變阻尼“O”型圈支承柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究

郝 龍, 楊金福, 韓東江, 唐長(zhǎng)亮, 張延明, 歐榮旭

(1. 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，北京 100190； 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3. 華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206)

氣體潤(rùn)滑軸承與滾動(dòng)軸承及液體潤(rùn)滑軸承相比，具有轉(zhuǎn)速高、振動(dòng)和噪聲小、摩擦功耗小、壽命長(zhǎng)、清潔無(wú)污染等突出優(yōu)點(diǎn)[1]，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、高速透平機(jī)械等領(lǐng)域[2-3]?！癘”型橡膠圈元件作為氣體軸承的阻尼元件和支承元件，可以有效改善氣體軸承支承轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)下的動(dòng)力學(xué)特性。“O”型橡膠圈剛度、阻尼特性參數(shù)對(duì)軸系動(dòng)力學(xué)特性具有重要影響，前人對(duì)此開(kāi)展了一定的研究。

前人針對(duì)不同橡膠材料的阻尼特性開(kāi)展了廣泛的研究[4-5], Belforte等[6]對(duì)橡膠圈做柔性支承件時(shí)氣體軸承-轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性以及橡膠圈參數(shù)隨激振力的變化特性進(jìn)行了理論研究。Ao等[7]指出橡膠圈作為轉(zhuǎn)子柔性支承元件阻尼特性與外載荷方向及材料本身密度有關(guān)。尹佩琪[8-9]對(duì)“O”型圈剛度、阻尼系數(shù)的測(cè)量以及“O”型橡膠支承的靜壓軸承在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的穩(wěn)定性開(kāi)展了研究。羅瑛等[10]對(duì)橡膠“O”型圈的參數(shù)隨形狀、溫度、頻率的變化關(guān)系進(jìn)行了研究。宣海軍[11]對(duì)黏彈性橡膠支承件的數(shù)量、排列方式等對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響進(jìn)行了研究。侯予等[12]對(duì)橡膠圈加穩(wěn)徑向氣體軸承偏心率與偏位角進(jìn)行理論分析與試驗(yàn)研究，在試驗(yàn)中研究了橡膠圈加穩(wěn)徑向軸承的偏心率與偏位角的變化規(guī)律及特點(diǎn)。蘇小雯[13]針對(duì)“O”型橡膠圈支承件的動(dòng)力學(xué)參數(shù)在變工況下的變化特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究了“O”型橡膠圈支承件的數(shù)量、初始配合壓縮量等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)支承件動(dòng)力學(xué)參數(shù)特性的影響。

前人對(duì)“O”型圈作為支承元件時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)隨激振力、溫度等不同參數(shù)的變化特性進(jìn)行了研究，而對(duì)于不同阻尼“O”型圈支承下柔性轉(zhuǎn)子固有特性以及非線性振動(dòng)特性未進(jìn)行詳盡的研究?；诖?，本文對(duì)不同阻尼特性參數(shù)“O”型圈支承氣體軸承-柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，對(duì)比研究了不同阻尼特性“O”型圈支承軸系在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速及其以上時(shí)的固有特性及非線性動(dòng)力學(xué)特性，可以為氣體軸承支承軸系“O”型圈特性參數(shù)的設(shè)計(jì)、選用提供試驗(yàn)參考。

1 阻尼對(duì)軸系響應(yīng)影響[14]

轉(zhuǎn)子受到非同步激勵(lì)下，軸系動(dòng)力學(xué)特性方程如式(1)所示：

(1)

式中：M，K分別為軸系質(zhì)量、剛度，Ds為軸系外阻尼，Di為軸系內(nèi)阻尼，z=Bej(ωt+β)為轉(zhuǎn)子振動(dòng)響應(yīng)，其中振動(dòng)幅值B以及相位β如式(2),(3)所示：

B=F/{(K-Mω2)2+[(Ds+Di)ω-DiΩ]2}1/2

(2)

(3)

