渦輪泵準剛性轉子的臨界轉速識別

黃金平，薛 杰，竇 昱，秦 潔，雷黨彬

(西安航天動力研究所 液體火箭發動機技術重點實驗室，陜西 西安 710100)

0 引言

臨界轉速是表征轉子動特性最重要的一個參數，對臨界轉速進行分析是轉子系統設計、運行狀態優化及故障診斷的重要內容。在有限的結構尺寸和質量限定范圍內獲得盡可能大的推力，要求液體火箭發動機渦輪泵的轉速盡可能高，但工作過程中惡劣的力熱環境限制了某大推力液體火箭發動機渦輪泵轉子需設計為準剛性結構。對于該準剛性轉子，其工作轉速距離臨界轉速的裕度較低，大范圍推力調節過程中轉子存在落入共振區內的風險，為了獲得該渦輪泵轉子的可靠性工作邊界，對其臨界轉速進行分析十分必要。

臨界轉速的分析和確定可以通過仿真和實測兩種途徑。由于渦輪泵轉子結構及裝配狀態復雜，仿真不可能完全精確模擬實際情況，誤差不可避免。通過運行實測獲得臨界轉速的方法最為可靠，由于渦輪泵轉子為準剛性轉子，其工作轉速低于1階臨界轉速，傳統通過運行Bode圖識別臨界轉速的方法要求運行轉速必須高于工作轉速，存在過試驗的風險。本文在理論分析的基礎上，結合仿真研究，通過重力副臨界的方法識別了渦輪泵轉子的前兩階臨界轉速，并與傳統全轉速運行試驗獲得的臨界轉速進行了對比，結果表明重力副臨界方法識別臨界轉速具有足夠的精度。

1 重力副臨界

圖1所示的無阻尼水平安裝Jeffcott轉子，位于跨中質量為的圓盤只在自身平面內運動，不產生回轉效應。……