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单盘积油转子系统动力学特性研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 积油转子系统积油形态研究

2.1 引言

2.2 积油盘流体仿真建模

2.2.1 Fluent中的VOF两相流模型

2.2.2 积油盘模型的网格划分

2.2.3 VOF两相流模型流相设定

2.3 积油形态仿真研究

2.3.1 无偏心状态下积油形态分析

2.3.2 偏心状态下积油形态分析

2.4 积油形态实验研究

2.4.1 实验台介绍

2.4.2 实验原理及实验内容

2.4.3 实验结果

2.5 本章小结

3 基于解析的积油转子系统动力学建模

3.1 引言

3.2 积油团力学相似简化

3.3 积油转子系统力学模型

3.3.1 模型与基本假设

3.3.2 坐标系设定

3.3.3 自由度定义

3.4 积油转子系统动力学方程建立

3.4.1 系统质心坐标

3.4.2 油团坐标

3.4.3 拉格朗日方程

3.4.4 系统动能

3.4.5 系统势能

3.4.6 基于拉格朗日方程的动力学方程推导

3.5 振动响应的龙格库塔求解方法

3.6 本章小结

4 积油转子系统动力学特性分析

4.1 引言

4.2 无油团作用下的转子系统响应分析

4.3 油团作用下的系统动力学响应分析

4.3.1 转速对积油转子系统振动影响

4.3.2 积油量对积油转子系统振动响应影响

4.3.3 支撑条件对系统振动响应影响

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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摘要

旋转机械是工业中运用最广泛的机械之一,大部分的旋转机械如汽轮机、压缩机、航空发动机等装置内部均有空心腔体结构。由于装置自身密封不良或者存在装配缺陷,转子旋转腔体内常贮存有或泄漏入油液,形成积油转子系统。在某些特定条件下,积油会导致整个转子系统产生强烈的自激振动,一方面会给支撑结构带来较大的载荷力,另一方面,也会使旋转机械腔体产生较大的变形,从而导致转静件碰摩,引起机械结构破坏。因此,研究积油转子动力学特性对于旋转机械的长期稳定运行具有十分重要的意义。
  本文以单盘积油转子作为研究对象,在流体仿真和实验验证基础之上,获得积油形态变化规律。随后,基于油团力学相似简化和Lagrange方程建立单盘积油转子系统动力学模型。最后,采用数值解析方法,分析了积油转子系统的动力学特性。主要工作包括以下:⑴基于单盘积油转子系统积油盘模型,建立油-盘流体仿真二维模型,采用Gambit网格划分工具,通过网格分块划分方法和边界加密处理,获得油-盘流体仿真结构化网格。⑵采用Fluent仿真软件VOF两相流模型,基于流体静压监测,分析系统偏心、液体类型、积液高度、圆盘转速四个特征参数对积液旋转形态的影响。并通过搭建单盘积油转子系统试验台,验证流体仿真结果。⑶基于油团力学相似性简化,获得单盘积油转子系统五自由度动力学建模方法,进而通过Lagrange方程以及系统动能、势能以及油团阻尼能分析,建立了系统动力学方程。⑷基于数值解析,分析了转子系统在无油团作用下的动力学响应和油团影响下的动力学响应。具体包括转速、积液量和支撑条件对积油转子系统振动响应的影响规律。积油形态研究表明,转轴偏心对积油转子的积油形态影响较大,当系统存在偏心时,积油会出现聚合效应,无偏心时,积油均匀分布于转盘内壁。系统动力学特性研究表明积油的存在对系统振动响应影响明显,积油转子系统中特定的转速、积液量和支撑条件均会激发系统由于积油存在而产生的共振锁频现象,导致系统振动幅值过大,出现异常振动现象。

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