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1、第24卷第3期航空学报Vol124No132003年5月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAMay2003文章编号:100026893(2003)0320226204迷宫密封—滑动轴承—转子系统的非线性动力稳定性李松涛,许庆余(西安交通大学建力学院,陕西西安710049)NonlinearDynamicStabilityofLabyrinthSeal2SlidingBearing2RotorSystemLISong2tao,XUQing2yu(Dept.ofArchitecturalEngineering
2、andMechanics,Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049,China)摘要:研究迷宫密封—滑动轴承—转子系统在不平衡量激励下的非线性动力稳定性。存在不平衡量的转子在旋转过程中受到周期激励,低转速时,转子作与激励同频率的周期运动,随着转速的提高,达到一定阈值时周期运动开始失稳。对迷宫密封的气动力采用Muszynska非线性力学模型,支承采用短轴承,用打靶法求解转子运动周期解,并根据Floquet理论分析了周期解的稳定性及失稳后的非线性动力学行为。关键词:非线性振动;稳定性;转子;迷宫密封;滑动轴承;打
3、靶法中图分类号:O34716文献标识码:AAbstract:Thenonlineardynamicstabilityoflabyrinthseal2slidingbearing2unbalancedrotorsystemsisstudiedinthispaper.Undertheperiodicexcitationofrotorunbalance,thewhirlingvibrationofarotorissynchronousiftherota2tionspeedisbelowthestabilitythreshold,whereast
4、hevibrationbecomessevereandasynchronouswhichiscalledunstableiftherotationspeedexceedsthethreshold.TheMuszynskamodelofthesealforce,shortbearingandshootingmethodareusedtoinvestigatesynchsonoussolutionofthedynamicequationoftherotorsystem,andthenbasedonFloquettheorythestabili
5、tyofsynchronoussolutionandunstabledynamicbehaviorsofthesystemareana2lyzed.Keywords:nonlinearvibration;stability;rotor;labyrinthseal;slidingbearing;shootingmethod2在透平机械中为了阻滞工作介质泄漏,往往md¨xd+cÛxd+k(xd-xb)=Fx+mdrωcosωt采用迷宫密封,密封腔中的流体与转子的振动相md¨yd+cÛyd+k(yd-yb)=-mdg+耦合,产生非线性的密封力,
6、可能会诱发转子强烈F+m2ydrωsinωt的振动,影响转子的动力稳定性。转子的扰动和k密封中的流体相互作用,所产生的密封激振力具mb¨xb+(xb-xd)=fx(1)2[1,2]有非线性的特性。Muszynska模型较好地反kmb¨yd+(yb-yd)=fy-mbg映了密封力的非线性特性,简洁概括,具有明确的2物理意义。本文采用Muszynska模型描述密封式中:md是盘的质量;k为轴的刚度;c为转子的力。以往的研究为简化计算模型,都采用刚性支外阻尼;转子无偏心时密封间隙为cd;xd,yd是盘承,但在实际工程中,大量转子都采用滑动轴承,
7、的轴心位移;mb是轴颈质量;xb,yb是轴颈位移;轴承的油膜力也是影响转子运动特性的重要因素cb是轴颈间隙;fx,fy是x,y方向的轴承油膜力;之一,不应忽视。非线性的密封力与非线性的油圆盘质量偏心为r。[1,2]膜力共同作用在转子上,将使转子的运动呈现新密封力采用Muszynska模型,反映了流的特征,本文对此进行研究。体激振力的非线性特性,其表达式为22FxK-mfτfωτfωDx1滑动轴承—迷宫密封—转子系统动力学方程=--F22yy-τfωDK-mfτfω设转子为单圆盘Jeffcott系统,两端采用滑动D2τfωmfÛxmf0¨x
8、轴承支承,密封力Fx,Fy等效作用在圆盘上,建--2τfωmfDÛy0mf¨y立系统的动力学方程(2)Muszynska认为流体作用力与流体一起,以收稿日期:2002206219;修订日期:2
