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突加不平衡下弹性环挤压油膜阻尼器减振性能实验

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航空动力学报 2023年第1期38卷 32-40页

作者：张广辉黄延忠陈亚龙王震林徐科繁冯磊哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900

为了研究在瞬态冲击(突加不平衡)下弹性环挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)对转子系统突增振动的抑制效果,设计并搭建带ERSFD的转子动力学实验台,开展突加不平衡动力学实验,获取阻尼器供油和不供油下转子系统升... 详细信息

为了研究在瞬态冲击(突加不平衡)下弹性环挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)对转子系统突增振动的抑制效果,设计并搭建带ERSFD的转子动力学实验台,开展突加不平衡动力学实验,获取阻尼器供油和不供油下转子系统升速及降速过程中的振动响应规律。结果表明ERSFD供油后有效地抑制了突加不平衡引起的瞬态响应,降低了突加不平衡引起的额外振动74.39%,同时抑制了转子经过临界转速的基频振动(幅值最大降低了62.18%);ERSFD供油后会在转子系统中引入额外的刚度和阻尼,其综合效果表现为转子的临界转速较ERSFD不供油的状态下,1阶临界转速降低2.39%。

关键词：突加不平衡弹性环挤压油膜阻尼器瞬态响应临界转速减振效果

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超临界二氧化碳涡轮发电机振动试验

航空动力学报 2022年第7期37卷 1437-1446页

作者：毕春晓韩东江杨金福中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

搭建20 kW超临界二氧化碳涡轮发电试验系统,开展涡轮发电机轴系临界转速数值仿真研究,对比分析空心轴与实心轴的前4阶临界转速与振型,并计算涡轮的前4阶模态频率。开展转速与负载对轴系振动特性影响的试验研究,采用频谱图分析转速0~4800... 详细信息

搭建20 kW超临界二氧化碳涡轮发电试验系统,开展涡轮发电机轴系临界转速数值仿真研究,对比分析空心轴与实心轴的前4阶临界转速与振型,并计算涡轮的前4阶模态频率。开展转速与负载对轴系振动特性影响的试验研究,采用频谱图分析转速0~48000 r/min、负载0~20 kW下涡轮端与自由端壳体加速度振动响应。计算与试验结果表明:文中空心转子的临界转速高于实心转子的临界转速,有涡轮转子的临界转速低于无涡轮转子的临界转速。随着负荷从0 kW增加到15 kW,转子工频振动逐渐减小,但出现幅值较低的倍频振动;在转速区域11000~40000 r/min,不同功率下驱动端的振动响应低于自由端的振动响应,在转速48000 r/min时,不同功率下驱动端的振动响应均高于自由端的振动响应。

关键词：超临界二氧化碳涡轮发电机频谱分析临界转速振动响应

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不对中齿轮联轴器-轴承-转子系统动力特性

航空动力学报 2022年第2期37卷 225-234页

作者：张国渊梁茂檀郭进兴牛晓辙西安电子科技大学机电工程学院西安710071 中国航天科技集团有限公司西安航天动力研究所西安710100

为适应液体火箭发动机高速涡轮泵模拟运转需求,内啮合齿轮联轴器被设计作为涡轮快速起动过程运动传递的核心零部件;实际中联轴器前后两轴的不对中程度对试验转子动态性能产生了极大影响。构建了此类特定工程应用的内啮合齿轮联轴器刚度... 详细信息

为适应液体火箭发动机高速涡轮泵模拟运转需求,内啮合齿轮联轴器被设计作为涡轮快速起动过程运动传递的核心零部件;实际中联轴器前后两轴的不对中程度对试验转子动态性能产生了极大影响。构建了此类特定工程应用的内啮合齿轮联轴器刚度阻尼计算模型、多种不对中工况的表征方法及其附加力与力矩的求解模型、考虑不对中因素的联轴器-滚动轴承-双转子动力学分析模型,耦合上述模型数值求解得到了不对中参数对试验转子动力学性能的影响规律,包括临界转速、振动响应等,与文献对比完成了模型验证。结果表明:构建模型的动态响应误差小于15%;缩短联轴器和提高涡轮和试验转子同轴对中量可较好地降低系统的动力响应值,可有效地降低转子碰磨故障现象的产生,且其对双转子系统临界转速的影响较小,研究将为高速涡轮泵的设计和安全运行提供理论和试验参考。

