带轴套结构转子系统失稳实验研究.pdf
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1、带轴套结构转子系统失稳实验研究易 毅姚宏武冯上前(中国航发湖南动力机械研究所湖南 株洲)摘 要:轴套结构是机械结构中的一种常用结构在液体火箭发动机涡轮泵中应用广泛但在高速运转中轴套结构容易发生振动失稳现象 本文针对某型火箭发动机涡轮泵失稳现象设计了一套带轴套结构转子系统 通过实验再现了涡轮泵失稳现象并对失稳现象的影响因素进行了研究 结果表明增大轴端拧紧力矩可以提高失稳门槛转速轴承外环与轴承座之间的配合关系是系统失稳的关键影响因素 本研究得到的失稳现象的规律对具有类似结构的转子系统设计和研究提供了数据支撑关键词:轴套结构失稳拧紧力矩配合关系中图分类号:文献标志码:./.():.:收稿日期 作者简
2、介 易 毅()男硕士高级工程师主要研究方向:转子动力学 引 言在工业生产中轴套结构发挥着不可或缺的作用 在一般工业中转子系统的转速都不是很高轴套结构往往因磨损导致设备故障 在国防科技工业中特别是高精尖的武器上轴套结构亦发挥着非常巨大的作用 航天飞机、宇宙飞船、卫星、远程导弹等大型航天器常采用泵压式液体火箭发动机而火箭发动机氢涡轮泵就采用了轴套结构并且涡轮泵工作在转子系统二阶临界转速与三阶临界转速之间 如果轴套设计不当转子系统容易发生失稳现象转子失稳也就是转子发生了自激振动 在转子横向振动时自激因素引起一个或相当于一个与振幅方向垂直的横向力 在不平衡力引起的正同步强迫振动情况下由于这种横向力的出
3、现转子将附加上一个自由振动 在多数情况下因外阻尼力的存在自由振动会逐渐衰减并消失剩下的只是稳定的有阻强迫振动 但当外阻尼力很小、自激力强烈时自由振动不被衰减而是维持下去自激力也就继续存在而且在一定范围内随着振幅的加大而加大 自激力与振幅相互促进以致振幅越来越大这就是失稳涡轮泵转子失稳是由于次同步进动引发的 涡轮泵转子的次同步进动属于自激进动是转子在运转中越过临界转速后重新被激发起来的进动频率为低阶自然频率(固有频率)附近的进动转子在某一转速开始偏离稳定的振动振幅随时间的进程而增大这一转速称为失稳转速或门槛转速 本文参考某型火箭发动机涡轮泵结构设计了一套带轴套结构转子系统通过实验再现了失稳现象并
4、对失稳现象的影响因素进行了研究 实验器设计实验器转子系统结构特点尽量与原机保持一致主要包括以下几点:实验器最高转速需要在二阶临界转速以上实验器转子振型需要与原涡轮泵一致即一阶振型为俯仰型二阶振型为单边型使用双盘外伸悬臂结构离心盘、轴套、轴承、动环均串装在主轴上使用轴套结构定位并由轴端大螺母压紧两个支承均采用弹性支承轴套与轴之间采用小间隙配合 由此可以确定模拟实验器的主要结构如图 所示图 模拟实验器结构.实验器临界转速测量转子在经过临界转速时动扰度在数值上达到极值相位发生跳变对于临界转速比较粗略的测量在实验中可以通过 图的这些特征确定转子各阶临界转速.工程与试验 .由于实验器水平、竖直方向存在刚
5、度和其他一些因素的影响在一阶临界、二阶临界分别存在两个临界转速如图、图 所示 此外转子系统临界转速在增、减速过程中存在微小差异可以忽略这个差异的影响 实验中增速过程为手动控制变频器增速导致变速不均匀影响实验数据的准确性因此采用自动均匀变速的减速 图作为分析曲线以确定转子各阶临界转速图 水平方向减速过程幅值响应曲线图 竖直方向减速过程幅值响应曲线实验器临界转速实测值如表 所示表 实测临界转速值一阶临界转速(/)二阶临界转速(/)水平方向竖直方向.实验器振型测量图 为转子振型测量示意图 由于转子结构比较紧凑且主轴上装有轴套能够供位移传感器测量的位置很少只能在 个点位进行测量这 个位置分别是离心盘、
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