燃气轮机用弹支多孔油膜阻尼器调频减振的研究

　　某轻型单轴式燃气轮机转子系统的工作转速一般在10000r/min以上,通常高于一阶乃至二阶以上。对这样的转子系统,其结构完整性和可靠性问题十分突出,而振动和稳定性又常常是问题的关键。设计合适的弹性支承加挤压油膜阻尼器(SFD)可以有效地调整转子系统的临界转速,且具有减振效果显著,结构简单,重量轻,占用空间小等突出优点。但当不平衡量较大时,由于油膜刚度的高度非线性,易出现双稳态、临界转速过不去(‘锁死’)以及非协调进动等现象,进而导致转子振动过大,与静子碰摩,甚致疲劳破坏等故障。所以,合适的弹性支承加SFD设计也只能适于一定的条件和范围。

　　新型多孔质挤压油膜阻尼器(PSFD)是在SFD基础上研制、开发的更有效的阻尼器,其数学模型为[1]:

式中Qy为滑油通过粉末冶金多孔质油膜环的毛细小孔向外渗漏的单位面积单位时间的流量,当油膜环和滑油一定时,仅与油膜压力p有关。

　　PSFD比SFD的数学模型[2]多了粉末冶金的毛细小孔对滑油的渗漏项Qy,正是有了毛细小孔的渗漏作用改善了挤压油膜的油膜力特性。PSFD与SFD相比,可以提供相对更大的油膜阻尼并降低油膜刚度的高度非线性,既能保留SFD原有的突出优点,又可克服限制其使用范围上的缺点[1,2]。某轻型单轴式燃气轮机用原转子支承结构,在工作转速范围内有两阶临界转速出现,一阶为8700r/min左右,二阶为15200r/min左右,后者

　　很接近最大工作转速。为了确保安全可靠地调试运行,根据其支座刚度和临界转速计算值,设计了弹性支承,以调整临界转速;根据稳态不平衡响应计算结果,设计了PSFD,以控制转子系统振动。台架试车结果表明,弹性支承和PSFD取得了预期效果,获得了成功应用。

　　1　某单轴式燃气轮机的转子动力特性

　　1.1　转子支承刚度

　　支承刚度是影响转子动力特性的重要因素之一,改变支承刚度是调整转子支承系统临界转速的有效途径。因此,用有限元素法,计算了该单轴式燃气轮机前支承刚度[3],结果为: 68.6 MN/m。该燃气轮机转子支承结构测振位置参见图1。

　　1.2　临界转速计算

　　本文用传递矩阵法,计算了该单轴式燃气轮机多种支承刚度下的转子支承系统的临界转速和振型,以供理论分析、调整转子系统的各阶临界转速、设计适合的弹性支承之用。

　　当前支点刚度为68.6MN/m,后支点刚度为9.8MN/m时(即加装弹性支承后的刚度值),其一阶临界转速3087r/min,二阶临界转速11236r/min,三阶64365r/min。

　　1.3　带油膜阻尼器的转子稳态不平衡响应

　　本文采用动坐标系,复数平面上的传递矩阵法[4],计算该单轴式燃气轮机稳态不平衡响应,与传统的动坐标系传递矩阵法相比,它的突出特点是可以很方便地同时考虑多个不平衡力和油膜阻尼器。分别计算了后支点未带弹支和SFD的稳态不平衡响应,后支点带弹支加SFD以及加PSFD的转子支承系统的稳态不平衡响应,以此考察转子支承系统对不平衡力的敏感性,从而获得油膜阻尼器的最佳参数匹配。