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《大间隙环流中转子系统稳定性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、大间隙环流中转子系统稳定性研究——孙启国虞烈谢友柏文章编号:1004-132Ⅹ(2001)07-0729-04大间隙环流中转子系统稳定性研究孙启国虞烈谢友柏摘要:采用数值方法研究了转子周围大间隙环流动力学特性及其作用的Jeffcott转子动力学系统的稳定性。结果表明,大间隙环流对转子动力学系统的稳定性有很大的影响,同心转子也将产生半速涡动,最终以正向涡动模式失稳;偏心转子失稳转速有较大的降低,失稳模式取决于系统条件。关键词:大间隙环流;转子动力学;稳定性;数值方法中图分类号:TH113.1文献标识码:A孙启国博士
2、随着离心泵等流体机械向高速、高压和大功¨xMxxMxy率方向发展,转子越来越柔,而且往往在第一临界¨(1)MyxMyyy转速以上工作,作用于转子上的流体力越来越受式中,M、C、K分别为流体附加质量、阻尼、刚度系数;Fx、到国内外学者的高度重视。Fy分别为x、y方向上流体力分量;x、y分别为转子涡动位所谓大间隙是相对于轴承和密封间隙而言,移;下标x、y分别为坐标x,y方向分量。一般无量纲间隙(=H/R≈0.1,H为径向间隙;对于“无限长间隙环流”可简化为2维流场,R为转子半径)前者较后者约大2个数量级。这种见图1
3、。其不可压缩流体流动的控制方程可写大间隙使流体流动的Reynolds数增大,流动变成为[5]紊流状态,其动力学特性与传统的动压滑动轴承h1+(hu)=0(2)和密封有较大的不同。Fritz[1]首先进行了大间隙tR2hp环流对正向涡动转子稳定性的理论和实验研究,(hu)+(hu)+s+r+=0(3)tRR指出大间隙环流中转子系统也将发生“半速涡式中,r为转子壁面剪应力,r=-(R-u)2fr/2;s为[2][3]动”。Antunes和Grunenwald采用整体流动模2
4、静子壁面剪应力,s=ufs/2;fr,s为转子和静子壁面摩型和Hirs壁面摩擦系数方程研究了浸入大间隙擦系数;h为局部径向间隙;u为周向流动速度;为流体[4]环流中转子的静、动特性。笔者理论分析了正、密度;p为流体压力;为转子转速。反向涡动转子的临界转速和稳定性,基于更为合理的Moody壁面摩擦系数方程,计入偏心率、表面粗糙度等因素的影响,采用数值方法分析了大间隙环流中转子静特性。研究结果表明,大间隙环流对转子系统的静特性和动态稳定性有很大影[3]响,特别是在Grunenwald的实验中得出许多有图1间隙
5、环流结构及其控制体关Jeffcott转子动力学系统稳定性的结论,一些假设fr=fs=f,转子以圆轨道涡动,采用摄尚未有理论分析支持。动法求解控制方程式(2)、式(3),则可得到式(1)1大间隙环流动力学特性[2,4]中的大间隙环流流体激振力动特性系数。本文取2种特殊情况研究。对于处在轴心附近小涡动的转子,其周围大[4]偏心率=0时间隙环流流体激振力可线性表示为Mxx=Myy=maFxKxxKxyxCxxCxyx-=++Mxy=Myx=0FyKyxKyyyCyxCyyyCxx=Cyy=fma/(4)Cxy
6、=-Cyx=ma收稿日期:1999—09—14K2xx=Kyy=-ma/4基金项目:国家“九五”攀登计划资助项目(PD9521902);国家K2xy=Kyx=fma/2自然科学基金资助项目(19990511);甘肃省自然科学基金资助项目(ZS991-A22-002-G)式中,ma为单位长度间隙环流上Stocks流体动力质量,ma=R2/。·729·中国机械工程第12卷第7期2001年7月摩擦系数f=0时2mJJmaC=2[1-(1-2)1/2]-ma2mJJMxx=Myy=2ma2m
7、JecostMxy=Myx=0F=2mJesintCxx=Cyy=0xCxy=-Cyx=maX=(5)y2ma2Kxx=-21/2m2ma4(1-)JJ-4(1-2)1/202(1-2)1/2mK=a2(1-2)1/2mKyy=-40m2aJJ-4Kxy=Kyx=0式(7)可改写为¨3转子系统动力学方程X+M-1CX+M-1KX=M-1F(8)-1-1-1对于图2所示的偏心单质量圆盘Jeffcott转令MC=A;MK=B;X=Y;MF=D,代入式(8)将其降阶处理,得X0IX0
8、=+(9)Y-B-AYD式中,I为单位矩阵。图2单圆盘Jeffcott转子系统3数值计算及结果分析子系统,忽略转子的静挠度,其动力学方程为采用数值积分法求解式(9),得到大间隙环流m2xJJ0x2mJJ0中转子系统的时域变量,然后采用快速Fourier变++0m2JJy02mJJy换进行频域响应分析。¨mJ0xmJe2cost为了便于比较,计算采用文
