拉杆转子-轴承-密封系统接触刚度矩阵建立及动力学特性分析

周向拉杆转子结构在燃气轮机中非常常见,而转子结构中普遍存在的拉杆及接触层对转子-轴承-密封系统的动力学特性具有非常重要的影响。在本研究中,建立了周向分布拉杆的力学模型和表征轮盘之间接触效应的非线性接触刚度矩阵,该接触刚度矩阵由七个刚度系数组成,这七个刚度系数可以综合表征接触层横向刚度,剪切刚度,弯曲刚度,扭转刚度,并且该矩阵能够考虑转子变形对于刚度系数的影响。结合基于短轴承理论并且经过试验验证的非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型建立了周向拉杆转子-轴承-密封系统的动力学模型。采用了Newmark-β法对动力学方程进行了求解,并采用三维频谱图分析了预紧力大小和预紧力不均对周向拉杆转子-轴承-密封系统的非线性动力学特性的影响规律。结果表明,接触刚度以及故障拉杆的相对位置对拉杆转子-轴承-密封系统的稳定性及频率成分影响明显。

旋转径向矩形截面悬臂梁的建模与耦合振动分析

该研究提出了一种建立旋转径向悬臂梁动力学模型的分析方法。基于这种方法,建立了考虑弯曲变形,轴向变形和扭转变形之间耦合效应的矩形截面旋转悬臂梁的动力学模型。该动力学模型可以考虑由于旋转所引起的科里奥利效应,旋转软化效应,应力刚化效应,同时可以考虑梁的剪切变形、转动惯量以及截面翘曲。采用瑞利-里兹法对动力学方程进行了求解,计算得到了不同参数下旋转径向悬臂梁的固有频率及模态振型,将计算得到的固有频率与三维有限元方法和文献中的方法所获得的固有频率进行了对比。结果表明,采用该分析模型计算所得到的结果与三维有限元方法所获得的结果吻合较好,并且比文献中方法所得到结果具有更高的准确性。此外,还详细研究了旋转径向悬臂梁不同模态振型中模态组分的耦合形式,提出了一种改进的表格型模态振型的表示方法,并且深入研究了转速以及安装角对于模态组分的影响规律。

基础振动作用下转子轴承密封系统动力学分析

针对受不平衡质量、轴承油膜、密封流体及基础振动多激励共同作用的转子系统,采用Lagrange法建立其动力学模型,以RungeKutta法求解系统非线性状态方程,绘制频谱图、分岔图和轴心轨迹来分析系统的动力学特性,并引入振动烈度评估转子的振动水平。对比分析了基础振动对转子系统的非线性动力学特性及失稳转速的影响,并研究了基础振动的形式、频率及幅值对系统动力学特性的影响。结果表明,基础振动使得系统稳定性降低,其对转子系统动力学响应的影响具有明确的方向性。

基于虚拟材料层燃机转子接触面建模方法

为提高燃气轮机拉杆转子建模的准确性,在轮盘接触面处引入虚拟材料层对接触效应进行表征.结合数学统计模型和高斯分布函数得到接触面接触力学模型,分析了不同参数下的接触特性,基于材料力学变形本构关系导出虚拟材料层的弹性模量及泊松比,对接触层进行建模.动力学计算结果表明:在刚性支撑下,预紧力变化导致的接触效应对四阶临界转速的影响较为明显,转速偏差可达2.31%.引入非线性油膜力结果表明:预紧力增大导致各运动状态提前发生,实体转子与考虑预紧力接触的转子动态结果有较大分歧.虚拟材料层的引入有效地简化了考虑接触效应的燃机转子建模过程,并真实反映出轮盘接触效应对转子横振刚度的削弱作用.