• 2 气流力作用下的刚性平衡转子运动微分方程及稳定性分析
• 2.1 叶顶间隙气流激振力模型
• 2.2 密封力模型
• 2.3 单圆盘刚性Jeffcott 转子系统动力学方程
• 2.4 单圆盘转子分别在密封力和气流力单独作用下的稳定性
• 2.5 本章小结
• 3 单圆盘Jeffcott 平衡转子动力学方程的Hopf 分岔
• 3.1 分岔、混沌理论简介
• 3.2 Hopf（霍普夫）分岔
• 3.3 平衡转子的霍普夫分岔
• 3.4 本章总结
• 4 刚性不平衡转子运动失稳的数值分析
• 4.1 数值计算方法及MATLAB 软件介绍
• 4.2 庞加莱映射
• 4.3 刚性不平衡转子动力学方程
• 4.4 不平衡转子在气流力作用下的非线性运动特性
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录