調整微型渦噴發(fā)動機高速聯(lián)合轉子臨界轉速的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及轉子系統(tǒng)臨界轉速的調整方法，具體涉及一種調整微型渦噴發(fā)動機高 速聯(lián)合轉子臨界轉速的方法。
【背景技術】
[0002] 在航空、石油化工、電力、船舶等部門，甚至一般工廠中的許多機器都帶有旋轉部 件一一轉子。例如，航空渦輪發(fā)動機、蒸汽輪機、燃氣輪機、氣體壓縮機以及鼓風機等都是以 轉子為主體的機器，所有這些機器都統(tǒng)稱為旋轉機械。旋轉機械經(jīng)常出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：雖 然轉子經(jīng)過靜、動平衡，但當轉子升速（或降速）到某個轉速時，轉子系統(tǒng)發(fā)生共振，機器發(fā) 生劇烈振動，此時的轉速稱為臨界轉速。機器在臨界轉速下運行是危險的，必須調整臨界轉 速使之遠離工作轉速。對于一些變轉速的機器有時不可能將臨界轉速移出工作轉速，也應 當盡量調整使留在工作轉速范圍內(nèi)的臨界轉速僅僅處在加速通過的某個轉速上，且不宜停 留。
[0003] 轉子系統(tǒng)運轉時經(jīng)常處于自身不平衡激振力的作用下，當轉子的固有頻率等于該 激振力頻率（等于轉子轉速）時即發(fā)生共振，機器振動劇烈，共振時轉子的轉速定義為臨界 轉速。轉子在遠小于或遠大于臨界轉速下工作時，運轉平穩(wěn)，機器振動很小。
[0004]臨界轉速是指轉動件轉子在運轉中都會發(fā)生振動，轉子的振幅隨轉速的增大而增 大，到某一轉速時振幅達到最大值（也就是平常所說的共振），超過這一轉速后振幅隨轉速 增大逐漸減少，且穩(wěn)定于某一范圍內(nèi)，這一轉子振幅最大的轉速稱為轉子的臨界轉速。這個 轉速等于轉子的固有頻率，當轉速繼續(xù)增大，接近2倍固有頻率時振幅又會增大，當轉速等 于2倍固有頻率時稱為二階（級）臨界轉速，依次類推有三階、四階。
[0005] 傳統(tǒng)方法不計算每個影響因素對聯(lián)合轉子臨界轉速的敏感度，只是根據(jù)相關理論 調整發(fā)動機部分零部件的結構尺寸，從而達到調整臨接轉速的目的，有一定的盲目性。
[0006] 傳統(tǒng)方法多采用傳遞矩陣方計算聯(lián)合轉子的臨界轉速，傳統(tǒng)方法應用對象多為低 速、大型轉子，采用在轉子外再增加一個臨界轉速調整裝置的方法調整臨界轉速，從而增加 了飛行器的空間和重量，降低了可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術中在轉子外再增加一個臨界轉速調整裝置的方法調整臨 界轉速，存在增加了飛行器的空間和重量，降低了可靠性的不足，提供一種不需要在發(fā)動機 軸系外再安裝一個專門的臨界轉速調節(jié)裝置，節(jié)約飛行器空間，減少重量，提高可靠性的調 整微型渦噴發(fā)動機高速聯(lián)合轉子臨界轉速的方法。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
[0009] 調整微型渦噴發(fā)動機高速聯(lián)合轉子臨界轉速的方法，它包括以下步驟：
[0010] a、選擇一臺微型渦噴發(fā)動機，基于有限元計算模型測試聯(lián)合轉子在工作轉速內(nèi)的 臨界轉速，并將其定義為臨界轉速理論計算值A，將聯(lián)合轉子的臨界轉速試驗實測值定義為 B;通過A= | (A-B)/B|X100%得到誤差值A，判斷誤差值A的范圍是否在0-5%，如果在， 則不需要調整有限元計算模型，如果不在，則需要修正有限元計算模型，最終使誤差值A在 0-5%以內(nèi)；
[0011] b、定義聯(lián)合轉子的基本臨界轉速值為N，N = B，判斷基本臨界轉速值N是否在微 型渦噴發(fā)動機工作轉速內(nèi)，如果不在，則不需要進行基本臨界轉速值N的調整，如果在，就 需要進行基本臨界轉速值N的調整；
[0012] c、分析聯(lián)合轉子的結構，確定可以用來調整臨界轉速的要素，所述要素包括發(fā)動 機軸承預緊力、發(fā)動機軸承外圈增加膠圈、發(fā)動機端轉子跨度、發(fā)電機端轉子跨度、發(fā)動機 轉子直徑或聯(lián)軸器材料。
[0013] d、改變步驟c中確定出來的各個要素，基于有限元計算軟件重新建模并進行聯(lián)合 轉子臨界轉速計算得出臨界轉速計算值隊，通過N-隊得出其中最大臨界轉速變化值定義為 Niinax ;
[0014] e、將各個要素變化后計算得到的最大臨界轉速變化值Nimax分別與基本臨界轉速 值N對比，通過Si=(Nimax+ ^XIOO%得出敏感度對各個敏感度61進行排序，確定 若干個較大S,對應的要素，定義為關鍵要素；
[0015] f、將若干個關鍵要素進行組合，基于有限元計算軟件計算聯(lián)合轉子的臨界轉速， 從計算結果中確定一組能夠滿足臨界轉速調整要求的關鍵要素；