关键词：齿轮联轴器不对中转子动力学临界转速振动响应

燃气轮机动力涡轮转子动力学相似试验模型的设计方法研究

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西安交通大学学报 2023年第10期57卷 78-88页

作者：黄朝晖袁奇余承智高进孔祥林西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室西安710049 东方电气G50研发中心成都610000

针对某实际燃气轮机动力涡轮转子因结构尺寸大、质量大等原因无法直接开展试验动力学研究,提出了一种由三维有限元仿真计算和试验相结合的动力学相似试验转子模型的设计方法。首先,利用动力相似原则建立原始涡轮转子的动力相似试验转子... 详细信息

针对某实际燃气轮机动力涡轮转子因结构尺寸大、质量大等原因无法直接开展试验动力学研究,提出了一种由三维有限元仿真计算和试验相结合的动力学相似试验转子模型的设计方法。首先,利用动力相似原则建立原始涡轮转子的动力相似试验转子模型和相应转子试验台,确定了目标函数为临界转速和振型相似;然后,分别进行转子动力学相似模型的有限元仿真计算和动力学特性试验,所得临界转速最大相对误差为4.5%,API 612高速动平衡标准下的不平衡响应峰-峰值相对误差为1.5%,说明仿真和试验的结果可靠;最后,对动力相似试验转子模型的有效性进行验证,动力相似试验转子模型的临界转速仿真和试验结果均与原始涡轮转子模型的临界转速成2.05倍关系,符合动力相似准则,并且动力相似试验转子模型的应变能分布与原始转子模型相似,成功构建了原始涡轮转子模型的动力相似试验转子模型,对于叶盘-转子系统的稳定性分析和试验设计研究有很大的参考价值和现实意义。

关键词：燃气轮机动力涡轮动力学相似应变能临界转速叶盘-转子系统

基于刚性转子模型辅助线性自抗扰的电磁轴承-柔性转子系统过二阶弯曲临界转速振动控制

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中国电机工程学报 2023年第6期43卷 2413-2425页

作者：李翁衡祝长生浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

为了使支承在电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)上的柔性转子系统以较小的振动跨越其2阶弯曲临界转速,首先建立柔性转子的状态空间模型和刚性转子的传递函数模型,得到所需刚性转子模型的参数;然后设计刚性转子模型辅助的线性自抗... 详细信息

为了使支承在电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)上的柔性转子系统以较小的振动跨越其2阶弯曲临界转速,首先建立柔性转子的状态空间模型和刚性转子的传递函数模型,得到所需刚性转子模型的参数;然后设计刚性转子模型辅助的线性自抗扰控制器;其次从增益、带宽和内置模型信息等方面分析自抗扰控制器的性能和模型辅助信息的有效性,用特征值轨迹的方法研究多输入多输出(multi-input and multi-output,MIMO)闭环柔性转子系统的稳定性;最后在一个AMB–多盘柔性转子试验台上进行试验研究。结果表明,所设计的刚性转子模型辅助线性自抗扰控制器能有效抑制柔性转子跨越2阶弯曲临界转速区的振动,改善传统自抗扰控制器的低频性能,降低噪声灵敏度。

关键词：柔性转子主动电磁轴承临界转速振动控制

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考虑轴承热弹变形的增压器转子临界转速分析

振动．测试与诊断 2022年第1期42卷 76-81,195,196页

作者：钟新利宾光富陈安华杨峰湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 宁波丰沃涡轮增压系统有限公司宁波315336

针对不同入口油温下浮环轴承因受热变形而改变涡轮增压器转子系统振动特性的问题,提出从浮环轴承的热弹性变形角度研究高速涡轮增压器转子系统的临界转速变化规律。首先,实验测量3种典型入口油温下浮环轴承处的温度,基于热固耦合分析得... 详细信息

针对不同入口油温下浮环轴承因受热变形而改变涡轮增压器转子系统振动特性的问题,提出从浮环轴承的热弹性变形角度研究高速涡轮增压器转子系统的临界转速变化规律。首先,实验测量3种典型入口油温下浮环轴承处的温度,基于热固耦合分析得到浮环轴承热弹性变形后轴承的内外间隙值,发现随着入口油温从20℃增加到70℃和120℃,内油膜间隙分别增大13%和31%,外油膜间隙分别减小7%和15%;其次,研究浮环轴承间隙与油膜动力特性系数间的关系,发现内油膜刚度和外油膜刚度都随着入口油温增加而减小;然后,基于有限元法构建了涡轮增压器转子系统动力学模型,采用瞬态升速分析得到转子系统临界转速,其与实验测试结果的误差仅为1.5%,表明仿真模型参数选取合理;最后,分析了3种入口油温下因浮环轴承发生热弹性变形而引发涡轮增压器转子系统临界转速变化的规律,发现随着入口油温升高,转子系统临界转速下降。该结论对高速涡轮增压器结构设计和故障诊断具有一定参考价值。

