支承总刚度对涡轮泵转子临界转速及稳定性的影响

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1、第40卷第1期2014年2月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPUI_SIONV01．40．No．1Feb．2014支承总刚度对涡轮泵转子临界转速及稳定性的影响窦唯，褚宝鑫(北京航天动力研究所，北京100076)摘要：针对低温液体火箭发动机涡轮泵转子非线性系统开展了支承总刚度对临界转速及系统稳定性的影响研究。建立了涡轮泵转子非线性系统的动力学模型，在有安装偏心条件下分别研究了泵端和涡轮端支承总刚度变化对转子系统临界转速和稳定性的影响，给出了失稳转速随支承总刚度的变化规律，为液体火箭发动机涡轮泵转子系统结构设计、诊断与维护．提供理论依据。关键词：液体火箭发动机涡轮泵

2、；转子系统；支承刚度；临界转速；动态稳定性中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2014)01—0030—09EffectofbearingsupportingstiffnessondynamicstabilityandcriticalspeedofturbopumprotorsystemDOUWei，CHUBao-xin(BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Abs啾：Theinfluenceofthebeatingsupportingstiffiaessondyna

3、micstabilityandcriticalspeedofturbopumpnonlinearrotorsystemoflowtemperatureliquidrocketengineisresearchedinthispa—per．Thedynamicmodelofturbopumpnonlinearrotorsystemwasestablished．Theeffectofsuppor—tingstiffnesschangeofthebeatingnearthepumpandthebearingneartheturbineonthestabilityandcritica

4、lspeedoftherotorsystemisrespectivelyresearchedundertheconditionofinstallationdecen-tration．Theruleofvariationofinstabilityrotatespeedwithbearingsupportingstiffnessisgiven．Atheoreticalfoundationforstructuraldesign，faultdiagnosisandsafeoperationoftheturbopumprotorsysteminliquidrocketengineis

5、provided．脚ords：liquidrocketengineturbopump；rotorsystem；supportingstiffness；criticalspeed；dy-namicstability收稿日期：2013—10—09；修回日期：2013—12—13基金项目：中国航天科技集团公司支撑项目(2011JY01)作者简介：窦唯(1977一)，男，博士，研究领域为转子动力学及设备故障诊断技术第40卷第1期窦唯，等：支承总刚度对涡轮泵转子临界转速及稳定性的影响310引言低温液体火箭发动机涡轮泵转子通常在高转速下工作，转子的振动特性直接影响火箭发动机的性能。随着

6、对涡轮泵转子系统动力特性研究的深入，尤其研究转子系统的临界转速、振型以及稳定性等特性【l{】，发现涡轮泵轴承支承总刚度是影响动力特性的重要参数之一。因此在进行结构设计和运行时必须避开临界转速以保证发动机安全稳定的运行具有重大的理论和实际意义。关于支承总刚度对转子系统的临界转速及稳定性研究国内外的许多学者已经开展了一些研究工作[1_101。本文针对液体火箭发动机涡轮泵转子非线性系统开展了轴承支承总刚度对临界转速及动力稳定性的影响研究。建立了涡轮泵转子系统的非线性动力学模型，计算其临界转速，在有安装偏心条件下分别研究了泵端和涡轮端支承总刚度变化对转子系统临界转速及稳定性的影响，

7、给出了失稳转速随支承总刚度的变化规律，为液体火箭发动机涡轮泵转子系统结构设计、诊断与维护提供理论依据。1液体火箭发动机涡轮泵转子系统数学模型涡轮泵转子轴系主要包括转子、轮盘、轴承、鼠笼和迷宫密封等，本文采用有限元方法形成涡轮泵转子轴系的刚度、质量和陀螺矩阵；进而建立涡轮泵转子非线性系统的动力学模型。1．1非线性密封力模型涡轮泵转子系统在实际运行时，其密封结构不仅起到减弱流体逸出的作用，同时近似为滑动轴承结构，滑动轴承的交叉刚度项可引起轴系的失稳。本研究在计算时，将密封结构做滑动轴承处理，并采用Capone非线性密封