含裂紋的渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、渦輪增壓器的主要部件是渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速可達(dá)幾萬(wàn)轉(zhuǎn)/分～二十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)/分。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在高速、高溫高壓、強(qiáng)腐蝕等惡劣條件下工作，轉(zhuǎn)軸上會(huì)產(chǎn)生細(xì)小裂紋源，并在各種應(yīng)力作用下擴(kuò)展導(dǎo)致軸斷裂，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則危害人身安全。裂紋是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中常見又極具危害性故障，通常采用超聲波、紅外線、磁粉探傷等方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。但這些方法都需要停機(jī)檢查，不利于裂紋在線識(shí)別與檢測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展對(duì)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)響應(yīng)有很大影響。因此，對(duì)含裂紋的渦輪增

2、壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性研究可為渦輪增壓器裂紋故障在線診斷與檢測(cè)提供理論參考，具有一定的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文考慮渦輪懸臂端裂紋，分別考慮單油膜支承和浮環(huán)支承（雙油膜）建立了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)力學(xué)模型及微分方程。并應(yīng)用非線性理論和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論，探討了裂紋對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力特性及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)考慮單油膜支承，并將其簡(jiǎn)化為軸頸模型，建立了渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型。利用

3、矩陣傳遞法計(jì)算了該系統(tǒng)的一階臨界轉(zhuǎn)速和二階臨界轉(zhuǎn)速，分析了無(wú)裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的支撐剛度對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響;考慮渦輪盤處的開斜裂紋，研究了裂紋軸剛度和臨界轉(zhuǎn)速隨裂紋深度及轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角的變化。
　　 (2)基于以上所建模型，利用四階Runge-Kutta法對(duì)含開斜裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并分析了裂紋對(duì)渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性行為的影響。發(fā)現(xiàn):裂紋使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在1/3Ωc、2/3Ωc附近產(chǎn)生三倍周期運(yùn)動(dòng)，擬周期運(yùn)動(dòng)等非線性動(dòng)力學(xué)行為;抑制了油膜

4、作用的轉(zhuǎn)速區(qū)間;高速區(qū)裂紋對(duì)系統(tǒng)非線性振動(dòng)特性影響小。
　　 (3)考慮浮環(huán)支承（雙油膜），建立了渦輪盤處含開閉裂紋的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)微分方程，利用四階Runge-Kutta法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，研究分析了裂紋對(duì)渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響。發(fā)現(xiàn):裂紋使系統(tǒng)產(chǎn)生分頻振動(dòng)，增大了低轉(zhuǎn)速時(shí)不平衡力的幅值;內(nèi)油膜失穩(wěn)的轉(zhuǎn)速區(qū)減小，但失穩(wěn)幅值增大，且內(nèi)外油膜阻尼對(duì)振動(dòng)幅值不起作用;高轉(zhuǎn)速時(shí)裂紋對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)特性影響很小。