當(dāng)激勵(lì)頻率較小時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)與在恒定力作用下相似，振動(dòng)幅值如式(4)所示。隨著軸系內(nèi)阻尼的增大，軸系響應(yīng)幅值呈降低趨勢(shì)。

(4)

當(dāng)激振頻率與系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同時(shí)，在低轉(zhuǎn)速下，軸系的響應(yīng)幅值如式(5)所示，隨著系統(tǒng)外阻尼的增加，軸系的振動(dòng)幅值降低。

B≈F/[K2+(DsΩ)2]1/2

(5)

固有頻率處，軸系振動(dòng)幅值如式(6)所示，可以得到隨著外阻尼增加，軸系振動(dòng)幅值呈減小趨勢(shì)，在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，引入較大外阻尼，可以有效抑制臨界振幅。

B=F/{[(Ds+Di)ω-DiΩ]2}1/2

(6)

激勵(lì)頻率較大時(shí)，軸系響應(yīng)主要取決于慣性項(xiàng)，即Mω2，對(duì)軸系阻尼對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響，尤其是涉及到非線性因素后，需要進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。

本文針對(duì)氣體軸承-轉(zhuǎn)子軸系中由氣體軸承“O”型圈引入外阻尼對(duì)軸系的動(dòng)力學(xué)特性的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)及方案

單跨柔性轉(zhuǎn)子試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，由氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、高壓供氣系統(tǒng)、振動(dòng)采集與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、以及控制系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖2所示。

1. 徑向止推動(dòng)靜壓混合氣體軸承；2.止推動(dòng)靜壓混合氣體軸承；3.徑向動(dòng)靜壓混合氣體軸承；4.安全切斷閥;5.球閥；6.穩(wěn)壓閥；7.氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥；8.過(guò)濾器；9.流量計(jì)；10.溫度變送器；11.壓力傳感器；12.工控機(jī)；13.采集儀;14.電腦圖1 氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)Fig.1 Layout of gas bearing-rotor test rig

圖2 子系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.2 Photos of subsystems

氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)采用同軸單級(jí)徑向透平驅(qū)動(dòng)，動(dòng)靜壓混合氣體軸承支承，圖1中軸承1提供徑向、軸向承載作用，2只提供止推作用，3只提供徑向承載作用。“O”型圈作為軸承在軸承座中的支承元件，為軸系提供一定剛度、阻尼，基于此，改變“O”型圈的剛度、阻尼特性參數(shù)，可以有效的調(diào)節(jié)軸系的動(dòng)力學(xué)特性。

振動(dòng)采集與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由電渦流位移傳感器、采集儀、電腦組成，可以實(shí)現(xiàn)軸系振動(dòng)測(cè)試、監(jiān)控、信號(hào)采集及離線分析。通過(guò)振動(dòng)采集模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)控軸系不同測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅值、相位、頻譜特性、軸心軌跡等信息，為軸系升、降速操作提供參考。通過(guò)數(shù)據(jù)分析模塊可以進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)的后續(xù)離線分析，對(duì)軸系動(dòng)力學(xué)特性開(kāi)展全面研究。

試驗(yàn)采用直徑為5 mm的電渦流位移傳感器，傳感器與轉(zhuǎn)子的初始間隙電壓為1V左右。于透平端及尾端軸承處布置徑向振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量轉(zhuǎn)子水平(0°)以及垂直(90°)方向振動(dòng)信號(hào)，于轉(zhuǎn)子尾端布置鍵相信號(hào)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量轉(zhuǎn)子的鍵相信號(hào)。采集儀采樣頻率根據(jù)Shannon[15]定理確定，設(shè)定為6 000 Hz。傳感器以及采集儀參數(shù)如表1所示。

表1 采集系統(tǒng)性能參數(shù)

高壓供氣系統(tǒng)可以為軸承提供高壓空氣，實(shí)現(xiàn)軸承的靜壓承載作用，同時(shí)為軸系升速提供高壓動(dòng)力氣源。控制系統(tǒng)可以控制不同升降速區(qū)間的軸承供氣壓力，轉(zhuǎn)子升、降速率，通過(guò)控制緊急切斷閥可以實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)下的緊急停車(chē)。

