[發明專利]考慮機匣變形的轉子多葉片與機匣定點碰摩仿真方法

有效

• 申請號: 202110690573.1
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113486460B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 郭帥平;李鴻光;賓光富;楊大煉;王旺
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 長沙和誠容創知識產權代理事務所(普通合伙) 43251
• 代理人: 劉明玉

本發明公開了一種考慮機匣變形的轉子多葉片與機匣定點碰摩仿真方法，包括步驟：S1、建立轉子與機匣系統動力學有限元模型；S2、機匣變形情況下，獲得葉片與機匣間隙函數；S3、考慮轉子旋轉、機匣變形后葉片與機匣的位移，獲得葉片與機匣的修正間隙函數；S4、基于葉片與機匣的修正間隙函數，設定轉子多葉片與機匣碰摩的時間推進邏輯與時間步長變化，并計算各時刻葉片與機匣的碰摩力、碰摩摩擦力和轉子機匣系統響應。本發明考慮機匣變形后，轉子及葉片旋轉后，葉片與機匣的間隙隨旋轉的變化，轉子渦動和碰摩后，葉片、轉子和機匣發生的位移，通過對葉片與機匣的間隙函數修正，精準預判碰摩時刻，縮小碰摩過程的時間步長，提高碰摩仿真的精度。

技術領域

本發明屬于葉輪機械的技術領域，具體涉及一種考慮機匣變形的轉子多葉片與機匣定點碰摩仿真方法。

背景技術

葉輪機械是一種以連續旋轉轉子葉片為本體，使能量在流體介質與軸動力之間相互轉換的動力機械。按照功能可以分為原動機械，如：汽輪機、燃氣透平等(輸出功)；工作機械，如：水泵、風機、壓氣機、螺旋槳等(耗功)。

為了提高葉輪機械發動機的效率、降低油耗和全壽命費用，轉子葉片與靜子機匣之間的間隙設計得非常小，轉子葉片與靜子機匣之間的碰摩運動有可能呈現間歇運動而不是平穩運動，即發生碰摩，碰摩不僅會產生噪音，而且還會造成轉子葉片表面嚴重磨損，導致葉輪機械工作質量降低，在碰摩過程中，接觸區域會產生大量的摩擦熱，使得接觸點附近溫度快速升高，通常導致材料發生相變，對葉輪機械安全使用造成了極大的隱患。

在轉子與機匣系統的動力學仿真分析中，考慮靜子機匣的局部變形引起轉子葉片與靜子機匣的定點碰摩時，由于需求解轉子葉片與靜子機匣碰摩后的穩定響應，所以需求解轉子葉片旋轉多個周期的響應，不適合基于大變形理論進行求解，同時，轉子葉片與靜子機匣發生碰摩后，葉片、轉子和機匣的位移，以及碰摩力的加載位置與方向也是影響仿真精度的關鍵問題。

發明內容

為解決上述技術問題中的至少之一，本發明提出一種考慮機匣變形的轉子多葉片與機匣定點碰摩仿真方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

本發明提供了考慮機匣變形的轉子多葉片與機匣定點碰摩仿真方法，包括如下步驟：

S1、建立轉子與機匣系統動力學有限元模型；

S2、機匣變形情況下，獲得葉片與機匣間隙函數；

S3、考慮轉子旋轉、機匣變形后葉片與機匣的位移，獲得葉片與機匣的修正間隙函數；

S4、基于葉片與機匣的修正間隙函數，設定轉子多葉片與機匣碰摩的時間推進邏輯與時間步長變化，并計算各時刻葉片與機匣的碰摩力、碰摩摩擦力和轉子機匣系統響應。

作為進一步的改進，所述步驟S1中建立轉子與機匣系統動力學有限元模型，包括如下步驟：

S11、基于轉子與機匣系統結構特征，建立轉子與機匣系統動力學模型；

S12、機匣與轉軸同心的基礎上建立笛卡爾坐標系；

S13、根據轉子與機匣系統連接特性，建立轉子與機匣的彈簧阻尼單元，得到轉子與機匣系統模型。

作為進一步的改進，所述步驟S11中，建立轉子與機匣系統動力學模型的公式如下：

式中，ω是轉子旋轉角速度，M、C、G、K分別為轉子的質量矩陣、阻尼矩陣、陀螺力矩矩陣和剛度矩陣，q、Fu、Fce分別為位移向量、不平衡載荷向量和離心載荷向量。

作為進一步的改進，所述步驟S2中獲得葉片與機匣間隙函數，包括如下步驟：

S21、設定靜止狀態下葉片與未變形機匣間的初始間隙；