CN1621799A - 滑动轴承转子系统稳定性判别与控制技术 - Google Patents
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Abstract
本发明滑动轴承转子系统稳定性判别及控制技术，涉及旋转机械的稳定性分析、故障诊断与控制技术。根据轴承流固耦合运动形式的能量转化守恒方程Θ+ξ+Ψ－ω＝1，采用涡动耦合激振和非线性耦合振动位移极限环的分析方法，有效的控制系统外扰动参数、结构参数和物性参数，对滑动轴承转子系统的影响；合理调整轴颈旋转角速度ω0、轴颈的涡动角速度dφ/dt和偏心率变化速度dε/dt的耦合运动特性，确保轴承流固耦合运动形式的能量转化的守恒方程Θ+ξ+Ψ－ω≥1，提出了轴承转子系统稳定性分析、故障诊断、可控运行和优化设计的新技术。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机械的稳定性分析、故障诊断与控制技术。
背景技术
目前，随着旋转机械向高转速、大跨度、柔性轻结构方向发展，滑动轴承油膜与转子相互作用引起的稳定性问题日益突出，因此，轴承油膜失稳判据仍是大型旋转机械中没有彻底解决的难题。
在工程实际中，旋转机械领域的滑动轴承转子系统的稳定性判据一直没有一个实用的方法与标准，尤其是滑动轴承转子涡动特性与稳定性的关系还不清楚，无法对滑动轴承转子系统运行稳定性进行有效的诊断与控制，因此，经常发生旋转机械的设备损坏事故。
发明内容
在工程实际中，提出了一种根据轴承承载能力判别滑动轴承转子系统稳定性的方法，即：当轴承承载能力小于外载荷时，轴承系统失稳。
根据轴承流固耦合运动形式的能量转化守恒方程可确定滑动轴承转子系统中，滑动轴承转子系统运行失稳的判据方程为
因此提高滑动轴承转子系统运行的稳定性的根本途径，就是有效的控制系统外扰动参数、结构参数和物性参数，对滑动轴承转子系统的影响，合理调整轴颈旋转角速度ω0、轴颈的涡动角速度
和偏心率变化速度
的耦合运动特性，确保轴承流固耦合运动形式的能量转化守恒方程
失稳判据方程表达式与轴承流固耦合特征系数的物理意义：
惯性耦合系数
它表示油膜旋转惯性与轴颈涡动升力之比值，振动耦合系数
它表示油膜挤压力项与轴颈涡动升力之比值，静压耦合系数
它表示油膜静压力与轴颈涡动升力之比值，外载荷耦合系数
它表示轴承外载荷与轴颈涡动升力之比值。
这里，μ为润滑油动力粘度，L为轴承宽度，λ为轴承间隙比
c为轴承间隙(R-r0)，ω0为轴颈旋转角速度，φ为轴颈涡动角，ε为偏心距，r0为轴半径，pa为油膜静压力，1为油膜起始角，2为油膜终止角。轴承参数如图1所示。其中
附图说明
附图是轴承结构及参数示意图。
图中1转子、2轴承。
具体实施方式
用涡动耦合激振分析方法是对系统某一激振频率进行的谐振分析与评价，非线性耦合振动位移极限环分析方法则是对系统运行状态与过程进行的安全性分析与评价。因此，涡动耦合激振只是系统产生失稳的条件，耦合振动导致转子1偏心率(ε)大于工程允许值εmax的结果才是判别系统失稳的依据。
1.涡动耦合激振分析方法就是在于如何改变系统外扰动参数(Wi)、结构参数(L、D、λ)、物性参数(μ)和运动参数(ω0、ε)，控制轴颈涡动频率有效地避开转子1的固有频率与相关的载荷激振频率ωi *区域。相应的控制方程如下：
2.非线性耦合振动位移极限环分析方法就是在转子1几何中心涡动周期(T)里，如何改变系统外扰动参数(Wi)、结构参数(L、D、λ)、物性参数(μ)和运动参数(ω0、
)，控制转子1偏心(ε)不大于工程允许或规定值εmax或在极限值εmax内存在 相应的控制与判据方程如下：
工作原理：在工程实际中，影响油膜承载能力的不稳定因素主要有转子1旋转角速度ω0、转子1的涡动角速度
和偏心率变化速度
可以将轴承2流固耦合运动形式的能量转化守恒方程转化成转子1的涡动与挤压速度的两种形式，即涡动耦合激振和非线性耦合振动位移极限环的分析方程。这是两个很有工程实际意义的轴承2稳定性分析方程，根据这两个方程相关参数来确定提高滑动轴承2转子1系统运行稳定性的根本途径，就是有效的控制系统外扰动参数、结构参数和物性参数，对滑动轴承2转子1系统的影响；合理调整转子1旋转角速度ω0、转子1的涡动角速度
和偏心率变化速度
的耦合运动特性，确保轴承2流固耦合运动形式的能量转化守恒方程
就能够实现系统稳定性的稳定性分析、故障诊断、可控运行和优化设计。
Claims (4)
1、一种滑动轴承转子系统稳定性判别及控制技术，其特征是，根据轴承流固耦合运动形式的能量转化守恒方程Θ+ξ+ψ-ω＝1，采用涡动耦合激振和非线性耦合振动位移极限环的分析方法，有效的控制系统外扰动参数、结构参数和物性参数，对滑动轴承转子系统的影响；合理调整轴颈旋转角速度ω0、轴颈的涡动角速度
和偏心率变化速度
的耦合运动特性，确保轴承流固耦合运动形式的能量转化守恒方程Θ+ξ+Ψ-ω≥1，实现系统稳定性分析、故障诊断、可控运行和优化设计的新技术。
2、根据权利要求1所述的滑动轴承转子系统稳定性判别及控制技术，其特征是，滑动轴承转子系统的稳定性分析、诊断与控制原理及方法，编制的旋转机械设备及系统的稳定性分析、故障诊断、可控运行和优化设计的计算机软件程序。
3、根据权利要求1所述的滑动轴承转子系统稳定性判别及控制技术，其特征是，滑动轴承转子系统的稳定性分析、诊断与控制原理及方法，确定的旋转机械设备及系统的稳定性分析、故障诊断、可控运行和优化设计的控制系统和设计方法。
4、根据权利要求1所述的滑动轴承转子系统稳定性判别及控制技术，其特征是，滑动轴承转子系统的稳定性分析、诊断与控制原理及方法，制造的旋转机械设备及系统的稳定性分析、故障诊断、可控运行和优化设计的监测、诊断仪器和相应的自动控制保护系统装置。
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