采用具有不同阻尼特性的“O”型圈，開(kāi)展相同軸承供氣壓力下變特性參數(shù)“O”型圈支承氣體軸承-柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)，試驗(yàn)方案如表2所示。試驗(yàn)采用結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的不同材料“O”型圈，如圖3所示，丁腈、氟膠以及硅膠“O”型圈的材料分別為丁二烯-丙烯腈、氟化烴以及聚硅氧烷?！癘”型圈以及軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3所示。

表2 變阻尼“O”型圈支承軸系試驗(yàn)方案

圖3 氣體軸承O型圈Fig.3 O rings of gas bearings

參數(shù)名稱(chēng)數(shù)值O型圈直徑/mm105O型圈截面直徑/mm3.1軸承外徑/mm110軸承內(nèi)徑/mm50軸承寬度/mm60轉(zhuǎn)子質(zhì)量/kg10.36軸承半徑間隙/mm0.04

3 “O”型圈阻尼特性

軸承“O”型圈直徑、數(shù)量、排列方式等參數(shù)相同，其阻尼特性系數(shù)隨激振頻率變化而變化。根據(jù)文獻(xiàn)16，對(duì)“O”型圈沿徑向支承方向的阻尼參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，得到三種不同材料“O”型圈中，丁腈“O”型圈阻尼最高，氟膠“O”型圈次之，硅膠“O”型圈最小[16]。300～800 Hz范圍內(nèi)丁腈“O”型圈以及氟膠“O”型圈的阻尼特性參數(shù)隨激振頻率變化關(guān)系如圖4所示，800～900 Hz頻率區(qū)間內(nèi)阻尼特性根據(jù)三次樣條差值法擬合曲線得到?？梢缘玫诫S著激振頻率增高，“O”型圈阻尼呈減小趨勢(shì)，且在300～900 Hz頻率范圍內(nèi)，丁腈“O”型圈阻尼始終大于氟膠“O”型圈阻尼。

圖4 丁腈膠圈與氟膠圈阻尼特性曲線Fig.4 Damping curves of NBR and VITION[16]

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 固有特性

采用錘擊法，由尼龍力錘敲擊轉(zhuǎn)子產(chǎn)生激勵(lì)，采用加速度傳感器測(cè)量響應(yīng)信號(hào)，在該單跨柔性轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)上，進(jìn)行了不同供氣壓力下轉(zhuǎn)子的模態(tài)試驗(yàn)。得到在0.20 MPa至0.70 MPa軸承供氣壓力范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子平動(dòng)固有頻率范圍為99.39～144.64 Hz，錐動(dòng)頻率范圍為138.19～214.30 Hz，一階彎曲固有頻率范圍為545.50～557.66 Hz[17]。

圖5為試驗(yàn)過(guò)程時(shí)間-轉(zhuǎn)速-幅值曲線，升速過(guò)程中經(jīng)歷三階臨界轉(zhuǎn)速，其中前兩階臨界轉(zhuǎn)速為軸系平動(dòng)以及錐動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速，振動(dòng)幅值較低。三階臨界轉(zhuǎn)速為軸系的一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速，出現(xiàn)軸系振動(dòng)幅值增大，升速率降低現(xiàn)象。不同“O”型圈支承下軸系臨界轉(zhuǎn)速如表4所示，不同試驗(yàn)中軸系進(jìn)入一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速值最小差值為0.37 Hz，在采集儀測(cè)量精度誤差范圍以內(nèi)，同時(shí)通過(guò)鍵相信號(hào)可以得到測(cè)量準(zhǔn)確無(wú)誤，表明測(cè)量的轉(zhuǎn)速值準(zhǔn)確可靠。不同試驗(yàn)進(jìn)入一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速順序依次為硅膠圈、氟膠圈、丁腈膠圈支承軸系。軸系剛度越大，軸系臨界轉(zhuǎn)速越高，根據(jù)一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速，可以得到三種不同材料“O”型圈剛度特性為：丁腈“O”型圈最大，氟膠“O”型圈次之，硅膠“O”型圈最小。

