摘要：针对涡轮增压器转子系统运行过程中频繁启停机、工作转速区间跨度大、转速变化快等条件下振动难以控制的问题,基于人工自愈工程理念,研究全转速范围油膜间隙与转子系统振动响应特性,提出采用压电陶瓷调节浮环轴承外油膜间隙改变系统阻尼从而实现转子系统振动快速、准确的控制。以某型汽油机涡轮增压器转子系统为例,分析推导出轴承油膜阻尼系数与其间隙的三次方成反比特性。构建不同外油膜间隙下浮环轴承转子系统动力学有限元模型,进行时域和频域非线性瞬态响应分析,得到全转速下的通频振幅和振动瀑布图,找出低中高三个转速段下转子系统最小振动幅值所对应的最佳油膜间隙,从而构建出油膜间隙与振动响应的映射矩阵。设计基于压电驱动下轴承座的外油膜间隙调节装置,采用分转速段振动主动控制策略,搭建相应的振动控制模拟试验装置,验证该控制系统的轴承间隙调节时间小于10 ms,最大位移误差小于0.5μm,可满足实时振动控制的要求。该方法可为高速转子机械振动控制提供新的思路。

摘要：高速轻载涡轮增压器转子系统的入口油温在长周期变转速运行条件下会产生动态变化,从而改变转子系统振动特性甚至导致非线性振动事故。以某型汽油机用高速轻载涡轮增压器转子为研究对象,分析浮环轴承内油膜最小厚度与偏心率随入口油温参数的变化规律,构建涡轮增压器转子-浮环轴承系统动力学有限元模型,采用Newmark积分法分析转子系统的非线性瞬态响应,结合涡轮增压器升速实验,得到不同入口油温下转子系统三维振动瀑布图与Colormap频谱图,探究入口油温对转子系统振动响应特性的影响。结果表明:随着入口油温从50℃增至130℃时,内油膜最小厚度会减少,环速比与偏心率会增加,内油膜振荡幅值逐渐降低,但出现内油膜振荡与外油膜涡动的轴颈转速点会提前约30%,且外油膜涡动幅值会逐步增加。综合内外油膜涡动与振动幅值,入口油温约为90℃时转子振动情况较好。结论可为设计具有智能抗振性能的高速轻载涡轮增压器转子系统的运行参数提供理论参考。

摘要：浮环轴承内外轴向长度结构参数会影响油膜压力分布与偏心率,产生显著分频振动而引发高速轻载涡轮增压器转子非线性振动故障。基于流体润滑理论和浮环力矩平衡方程,推导了含浮环轴承的涡轮增压器转子系统动力学方程,揭示浮环轴承轴向长度与转子系统振动响应之间的关系。以某型汽油机用涡轮增压器转子系统为例,分析浮环内、外轴向长度对轴承油膜压力、偏心率等动力特性的影响,构建转子系统动力学有限元模型,通过三维振动瀑布图研究不同浮环轴向长度下转子系统频域瞬态振动响应,结果表明:浮环内轴向长度从2.6增加到4.6 mm,导致浮环转速升高,最大内油膜压力减小,轴颈偏心率降低,分频幅值增加且出现分频的轴颈转速由142 kr/min降至76 kr/min,更易产生明显的非线性涡动现象;浮环外轴向长度从3.6增加到6.15mm,使浮环转速降低,最大外油膜压力变小,浮环偏心率及轴颈相对浮环的偏心率减小,低转速下分频幅值减少且出现分频的轴颈转速由10 kr/min升至22 kr/min,可抑制转子系统过早发生非线性涡动,为浮环轴承结构参数设计与试验提供理论支撑。