高速运动转子动静压轴承油膜动力稳定性分析

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动静压轴承为兼有动压、静压轴承两者优点的轴承，其在正常转速时动压工作，低速旋转时静压工作的油膜轴承。轴承启动、制动过程中或主轴转速低于某-临界值时为静压作用，在轴承正常运行过程中动压租用，静压供油系统停止工作。这样工作的动静压轴承称为静压浮升式动静压轴承，经常用于大型汽轮发电机转子动平衡试验，转子转速最高约 4 300 r/min。

现对于发电设备转子分析动静压轴承油膜的动态性，即动静压轴承在高速工作情况下的动力学性能，如极限转速、不稳定性和对不平衡量的响应。在转子轴在升速运动过程中，轴的中心位移变化幅值迅速增加，以致难以控制，这对于轴承 -轴系统则是- 个极危险现象，可造成转子轴及轴承部位严重烧毁，继而造成价值几千万设备的损失。

向动压油腔供油以保持动压润滑的需要，这时的外载荷将全部由油膜的动压效应所产生的作用力承受。

w ，/l/ /、、/ /l f - ， l/图 1 动静压轴承示意图1 动静压轴承工作原理 2 油膜轴承 -轴系统失稳现象成因如图 1两套供油系统，低压油 P .将通过动压油腔进入轴承，而高压油 P 进入静压油腔。注人静压油腔的油从轴承间隙泻出而形成-层压力油膜。若静压油腔与静压油腔有效面积的乘积等于外载荷，轴被顶起，脱离与轴承的直接接触，实现了液体摩擦。当轴以正常工作转速运行时，静压供油系统停止向静压油腔供油，此时另-个系统只当-个油膜轴承 -轴系统的速度逐渐升高时，可以测得轴的中心位移随时间变化，如图2所示，对于动静压轴承-轴系统，由于油膜产生的各向不同性的缘故，在高速轻载荷时，往往有两个频率。

油膜轴承-轴系统失稳现象成因：油膜的动态特性系数中有两个交叉刚度系统，即 、K 。这两个刚度系数对油膜轴承-轴系统的失稳有很大的影- 1 3 - .-， 设计与研究 上海大中型电机响。图3所示，图中0 是轴的瞬时平衡位置，若交叉刚度 为负、 为正，则交叉刚度与位移增量乘积所决定的 、Y扰动力增加有：AF K Ay-△F -Kx Ay△F Kyx Ax-AF -Ky Ax如果 轴 中 心 - 旦 偏 离 平 衡 位 置 ，△ 、- △F 、△F 、-△F 正好 增加 轴 中心 涡动 的能量 ，造成油膜轴承 -轴 系统失稳。经分析 值大，则刚度高，有利于提高油膜轴承 -轴系统的固有频率 ，这利于增加系统的稳定性 。阻尼 B-B 值大 ，利于抑制振动 ，而 B 日 对稳定性影响很/J、。

3 稳定性分析以下通过对4个刚度系数和阻尼系数分析来判断油膜轴承 -轴系统的稳定性。

M 图2 轴承 -轴系统升速过程Kxy y//- AyK- △x X /-y/ 0△v ： △y图 3 轴承 -轴系统失稳解析示意图轴在油膜中承受的扰动力的运动方程为：m (t)6F P (t)my(t) P (t)- 14 - 式中：m--轴的质量；、y--轴在 x，y方向位移随时间的变化 ；P (t)、P ( )--作用在轴 、Y方向的扰动力；占F 、6F -- 分别是轴受力的 、Y方向的油膜力。

6F K X(t)K Y(t)B (t)B (t)6F K，X(t)十Ky Y(t)B (t)B 夕(t)则轴在油膜中的运动方程可为：P (t)m (t)K (t)Ky Y(t)B 莺(t)B 夕(t)P ( )my( ) ( )K y(f)B (f)B 夕(t)对上两个公式进行拉式变化：P (S)：17tS (S) (S)K Y(S)B Sx(S) (5)P (S)膦 Y(S)K (5)K Y(S)B Sx(.s) (Js)将上式写为矩阵：； )/ms s B sK B ySKxy mS B SK /则：(Js)： ：± ± 孚 二 皇坚 ±C(s)y(S) 塑 式中：c(s)(mS 日 SK )(mS SK )- (B SK )(B 5K )特征方程：c(s)04S n3S n2Js 0lS口。

式中：20d m 03m( B )a2m(K y)BxBy-B yByr上1Kx Byy y - By -Ky B y0K Ky -K Ky该方程式-元四次多项式♀方程应有 4个根，即两对共轭复数根： (下转第 23页)基于 ANSYS的多波纹弹性油箱刚强度计算分析 设计与研究根据计算结果表3和振型图可以看出，这种结构的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料大锥环的椭圆频率为36.966 Hz，有效避开了50lz的工频和 100 Hz的电磁倍频，不会引起汽轮发电机端部共振，基本符合设计制造要求，还可以调整纤维缠绕铺放参数、叠层参数和成型工艺，更进-步优化大锥环的动态特性。

4 结语通过对上海汽轮发电机有限公司1 000 MW汽轮发电机端部结构进行分析，首先运用Pro/E和 ADAMS软件建立了针对汽轮发电机端部复合材料大锥环的纤维缠绕、铺放设备的虚拟样机模型，然后应用 ANSYS软件对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料大锥环进行了动态特f生分析，结果合理，为大型汽轮发电机定子端部用复合材料大锥环的设计、制造提供了参考依据。