在平動(dòng)以及錐動(dòng)臨界處，軸系轉(zhuǎn)速較低，激振力主要為不平衡力，其頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相等，振動(dòng)幅值主要取決于系統(tǒng)的剛度以及外阻尼項(xiàng)。三組試驗(yàn)中軸承供氣壓力相同，因此軸承氣膜剛度、由氣膜引入外阻尼均相同，在該轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)軸系的振動(dòng)幅值基本保持一致，如試驗(yàn)一、二、三錐動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速幅值分別為16.04 μm，16.85 μm，13.82 μm。

圖5 變阻尼O型圈支承軸系時(shí)間-轉(zhuǎn)速-幅值曲線Fig.5 Time-speed-amplitude curves of experiments with different O rings

一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，不同“O”型圈支承軸系工頻特性呈現(xiàn)較大差異。試驗(yàn)一丁腈膠圈支承軸系轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，振動(dòng)幅值在達(dá)到峰值后，呈穩(wěn)定下降趨勢(shì)。在試驗(yàn)二、試驗(yàn)三較小阻尼膠圈支承下，在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，軸系轉(zhuǎn)速與幅值均出現(xiàn)了波動(dòng)，如硅膠“O”型圈支承下軸系在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速處轉(zhuǎn)速由544.92 Hz降低至515.63 Hz，此時(shí)振動(dòng)幅值由44.5 μm降低至12.31 μm。試驗(yàn)表明采用大阻尼“O”型圈可以提高轉(zhuǎn)子在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速處軸系的穩(wěn)定性，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)幅值穩(wěn)定降低。

圖6為試驗(yàn)過(guò)程中閥門(mén)7開(kāi)度-流量特性曲線，閥門(mén)7開(kāi)度達(dá)到14%后，驅(qū)動(dòng)氣源流量達(dá)到94 Nm3/h，進(jìn)入閥門(mén)死區(qū)，直至閥門(mén)開(kāi)度給定20%，流量開(kāi)始隨閥門(mén)開(kāi)度增加而增大。當(dāng)主路閥門(mén)開(kāi)度達(dá)到18后，軸系進(jìn)入一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，隨著驅(qū)動(dòng)氣源流量增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加緩慢，直至流量增加至190 Nm3/h后，轉(zhuǎn)子退出一階彎曲臨界，轉(zhuǎn)速升速率增加，轉(zhuǎn)速快速增加。結(jié)合圖5、圖6，在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域軸系升速率降低，主要是由于軸系進(jìn)入一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值增加，驅(qū)動(dòng)氣源增加能量集中于軸系振動(dòng)，而軸系阻尼較小，一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域轉(zhuǎn)子工頻振幅不能迅速降低，導(dǎo)致出現(xiàn)本試驗(yàn)中一階彎曲臨界處轉(zhuǎn)子升速率降低，振幅持續(xù)處于高值的現(xiàn)象。試驗(yàn)二、三中采用阻尼更小的氟膠圈、硅膠圈支承軸系，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速處軸系振動(dòng)幅值持續(xù)處于高值，且出現(xiàn)軸系穩(wěn)定性降低現(xiàn)象。

圖6 試驗(yàn)一試驗(yàn)過(guò)程閥門(mén)7開(kāi)度-流量曲線Fig.6 Time-speed-amplitude curve of test one

O型圈種類(lèi)平動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速/(r·min-1)錐動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速/(r·min-1)一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速/(r·min-1)丁腈82221303132540氟膠71221370132518硅膠70521335332094