关键词：热弹性变形临界转速浮环轴承非线性转子系统涡轮增压器

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硬脂酸吸附对轴承限量供油润滑影响

机械工程学报 2023年第15期59卷 197-203页

作者：樊赛生郭峰荆兆刚栗心明刘海超 POLL G 青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520 汉诺威莱布尼兹大学机械设计与摩擦学研究所德国汉诺威201204

在限量供油条件下利用全轴承摩擦力矩测量系统和球-环点接触油膜润滑测量仪分别对PAO10(聚α-烯烃)和PAO10S(聚α-烯烃+0.2%w/w硬脂酸)进行摩擦力矩和膜厚测量。结果表明:轴承摩擦力矩先下降后上升,存在一个对应最小摩擦力矩的临界转速... 详细信息

在限量供油条件下利用全轴承摩擦力矩测量系统和球-环点接触油膜润滑测量仪分别对PAO10(聚α-烯烃)和PAO10S(聚α-烯烃+0.2%w/w硬脂酸)进行摩擦力矩和膜厚测量。结果表明:轴承摩擦力矩先下降后上升,存在一个对应最小摩擦力矩的临界转速。当转速低于临界转速时,PAO10S的摩擦力矩随供油量增加而减小,且明显小于PAO10的摩擦力矩。当转速高于临界转速时,PAO10S和PAO10的摩擦力矩差别减小。PAO10S产生的轴承摩擦力矩降低归因于硬脂酸吸附膜的低剪切抗力,更重要的是,因吸附膜产生润滑轨道表面能的降低,导致摩擦副的入口供油情况得到改善。润滑油膜厚度的光干涉测量结果显示,因硬脂酸的吸附PAO10S和PAO10的供油状态可分为三个区,全轴承摩擦力矩的测试结果与这三个区对应的油膜承载特性相关。

关键词：摩擦力矩硬脂酸限量供油吸附膜临界转速

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基于应变能分布的高速转子系统动力特性设计

机械工程学报 2023年第17期59卷 136-147页

作者：刘聪杨海杨哲夫洪杰王永锋北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206

针对高速转子系统动力特性优化设计中,迭代参数多、影响规律不清、迭代计算过程繁琐等问题,建立了考虑惯性主轴偏斜、盘轴连接局部刚度等关键结构特征的高速转子系统动力学模型,基于Rayleigh法与欧拉梁理论,揭示了整体一弯振型下转子应... 详细信息

针对高速转子系统动力特性优化设计中,迭代参数多、影响规律不清、迭代计算过程繁琐等问题,建立了考虑惯性主轴偏斜、盘轴连接局部刚度等关键结构特征的高速转子系统动力学模型,基于Rayleigh法与欧拉梁理论,揭示了整体一弯振型下转子应变能分布与临界转速、支点动载荷间内在关联,并得到了转子临界转速特性、载荷特征等随高速运转状态下转子弹性结构单元应变能占比的变化规律。算例结果表明,高速转子整体一弯振型下的应变能分布与其临界转速、支点动载荷特征具有极高的相关性,并对盘轴连接局部刚度等关键结构设计参数较为敏感。据此,提出了以应变能分布为优化设计目标的新思路,发展了基于应变能分布的高速转子动力特性设计方法,相较于传统的谐响应分析方法,迭代设计总耗时缩短了98%,且以应变能分布控制转子临界转速、支点动载荷时,控制误差不超过3%,有效避免了传统高速转子迭代设计过程中计算量大、耗时长等不足,在航空燃气轮机高速转子动力学设计中具有工程实用价值。

关键词：动力特性设计高速转子:应变能分布临界转速支点动载荷

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第5期43卷 667-673页

作者：罗忠刘家希刘凯宁孙凯东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学佛山研究生院广东佛山528312

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结... 详细信息

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.

关键词：弹性环式支承结构动刚度有限元仿真转子系统临界转速