基于ARMD的軸承特性對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響.pdf

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1、第41卷第1期化工機(jī)械77基于ARMD的軸承特性對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響許艷+1肖云峰2張志蓮2唐濤3鄧若飛1侯建1(1．北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院；2．北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院；3．成都成發(fā)科能動力工程有限公司技術(shù)中心)摘要通過改變軸承的油楔數(shù)、寬徑比和間隙比，運(yùn)用轉(zhuǎn)子動力學(xué)軟件ARMD，得到國產(chǎn)某型號雙級透平發(fā)電裝置中轉(zhuǎn)子不同軸承特性下的臨界轉(zhuǎn)速。結(jié)果表明：采用4油楔軸承的轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速最大。且減小其軸承寬徑比及間隙比有利于轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的提高。關(guān)鍵詞透平發(fā)電裝置軸承特性臨界轉(zhuǎn)速ARMD中圖分類號TQosl文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0254-6094(20t4)01-0077-05隨著現(xiàn)代工

2、業(yè)的不斷進(jìn)步，旋轉(zhuǎn)機(jī)械向著高速、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等方向發(fā)展。目前，國內(nèi)設(shè)計的高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置(簡稱TRT)結(jié)構(gòu)趨向于雙級葉輪的形式?，同時也面臨著轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速與工作轉(zhuǎn)速相接近的問題，因此對其樁界轉(zhuǎn)速的探討成為旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究的重要內(nèi)容。轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)該遠(yuǎn)離其臨界轉(zhuǎn)速，保證其運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)。深入研究軸承特性，探討軸承特性對轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的影響，有著重要意義。為了分析軸承特性對轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的影響，筆者通過采用轉(zhuǎn)子動力學(xué)軟件ARMD對TRT轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)進(jìn)行研究，改變軸承的油楔數(shù)、寬徑比和間隙比，得到不同情況下的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。1轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)模型建立的理論基礎(chǔ)1

3、．1軸承的動力學(xué)特性早在1925年對軸承動力特性的研究就引起了人們的關(guān)注?；瑒虞S承有著結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、功耗少以及壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械心o?；瑒虞S承主要的參數(shù)有平均壓強(qiáng)P。、寬徑比B／D、間隙比矽及油楔數(shù)z等p1。選取合適的滑動軸承對轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的剛度和阻尼有著重要影響。轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的阻尼主要來自于軸承的油膜，跟轉(zhuǎn)速、軸承結(jié)構(gòu)、潤滑油的型號以及入口溫度等有關(guān)。一般情況下，油膜力與其靜平衡位移的關(guān)系式為口J：(憊)=(筆)+K(手)+c(號)c-，式中C——阻尼矩陣，由橫向阻尼c¨垂直阻尼C¨交叉阻尼C，，和C。4個元素組成；K——剛度矩陣，由橫向剛度k、垂直剛度K¨交

4、叉剛度b和＆4個元素組成；足。R，——油膜力的水平、垂直分量；R小R．。-一油膜力的靜態(tài)水平分量、靜態(tài)垂直分量；菇、，，——軸頸渦動位移的水平和垂直分量；互、，——軸頸渦動速度的水平和垂直分量。采用非定常的雷諾方程計算剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)，其方程式為H1：去(等考)+面0(h田3一詈)=6U缸O_hh+12礦(2)式中h——油膜厚度；P——油膜壓力；$許艷，女，1989年1月生，碩士研究生。北京市，100029。78化工機(jī)械2014焦U——周向速度；y——軸向速度；叼——流體動力粘度。1．2轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的動力學(xué)特性考慮回轉(zhuǎn)效應(yīng)及軸承油膜等因素，轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程式為K1：肘j+(C

5、+G)j+(K+s)z=F(3)式中C——系統(tǒng)的阻尼矩陣；F——作用在系統(tǒng)上的廣義力；G——系統(tǒng)的陀螺矩陣；K——系統(tǒng)剛度矩陣的對稱部分；M——系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣；s——系統(tǒng)剛度矩陣的不對稱部分；z——轉(zhuǎn)子位移；z——速度；；——加速度。該方程十分復(fù)雜，求解起來比較困難，但隨著自然科學(xué)的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，以有限元方法為基礎(chǔ)的數(shù)值仿真技術(shù)使這一問題得到解決。通常把一階臨界轉(zhuǎn)速高于工作轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子叫做剛性轉(zhuǎn)子，反之，為柔性轉(zhuǎn)子舊1。在實(shí)際生產(chǎn)中，希望所設(shè)計的TRT轉(zhuǎn)子是剛性轉(zhuǎn)子，然而隨著工作轉(zhuǎn)速的提高以及轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜等因素，使得TRT轉(zhuǎn)子往往是柔性轉(zhuǎn)子。對于柔性轉(zhuǎn)子，關(guān)注的是其臨界轉(zhuǎn)速與工

6、作轉(zhuǎn)速是否接近，若接近則往往會引起轉(zhuǎn)子一軸承穩(wěn)定性的問題，甚至?xí)斐赏＼嚒⑼．a(chǎn)等事故。2轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)模型的建立通過ARMD軟件建立轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)，就是根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)子的幾何尺寸，將其簡化為一系列有限元單元的模型心。。本模型左軸承處軸頸為270mm，右軸承的軸頸為250mm。軸承特性由4個剛度系數(shù)(K，；、K，，、K。，、K，。)和4個阻尼系數(shù)(C。C。、C礦C，，)表示。轉(zhuǎn)子一軸承有限元模型如圖1所示。圖1轉(zhuǎn)子一軸承有限元模型運(yùn)行ARMD軟件包下的RotorDynamic模塊，得到所需轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的物理參數(shù)：轉(zhuǎn)子總質(zhì)量為3684．81kg；左軸承承受載荷25373．1N，右軸承承受載荷126

7、21．8N。3軸承特性對轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的影響以上述模型為依托，通過改變軸承的油楔數(shù)、寬徑比和間隙比，計算得到不同軸承特性下的臨界轉(zhuǎn)速，從而對比分析得到不同軸承特性對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響。設(shè)置邊界條件為恒定的人口溫度50。C，轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速為3000r／min，計算該條件下的轉(zhuǎn)子一軸承的前三階臨界轉(zhuǎn)速。3．1油楔數(shù)對轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的影響油楔數(shù)會影響軸承的穩(wěn)定區(qū)和承載能力。一般來說，隨著油楔數(shù)的增加