軸承位置對渦輪泵轉子系統穩定性的影響研究

竇 唯，褚寶鑫

（北京航天動力研究所，北京 100076）

0 引言

低溫液體火箭發動機渦輪泵轉子通常在高轉速下工作，轉子的振動特性直接影響火箭發動機的性能。軸承為旋轉軸系提供剛度，其軸向位置對轉子系統動態特性有著重要的影響，包括轉子系統的臨界轉速、振型、不平衡響應以及穩定性特性等[1-15]。因此，開展軸承軸向位置對渦輪泵轉子系統穩定性的影響研究具有重大的理論和工程實際意義。

本文針對低溫液體火箭發動機渦輪泵轉子非線性系統開展了軸承軸向位置對動力穩定性的影響研究。建立了渦輪泵轉子系統的非線性動力學模型，分別研究了理想安裝情況下和非理想安裝情況下泵端和渦輪端軸承軸向位置變化對轉子系統穩定性的影響，給出了失穩轉速隨軸向位置的變化規律，為液體火箭發動機渦輪泵轉子系統結構設計、故障診斷與安裝維護提供理論依據。

1 液體火箭發動機渦輪泵轉子系統數學模型

渦輪泵轉子軸系主要包括轉子、輪盤、軸承和密封等，本文采用有限元方法形成渦輪泵轉子軸系的剛度、質量和陀螺矩陣；進而建立渦輪泵轉子系統的動力學模型。

1.1 非線性密封力模型

渦輪泵轉子系統在實際運行時，其密封結構不僅起到減弱流體逸出的作用，同時近似為滑動軸承結構，滑動軸承的交叉剛度項可引起軸系的失穩。本研究在計算時，將密封結構做滑動軸承處理，并采用Capone非線性密封力模型。該模型由Capone于1986年推導得出，是基于短圓柱瓦軸承假設得到的[5-6]，即忽略了密封壓力沿周向變化產生的影響。……