考虑陀螺效应的某燃机高压转子横向振动分析.pdf

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1、总第227期2013年第5期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringVoL33No．5163考虑陀螺效应的某燃机高压转子横向振动分析+陈路伟1汤华涛2(1．91388部队93分队湛江524022)(2．海军工程大学机械工程系武汉430033)摘要考虑转子的陀螺效应，利用有限单元法推导了某燃气轮机高压压气机转子的传递矩阵，并建立了该转子一轴承系统的传递矩阵模型。采用多体系统传递矩阵法计算了转子一轴承系统的固有频率，研究了陀螺效应对其振动特性的影响。关键词陀螺效应；燃气轮机；转子一轴承系统；多体系统传递矩阵法中图分类号THl38TransverseVibrationofH

2、ighPressureCompressorRotorofaGasTurbineConsideringGyroscopicEffectC髓NLuweiITANGHuataC(1．Unit93，No．91388TroopsofPLA，Zhanjiang524022)(2．DepartmentofMechanicalEngineering，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033)Al箍ttactThetransfermatrixofthehighpressurecompressorrotorofagasturbineconsideringgyroscop

3、iceffectwasderivedbythefi—niteelementmethod，andthenthetransfermatrixmodeloftherotor-bearingsystemwasestablished．Thenaturalfrequencyoftherotor-bear—ingsystemwascalculatedbytransfermatrixmethodofmulti—bodysystem，andthevibrationcharacteristicofthesystemwasstudied．KeyWordsgyroscopiceffect，gasturbine，r

4、otor-bearingsystem，transfermatrixmethodofmulti-bodysystemClassNu№rTHl381引言燃气轮机是舰船、航空动力和工业生产中常用的一种发动机[1]。它以转子为工作的主体，连同支撑它的轴承和支座等统称为转子一轴承系统。燃气轮机在运转时，其高压压气机转子常常发生激烈振动，产生噪声，降低了燃气轮机的工作效率，严重时甚至发生碰摩，使元件受损[2~3j。而且，燃气轮机高压压气机转子在高速旋转时，陀螺效应是不能够忽略的[4]。陀螺效应使得转子的横向振动固有频率与转速有关，从而改变转子的共振区。因此，考虑陀螺效应的影响，研究燃气轮机转子一轴承系

5、统的横向振动，具有很重要的意义。近年来发展较为成熟的多体系统传递矩阵法建模灵活，简洁，程式化程度高，计算量小，已得到广泛应用。由于该方法的计算特点，它特别适合解决链式结构系统问题，如连续梁，涡轮轴等。因此，本文将选择多体系统传递矩阵法建立燃气轮机转子计算模型。由于转子的工作特点，其结构比较复杂，转子内部有多处凸起。如果采用传统的偏微分方程来推导其传递矩阵，难度太大。本文以某燃机高压压气机转子为对象，利用有限元法推导转子各段的刚度矩阵，再通过矩阵变换求出其传递矩阵，最后将各段传递矩阵组合为整体传递矩阵，建立高压转子一轴承系统的多体系统传递矩阵模型，分析该转子一轴承系统的横向振动特性。2转子传

6、递矩阵2．1无质量梁传递矩阵图1为某燃机高压转子结构示意图，转子有多处凸起部分，应该先单独考虑凸起部分，分别推导其传递矩阵，然后将各段传递矩阵组合为整体传递矩阵。图1某燃气轮机高压压气机转子一般性地，转子的凸起部分可简化为图2中结构，并以凸起中线为轴，将凸起分为左右两个部分，这两个部分简化为无质量梁单元，然后在两个梁单元中间添加一个集中质量单元嘲。单独考虑凸起左半部分，将其划分为两个梁单元，编号为I、Ⅱ，如图2所示。若只考虑梁单元的横向振动，可假设两个梁单元的刚度矩阵分别为KI，KⅡ，易知这两个刚度矩阵都是四阶矩阵[S--8]，它们的表达式如式(1)。A图2凸起部分结构围l23●———I．

7、●——1IⅡ图3凸起梁单元模型*收稿日期：2012年11月1615，修回日期：2012年12月2215作者简介：陈路伟，男，助理工程师，硕士，研究方向：机械结构设计等。汤华涛，男，博士研究生，研究方向：舰船动力装置整体设计与系统分析。一几』～印0一164陈路伟等：考虑陀螺效应的某燃机高压转子横向振动分析总第227期r斟。硝。魁。五{t]r矾如肼3肼4]埒一l竺笔急．地剁124l硒一i竺慧麓竺Ic·，旧。魍。鹧3鲳。jL砚