基于ARMD的轴承特性对转子临界转速的影响.pdf

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1、第41卷第1期化工机械77基于ARMD的轴承特性对转子临界转速的影响许艳+1肖云峰2张志莲2唐涛3邓若飞1侯建1(1．北京化工大学机电工程学院；2．北京石油化工学院机械工程学院；3．成都成发科能动力工程有限公司技术中心)摘要通过改变轴承的油楔数、宽径比和间隙比，运用转子动力学软件ARMD，得到国产某型号双级透平发电装置中转子不同轴承特性下的临界转速。结果表明：采用4油楔轴承的转子一阶临界转速最大。且减小其轴承宽径比及间隙比有利于转子一阶临界转速的提高。关键词透平发电装置轴承特性临界转速ARMD中图分类号TQosl文献标识码A文章编号0254-6094(20t4)01-0077-05随着现代工

2、业的不断进步，旋转机械向着高速、结构复杂等方向发展。目前，国内设计的高炉煤气余压透平发电装置(简称TRT)结构趋向于双级叶轮的形式⋯，同时也面临着转子的临界转速与工作转速相接近的问题，因此对其桩界转速的探讨成为旋转机械转子动力学研究的重要内容。转子的工作转速应该远离其临界转速，保证其运转的平稳。深入研究轴承特性，探讨轴承特性对转子一轴承系统临界转速的影响，有着重要意义。为了分析轴承特性对转子一轴承系统临界转速的影响，笔者通过采用转子动力学软件ARMD对TRT转子一轴承系统进行研究，改变轴承的油楔数、宽径比和间隙比，得到不同情况下的转子一轴承系统的临界转速。1转子一轴承系统模型建立的理论基础1

3、．1轴承的动力学特性早在1925年对轴承动力特性的研究就引起了人们的关注。滑动轴承有着结构简单、运行平稳、噪声小、功耗少以及寿命长等优点，广泛用于旋转机械心o。滑动轴承主要的参数有平均压强P。、宽径比B／D、间隙比矽及油楔数z等p1。选取合适的滑动轴承对转子一轴承系统的刚度和阻尼有着重要影响。转子一轴承系统的阻尼主要来自于轴承的油膜，跟转速、轴承结构、润滑油的型号以及入口温度等有关。一般情况下，油膜力与其静平衡位移的关系式为口J：(惫)=(笔)+K(手)+c(号)c-，式中C——阻尼矩阵，由横向阻尼c¨垂直阻尼C¨交叉阻尼C，，和C。4个元素组成；K——刚度矩阵，由横向刚度k、垂直刚度K¨交

4、叉刚度b和＆4个元素组成；足。R，——油膜力的水平、垂直分量；R小R．。-一油膜力的静态水平分量、静态垂直分量；菇、，，——轴颈涡动位移的水平和垂直分量；互、，——轴颈涡动速度的水平和垂直分量。采用非定常的雷诺方程计算刚度系数和阻尼系数，其方程式为H1：去(等考)+面0(h田3一詈)=6U缸O_hh+12矿(2)式中h——油膜厚度；P——油膜压力；$许艳，女，1989年1月生，硕士研究生。北京市，100029。78化工机械2014焦U——周向速度；y——轴向速度；叼——流体动力粘度。1．2转子一轴承系统的动力学特性考虑回转效应及轴承油膜等因素，转子一轴承系统的运动微分方程式为K1：肘j+(C

5、+G)j+(K+s)z=F(3)式中C——系统的阻尼矩阵；F——作用在系统上的广义力；G——系统的陀螺矩阵；K——系统刚度矩阵的对称部分；M——系统的质量矩阵；s——系统刚度矩阵的不对称部分；z——转子位移；z——速度；；——加速度。该方程十分复杂，求解起来比较困难，但随着自然科学的发展和计算机技术的进步，以有限元方法为基础的数值仿真技术使这一问题得到解决。通常把一阶临界转速高于工作转速的转子叫做刚性转子，反之，为柔性转子旧1。在实际生产中，希望所设计的TRT转子是刚性转子，然而随着工作转速的提高以及转子结构越来越复杂等因素，使得TRT转子往往是柔性转子。对于柔性转子，关注的是其临界转速与工

6、作转速是否接近，若接近则往往会引起转子一轴承稳定性的问题，甚至会造成停车、停产等事故。2转子一轴承系统模型的建立通过ARMD软件建立转子一轴承系统，就是根据实际转子的几何尺寸，将其简化为一系列有限元单元的模型心。。本模型左轴承处轴颈为270mm，右轴承的轴颈为250mm。轴承特性由4个刚度系数(K，；、K，，、K。，、K，。)和4个阻尼系数(C。C。、C矿C，，)表示。转子一轴承有限元模型如图1所示。图1转子一轴承有限元模型运行ARMD软件包下的RotorDynamic模块，得到所需转子一轴承系统的物理参数：转子总质量为3684．81kg；左轴承承受载荷25373．1N，右轴承承受载荷126

7、21．8N。3轴承特性对转子一轴承系统临界转速的影响以上述模型为依托，通过改变轴承的油楔数、宽径比和间隙比，计算得到不同轴承特性下的临界转速，从而对比分析得到不同轴承特性对转子临界转速的影响。设置边界条件为恒定的人口温度50。C，转子的工作转速为3000r／min，计算该条件下的转子一轴承的前三阶临界转速。3．1油楔数对转子一轴承系统临界转速的影响油楔数会影响轴承的稳定区和承载能力。一般来说，随着油楔数的增加