4.2 頻譜特性

試驗(yàn)過(guò)程軸系振動(dòng)瀑布圖如圖7所示，圖中橫軸為頻率，豎軸為時(shí)間，縱軸為振動(dòng)幅值。通過(guò)瀑布圖，可以描述試驗(yàn)升、降速過(guò)程頻譜結(jié)構(gòu)以及不同頻率成分的幅值。

(a)試驗(yàn)一

(b)試驗(yàn)二

(c)試驗(yàn)三圖7 變阻尼“O”型圈軸系三維譜圖Fig.7 3D-waterfall diagrams of plot for experiments with different O rings

試驗(yàn)一丁腈“O”型圈支承軸系試驗(yàn)最高轉(zhuǎn)速為1 054.8 Hz。升速中一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速處振幅增加，轉(zhuǎn)子升速率由6.848 Hz/s降低至0.40 Hz/s，至轉(zhuǎn)速560.55 Hz升速率恢復(fù)正常。升速至869.14 Hz出現(xiàn)頻率為164.06 Hz的低頻振蕩現(xiàn)象，并一直持續(xù)至最高轉(zhuǎn)速。振蕩頻率與一階平動(dòng)臨界頻率發(fā)生鎖頻，隨著轉(zhuǎn)速升高，氣膜動(dòng)壓效應(yīng)增加，導(dǎo)致振蕩頻率相較于一階平動(dòng)臨界頻率出現(xiàn)了一定的增加。

試驗(yàn)二氟膠“O”型圈支承軸系最高轉(zhuǎn)速為1 068.36 Hz。升速中一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速處工頻特性與試驗(yàn)一相似，升速率由6.12 Hz/s降低至0.20 Hz/s。一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域于轉(zhuǎn)速554.69 Hz出現(xiàn)頻率為277.34 Hz的低頻渦動(dòng)成分，渦動(dòng)區(qū)域頻譜成分及軸心軌跡如圖8所示。自轉(zhuǎn)速886.72 Hz出現(xiàn)頻率為171.88 Hz的低頻振蕩現(xiàn)象并持續(xù)至最高轉(zhuǎn)速。

硅膠“O”型圈支承軸系最高轉(zhuǎn)速1 048.83 Hz。一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域升速率由5.74 Hz/s降低至0.18 Hz/s，振動(dòng)幅值增加，該區(qū)間內(nèi)存在轉(zhuǎn)速波動(dòng)下降以及低頻渦動(dòng)現(xiàn)象，升速至550.78 Hz升速率恢復(fù)正常。試驗(yàn)三升速過(guò)程中未出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象。

圖8 半速渦動(dòng)頻譜特征與軸心軌跡Fig.8 Spectrum characteristics and orbit of half speed whirl

不同“O”型圈支承軸系試驗(yàn)中低頻振蕩特性出現(xiàn)了一定的變化，針對(duì)其出現(xiàn)轉(zhuǎn)速、幅值、振蕩頻率進(jìn)行分析，如下所示。

4.3 低頻振蕩特性分析

分岔圖為描述轉(zhuǎn)子升速過(guò)程中從周期一穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)到出現(xiàn)混沌失穩(wěn)的路徑。文中分岔圖根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制：按等采樣點(diǎn)采樣，以采樣開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)子上鍵相槽產(chǎn)生的鍵相信號(hào)的上升沿為零基準(zhǔn)，分岔圖上每個(gè)點(diǎn)表示鍵相信號(hào)上升沿相對(duì)于零基準(zhǔn)的位移[17]。試驗(yàn)中出現(xiàn)低頻振蕩后分岔圖特性對(duì)比如圖9所示。出現(xiàn)低頻振蕩后，丁腈“O”型圈支承軸系幅值迅速增加，具有階躍性，氟膠“O”型圈支承軸系幅值增加緩慢，且幅值小于丁腈“O”型圈支承軸系。試驗(yàn)三升速過(guò)程中未出現(xiàn)低頻振蕩，始終保持周期一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對(duì)試驗(yàn)一、二升速過(guò)程振蕩頻率以及工頻頻率幅值隨轉(zhuǎn)速變化特性進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖10所示。

