转子失稳振动及转子失稳振动镇定器

　　转子失稳振动是工程实际中最为关注的问题。国内外许多学者对旋转机械转子失稳的机理进行了研究。文献[1,2,4]的研究结果表明,“增大转子的外阻尼有利于提高转子系统的稳定性”。文献[4]还研究了转子支承刚度各向异性对失稳振动的影响规律,指出,当转子水平支承刚度与垂直支承刚度差别较大时,支承刚度上的各向异性则能够在一定程度上弥补由于反交叉刚度所造成的转子不稳定的影响。总而言之,只要能够给转子系统提供足够的阻尼或使支承刚度呈明显的各向异性,转子的失稳振动就能得到有效地抑制。

　　在对整个转子系统的结构不做较大改变的前提下,为给系统提供附加的刚度和阻尼,挤压油膜阻尼器是一种常见的选择。它具有减振、抑制失稳和对轴承冷却的作用,因而在航空发动机中得到了广泛的应用和普遍的重视。但挤压油膜阻尼器的结构较复杂,设计和加工都不易,且还需要附加的供油系统,对地面旋转机械设备适用性较差。

　　本文提出在转子系统中引入一种加工制造简单的附加装置-失稳振动镇定器。它采用蜂窝状结构的橡胶材料来对整个系统提供适当的阻尼和刚度,从而寻求解决转子失稳振动的有效途径。实验中对转子失稳振动镇定器的阻尼特性进行了测试,结果表明,这种失稳振动镇定器能够提供显著的阻尼。

　　1　转子失稳振动分析

　　为了说明阻尼和支承刚度各向异性对抑制转子失稳振动的影响规律,取滑动轴承支承的Jeffcott转子模型进行了仿真计算。转子的运动方程为

式中:m,k分别表示圆盘质量、刚度;dxx、dxy、dyx、dyy为油膜阻尼系数;kxx、kxy、kyx、kyy为油膜刚度系数;e为圆盘质心与几何中心的偏心距;(x,y)和(x1,y1)分别表示圆盘中心和轴颈中心涡动后偏离各自静平衡位置的距离。

　　式(1)两边同除以mcΩ2,用xd、yd,xd0,yd0表示x/c,

　　1.1　计算实例

　　取转子质量m=29400kg。采用椭圆瓦轴承,轴承予载为0.5。轴颈的直径D=0.35 m,长度L=0.35 m。轴承间隙比(c/R)=0.0012。采用22#透平油为润滑油,粘度系数η=2.2077044×10^-2kg/m·s。转子的一阶临界转速Nc1=950r/min。

　　计算中,首先求出固定转速下的Sommerfeld[2]数,然后找出相对应的油膜刚度系数和阻尼系数,无量纲化后代入方程(2)中。应用四阶龙格库塔法进行数值积分求解。改变转速,重复上述的步骤,则可以算得系统的振动响应。其中,Sommerfeld数的计算表达式为

式中:η为粘度系数;N为转子的转速(r/min);W为转子重量(N)。其余参数同上。

　　1.2　计算结果分析