[0016] g、進行聯(lián)合轉子強度計算；
[0017] h、根據(jù)所述步驟f?中確定的關鍵要素更改發(fā)動機零件的設計圖，加工零件，裝配 發(fā)動機進行試驗，測試發(fā)動機臨界轉速，驗證計算結果的正確性。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟a中微型禍噴發(fā)動機的額定轉速可達106000r/min，所述聯(lián)合轉 子包括發(fā)電機轉子和發(fā)動機轉子，所述發(fā)電機轉子和發(fā)動機轉子通過聯(lián)軸器連接。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟a中修正有限元計算模型包括通過改變發(fā)動機端軸承 剛度來調整聯(lián)合轉子的支承剛度，發(fā)動機端軸承剛度計算公式= 0. 117X
【主權項】
1. 調整微型渦噴發(fā)動機高速聯(lián)合轉子臨界轉速的方法，其特征在于，它包括以下步 驟： a、 選擇一臺微型禍噴發(fā)動機，基于有限元計算模型計算聯(lián)合轉子在工作轉速內(nèi)的臨界 轉速，并將其定義為臨界轉速理論計算值A，將聯(lián)合轉子的臨界轉速試驗實測值定義為B ; 通過Λ= I (A-B)/BI X 100%得到誤差值Λ，判斷誤差值Λ的范圍是否在0-5%，如果在，則 不需要調整有限元計算模型，如果不在，則需要修正有限元計算模型，最終使誤差值Λ在 0-5%以內(nèi)； b、 定義聯(lián)合轉子的基本臨界轉速值為N，N = Β，判斷基本臨界轉速值N是否在微型渦 噴發(fā)動機工作轉速內(nèi)，如果不在，則不需要進行基本臨界轉速值N的調整，如果在，就需要 進行基本臨界轉速值N的調整； c、 分析聯(lián)合轉子的結構，確定可以用來調整臨界轉速的要素，所述要素包括發(fā)動機軸 承預緊力、發(fā)動機軸承外圈增加膠圈、發(fā)動機端轉子跨度、發(fā)電機端轉子跨度、發(fā)動機轉子 直徑或聯(lián)軸器材料。 d、 改變步驟c中確定出來的各個要素，基于有限元計算軟件重新建模并進行聯(lián)合轉 子臨界轉速計算，得出臨界轉速計算值Ni，通過N-隊得出其中最大臨界轉速變化值定義為 NiHiax ; e、 將各個要素變化后計算得到的最大臨界轉速變化值NiHiax分別與基本臨界轉速值N 對比，通過Si= (NiHiax^N)X 100%得出敏感度Si，對各個敏感度δ 1進行排序，確定若干 個較大δ i對應的要素，定義為關鍵要素； f、 將若干個關鍵要素進行組合，基于有限元計算軟件計算聯(lián)合轉子的臨界轉速，從計 算結果中確定一組能夠滿足臨界轉速調整要求的關鍵要素； g、 進行聯(lián)合轉子強度計算； K根據(jù)所述步驟f中確定的關鍵要素更改發(fā)動機零件的設計圖，加工零件，裝配發(fā)動 機進行試驗，測試發(fā)動機臨界轉速，驗證計算結果的正確性。
2. 根據(jù)權利要求1所述的調整微型渦噴發(fā)動機高速聯(lián)合轉子臨界轉速的方法，其特征 在于所述步驟a中微型禍噴發(fā)動機的額定轉速可達106000r/min，所述聯(lián)合轉子包括發(fā)電 機轉子和發(fā)動機轉子，所述發(fā)電機轉子和發(fā)動機轉子通過聯(lián)軸器連接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的調整微型渦噴發(fā)動機高速聯(lián)合轉子臨界轉速的方法，其特征 在于所述步驟a中修正有限元計算模型包括通過改變發(fā)動機端軸承剛度來調整聯(lián)合轉子 的支承剛度，發(fā)動機端軸承剛度計算公式為
其中d 為滾珠直徑，η為滾珠或滾子數(shù)量，β為接觸角，^為徑向外力，K "為發(fā)動機端軸承剛度徑 向剛度。
4. 根據(jù)權利要求1所述的調整微型渦噴發(fā)動機高速聯(lián)合轉子臨界轉速的方法，其特征 在于所述步驟b中的調整N值的步驟包括如果N值靠近微型渦噴發(fā)動機的工作轉速下限， 則降低N值；如果N值靠近微型渦噴發(fā)動機的工作轉速上限，則增加 N值。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種調整微型渦噴發(fā)動機高速聯(lián)合轉子臨界轉速的方法，該方法不需要在發(fā)動機軸系外再安裝一個專門的臨界轉速調節(jié)裝置，節(jié)約飛行器空間，減少重量，提高可靠性。該方法采取改變發(fā)動機零件結構尺寸的方式來調整高速聯(lián)合轉子的臨界轉速，簡單可行。
【IPC分類】G06F17-50, G01M15-00, G05D13-62
【公開號】CN104536475
【申請?zhí)枴緾N201410715210
【發(fā)明人】劉穎, 李子華, 丁紅華
【申請人】四川達宇特種車輛制造廠
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月29日