圖9 分岔圖對(duì)比Fig.9 Comparison of bifurcation diagram

隨轉(zhuǎn)速升高，試驗(yàn)一低頻振蕩幅值達(dá)到20 μm以上，試驗(yàn)二低頻幅值為7 μm左右。相同轉(zhuǎn)速下，“O”型圈阻尼越大，振蕩頻率幅值越高，表明增加軸系支承阻尼，不利于對(duì)低頻振蕩成分的抑制。

試驗(yàn)一中，于843.75 Hz出現(xiàn)低頻振蕩頻率，試驗(yàn)二中，低頻振蕩出現(xiàn)轉(zhuǎn)速推遲至882.82 Hz，表明采用大阻尼“O”型圈支承軸系，會(huì)導(dǎo)致低頻振蕩出現(xiàn)轉(zhuǎn)速提前，軸系穩(wěn)定閾值降低。

圖10 不同頻率下工頻與振蕩頻率幅值對(duì)比Fig.10 Amplitude comparison of 1X and oscillation frequency

由圖4以及圖10可以得到，丁腈、氟膠“O”型圈阻尼隨著激振頻率的升高而下降，低頻振蕩幅值隨轉(zhuǎn)速升高呈增高趨勢(shì)。這與在同一轉(zhuǎn)速下，隨“O”型圈阻尼增加，振蕩幅值增加趨勢(shì)相反，目前對(duì)造成這一現(xiàn)象的原因尚不清楚，需要對(duì)其開(kāi)展更進(jìn)一步的分析。

5 結(jié) 論

本文基于氣體軸承支承的高速柔性轉(zhuǎn)子試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)不同特性參數(shù)“O”型圈支承下軸系的固有特性及非線性動(dòng)力學(xué)特性開(kāi)展了試驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比分析，得到如下結(jié)論，對(duì)高速柔性軸系支承特性參數(shù)選擇具有一定參考與指導(dǎo)意義：

(1)軸系試驗(yàn)升速過(guò)程存在三階臨界轉(zhuǎn)速，試驗(yàn)一、二、三中，軸承供氣壓力一致，由氣膜引入外阻尼一致，軸系在前兩階臨界轉(zhuǎn)速處振動(dòng)幅值基本相同。在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速處均出現(xiàn)振動(dòng)幅值增加，升速率降低現(xiàn)象。以硅膠“O”型圈支承軸系為例，軸系平動(dòng)、錐動(dòng)以及一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速分別為7 052 r/min，13 353 r/min，32 094 r/min，在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速處，振動(dòng)幅值由2.67μm增加到55.13μm，升速率由5.74 Hz/s降低至0.18 Hz/s。

(2)大阻尼“O”型圈支承下，一階彎曲臨界處工頻振動(dòng)幅值達(dá)到峰值后呈穩(wěn)定下降趨勢(shì)，降低軸承“O”型圈阻尼，彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域轉(zhuǎn)速以及振動(dòng)幅值均出現(xiàn)上下波動(dòng)現(xiàn)象，且伴隨半速渦動(dòng)，嚴(yán)重影響軸系穩(wěn)定性。在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，采用大阻尼“O”型圈支承，可以有效提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性，促進(jìn)軸系度過(guò)一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域。

(3)丁腈、氟膠“O”型圈支承軸系試驗(yàn)中，度過(guò)一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速后，出現(xiàn)與一階平動(dòng)臨界鎖頻的低頻振蕩現(xiàn)象，硅膠“O”型圈支承軸系試驗(yàn)中在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速后未出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象，增加“O”型圈阻尼，導(dǎo)致軸系出現(xiàn)低頻振蕩且隨“O”型圈阻尼增加，振蕩頻率出現(xiàn)轉(zhuǎn)速提前，振蕩幅值增加，表明在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速以上時(shí)，采用較小阻尼“O”型圈支承可以有效抑制低頻振蕩現(xiàn)象，減小振蕩頻率幅值。

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