带密封转子系统的振动分析

论文摘要

转子系统是大型旋转机械（如汽轮发电机组、水轮机组、工业压缩机等）的重要组成部分。气体动力激振成为威胁旋转机械安全运行的主要因素之一。以迷宫密封为代表的气体密封装置是广泛使用的有效的封严结构。由于转子在密封腔内很难避免发生偏置,当转子相对于静子发生偏置时,会造成密封周向压力分布不均从而形成密封激振力,转子的扰动和密封中的流体相互作用,形成密封激振力,密封激振力具有非线性特性。在一定条件下,迷宫密封中的气流激励转子,会使系统发生强烈的自激振动。本文重点分析不同条件下带密封转子系统的振动问题。首先,引入Muszynska密封力模型,建立考虑轴承质量的带密封转子系统动力学模型及其动力学方程,分析转速对带密封转子系统的影响；然后,分析陀螺效应对带密封转子系统的影响；之后,用有限元法分析带密封转子系统轴系上的振动情况；最后,考虑不对称弹性支承对带密封转子系统的影响。具体内容如下：（1）对带有密封结构的转子系统进行简化,引入Muszynska密封力模型,建立考虑轴承质量的带密封转子系统动力学模型及其动力学方程。（2）研究转速对带密封转子系统的影响。采用四阶Runge-Kutta法对带密封转子系统的振动响应进行数值仿真,对比分析得到的频域图、轴心轨迹图以及Poincare截面图,数值仿真表明,随着转速的提高,带密封转子系统出现单周期、拟周期和混沌等复杂的振动状态。（3）分析陀螺效应对带密封转子系统动力学特性的影响。（4）基于有限元法,对带密封转子系统进行振动分析,得出在密封力作用下,轴系上的振动响应。（5）考虑不对称弹性支承对带密封转子系统的动力学特性的影响。本文工作对于研究在气体密封结构作用下转子系统的振动具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.2.1 转子动力学的研究现状
• 1.2.2 密封力作用下转子系统研究概况
• 1.2.3 迷宫密封研究概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 带密封转子系统的动力学建模
• 2.1 引言
• 2.2 带密封结构转子系统的结构简化方法
• 2.3 转子系统密封力模型建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 转速对带密封转子系统振动的影响
• 3.1 引言
• 3.2 不同转速下转子系统振动响应仿真计算
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 分岔图
• 3.3.2 典型振动对比分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 陀螺效应对带密封转子系统振动的影响
• 4.1 引言
• 4.2 考虑陀螺效应的带密封转子系统的结构与模型
• 4.3 转子系统密封力模型
• 4.4 不同转速下转子系统振动响应仿真计算
• 4.5 结果分析
• 4.5.1 分岔图
• 4.5.2 典型振动对比分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于有限元法的带密封转子系统的振动分析
• 5.1 引言
• 5.2 单跨转子系统的有限元模型
• 5.3 刚性对称支承下分叉图和典型振动对比分析
• 5.3.1 分岔图
• 5.3.2 典型振动对比分析
• 5.4 弹性对称支承下分岔图和典型振动对比分析
• 5.4.1 分岔图
• 5.4.2 典型振动对比分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 考虑不对称弹性支承的带密封转子系统的振动分析
• 6.1 引言
• 6.2 带密封结构的转子系统的结构简化
• 6.3 不同转速下转子系统振动响应仿真计算
• 6.4 结果分析
• 6.4.1 分岔图
• 6.4.2 典型振动对比分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