弹性支承高速转子的动力学分析.pdf

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1、第54卷第6期汽轮机技术Vo1．54No．62012年l2月TURBINETECHNOLOGYDeC．2012弹性支承高速转子的动力学分析李凌波，高晓辉(1国核工程有限公司，上海200233；2北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100091)摘要：阐述了一种有限元动力学分析方法，该方法从本质上对动力学分析的各项条件进行设定，更加侧重转子系统零部件之间连接条件和陀螺力矩的影响，为更加准确的进行高速转子的分析提供了正确的理论方法。该方法不但可以对转子进行模态和动平衡响应分析，而且还可以通过改变弹性支承和阻尼的参数来

2、对转子模型进行优化设计，这样就为高速转子系统的结构参数优化设计提供了重要的理论依据。关键词：动力学；有限元；弹性支承；高速转子分类号：TB122文献标识码：A文章编号：1001—5884(2012)06-0412-03TheDynamicsAnalysisofElasticSupportingHigh-speedRotorLILing．bo．GA0Xiao．hui(1StateNuclearPowerEngineeringCompany，Shanghm200233，China；2SchoolofAutomationScie

3、nceandElectricalEngineering，BeihangUniversity，Beijing100091、，China)Abstract：Thispaperexpoundsakindofmethodoffiniteelementdynamicanalysis，whichsetstheconditionsfordynamicanalysisinessenceandputsmoreemphasisontheconnectionbetweenpartsinrotorsystemandtheeffectofgyros

4、copiccouple．ThemethodnotonlymakesUSmorecleartomodalanddynamicbalanceresponseofrotor，butalsocanrealizeoptimizationdesignontherotormodelthroughchangingtheelasticsupportinganddampingparameters，whichprovidesanimportanttheoreticalbasisforhighspeedoftherotorsysteminopti

5、mizationdesignofstructureparameters．Keywords：dynamicanalysis；finiteelement；elasticsupport；highspeedrotor’0前言随着制造工业的迅猛发展，对于机械转子的转速要求越来越高，有的转子的工作速度甚至超过其本身的临界转速，并且要求它的旋转精度高、振动小。在转速提升到临界转速时，会伴随着强烈的振动现象，这时需要给转子安装配置合适的弹性支承来减小其振动程度，这样对转子系统在弹性支承下的动力学分析就成为设计弹性支承的主要依据，以满足转子

6、动态特性的需要⋯。近年来，虽然很多软件对转子进行动力学分析，但是在涉及到陀螺力矩、接触条件的设定和动⋯⋯⋯⋯⋯态响应分析时存在很多问题，本文就从建立动力学微分方程出发，很好地将这些问题得到了解决。1高速转子动力学系统建模凰；三GKa；■本文采用有限元方法对转子系统进行建模，就是将转子离散为质量集中的弹性单元来处理，不考虑转子在三维空间的具体形状。也就是说无论其形状如何都认为具有相同的质量、刚度、转动惯量单元具有相同的特性。该方法适用于图1有限元单元划分模型满足高速旋转条件下动平衡特性的规则几何体转子系统。收稿日期：2012

7、-08．16作者简介：李凌波(1967-)，男，硕士，工程师，现在主要从事工作和研究方向：核电汽轮机及常规岛系统设计与核电汽轮机设备采购。第6期李凌波等：弹性支承高速转子的动力学分析4131．2建立单元节点矩阵引入弹性支承与转子联接虚段，只考虑弹性支承的角力将已经分好的各个单元(包括边界元)形成单元质量矩矩刚度，位移刚度为无穷大，计算时给K一个较大的值，以阵、刚度矩阵、阻尼矩阵以及考虑陀螺力矩后的回转矩阵。保证弹性支承的位移与转子端部位移一致，其它未列出矩阵设转子系统任一节点位移列阵为：{“。}=[0；{u}为零阵。0一0

8、=[Y，将转子部分分成Ⅳ一1个单元，则转子部分有Ⅳ个节点，各单元矩阵皆相同，若单元的质量和转动惯量集[]=00一Kl^1^中到单元的两端，则各节点矩阵皆为4×4阶子阵，对于具有一0K0Ⅳ个节点的转子系统的整体矩阵都是2N×2N阶的稀疏对称0一K^O墨^阵，则单元质量矩阵、回转矩阵及单元刚度矩阵如下所示，