重型燃机固定瓦-可倾瓦混合轴承非线性油膜力的动态系数表征

油膜力是滑动轴承-转子系统中最主要的非线性激励源，其引起的油膜振荡常会导致重燃气轮机等旋转机械发生停机乃至断轴等灾难性事故。然而，目前的转子系统非线性动力学研究中，滑动轴承非线性油膜力的求解与表征方法，往往不能满足实际工程设计的需要，计算方法也不具有普遍的适用性。针对重型燃气轮机中固定瓦-可倾瓦轴承自身结构的复杂性及目前有关非线性油膜力求解的研究现状，本项目提出一种具有普适性的固定瓦-可倾瓦轴承非线性油膜力的动态系数表征模型，给出独立于转子系统运动参数的轴承动态系数的理论求解和实验识别方法，并用动态系数近似表征的非线性油膜力模型进行重型燃气轮机转子系统的非线性动力学行为预测，为其设计提供可靠、准确的依据。本项目瞄准国际研究前沿，理论、实验研究和工程应用并重，将形成系统的滑动轴承非线性油膜力的理论与实验研究方法，对提高重型燃机转子系统稳定性分析的准确性和效率具有重要的研究意义和工程应用价值。

滑动轴承支承转子系统是重型燃汽轮机、汽轮机等重载旋转机械的主要部件，油膜力是滑动轴承-转子系统中最主要的非线性激励源，其引起的油膜振荡常会导致燃气轮机等旋转机械发生停机乃至断轴等灾难性事故。目前转子系统的非线性动力学研究中，轴承非线性油膜力的表达往往并不能满足实际工程设计的需要，计算方法并不具有普遍的适用性。本项目针对非线性油膜力难以解析求解、计算精度和速度无法保证的现状，提出滑动轴承动态系数的求解方法及非线性油膜力表征形式，通过转子系统的非线性动力学分析验证其可行性，这对提高轴承性能、改进轴承转子系统的设计和稳定运行具有重量意义。.本项目研究工作进展顺利，按计划完成了研究任务。主要研究成果有：.1. 以具有油膜力精确解析解的无限短滑动轴承为研究对象，在二阶近似条件下，通过油膜力泰勒展开给出了无限短轴承动态系数的定义和求解方法，包括线性和非线性系数共22个。通过动态系数近似表征的非线性油膜力与其精确解析解的对比，说明了非线性油膜力表征方法的精确程度，进行简单转子系统的非线性动力学分析以验证二阶动态系数近似表征的非线性油膜力对转子系统非线性特征的涵盖程度。.2. 以无限短轴承的非线性油膜力表征为基础，给出了二阶近似范围内有限长滑动轴承非线性动态系数的定义，总共为20个。提出普适性的滑动轴承线性和非线性动态系数的求解方法，给出了轴承非线性油膜力的表征形式。转子系统的非线性动力学分析结果表明，有限长轴承模型相比无限短轴承模型更接近系统的实际运动状态。.3. 对某F型重型燃气轮机的固定瓦-可倾瓦混合轴承，在考虑轴瓦扰动条件下求解了轴瓦的线性和非线性动态系数及轴承的折合动态系数，讨论了偏心率、预负荷对动态系数的影响，并给出非线性油膜力的表征形式。.4. 应用固定瓦-可倾瓦轴承的非线性动态系数表征油膜力进行了转子系统的非线性动力学分析，研究了不平衡质量对非线性动力学行为的影响。.5. 进行已有的盘式拉杆转子动力学实验，根据测得的轴颈轨迹，采用最小二乘法和Tikhonov正则化法辨识轴承的线性和非线性动态系数，结果表明，Tikhonov正则化法具有更好的识别精度。