空压机转子系统碰摩故障仿真分析*

吴　桃，常锡振

(1.常州铁道高等职业技术学校，江苏 常州　213011； 2.江苏天麒工业环境科技有限公司，江苏 常州　213000)

0　引　言

转子系统作为旋转机械的核心部件，常常出现各种单一或耦合的振动故障，研究这些故障对转子系统的影响，对及时发现并处理这些故障有着重要的意义[1]。以有限元和转子动力学相关理论为基础建立了转子系统的有限元动力学模型，并验证了模型的正确性，以此为基础对转子系统碰摩故障进行了分析。

1　转子系统的动力学模型

1.1　转子有限元模型建立

转子系统由一些离散的叶轮、具有分布质量及弹性的轴段和轴承座等部件组成，将系统离散成由刚性圆盘、轴段等单元连接成的模型，各个单元间在节点处联接，忽略转子系统的轴向变形[2]。弹性轴段单元的广义坐标分别为两端节点的位移的转角，如图1所示。

图1　轴段单元的有限元模型

其复数表示为：

μ=[xA-jyAθyA+jθxAxB-jyBθyB+jθxB

(1)

将多跨转子系统离散成具有N个节点、N-1个由刚性圆盘、弹性轴段和轴承支承的有限元动力学模型，其整体动力学方程为：

(2)

其中：M为整体质量矩阵；C=D+ωG；D为整体阻尼矩阵；G为陀螺力矩矩阵；ω为转子转速；K为整体刚度矩阵；矩阵为2N×2N阶对角方阵，具体形式参见文献[3]。

空压机轴模型如图2所示，将该转子系统离散成具有29个节点有限元动力学模型、其中共有28个弹性轴段单元，在叶盘和叶轮位置处，将叶盘和叶轮等效为刚性圆盘[4]，加在节点12～19、21、22处，轴承支承假设为等刚度弹性轴承，轴承刚度为k=108N/m，加载位置为9、10、22、23号节点。……