透平試驗件對試驗臺橫振不平衡響應的影響

摘要：重型燃氣輪機透平試驗臺系統由試驗臺和試驗件兩部分構成。對于已經建成的試驗臺，需要考慮不同試驗件對試驗臺橫振不平衡響應的影響。本文利用機械阻抗綜合法的阻抗匹配原理，將未知試驗件的動力學特性模化為交界面上的機械阻抗，來確定試驗件對試驗臺橫振不平衡響應的影響，得出未知試驗件的設計限制范圍。同時，建立了某個試驗件和試驗臺的動力學模型，分析了該系統的橫向振動不平衡響應，驗證了試驗件不平衡響應的設計限制范圍的有效性。

關鍵詞：透平試驗臺；橫向振動；不平衡響應；機械阻抗綜合法；傳遞矩陣法

中圖分類號：TH113.1 文獻標志碼：A

重型燃氣輪機透平試驗臺由透平試驗臺子系統（以下簡稱試驗臺）和透平試驗件子系統（以下簡稱試驗件）組成。對于已經建成的試驗臺，需要滿足不同的試驗件的試驗需求，因此在設計試驗件時，需要考慮其對試驗臺橫振不平衡響應的影響，以避免新的試驗件接入試驗臺后，導致試驗臺橫向振動超標的問題。

喻麗華等[1] 研究了高速電主軸轉子系統的不平衡激勵對轉子軸頸處振幅的影響。李斌等[2] 研究了不平衡質量的位置與大小對電機組軸系位移響應的影響。羅靈等[3] 研究了轉子在葉片飛脫下的不平衡響應所經歷的劇烈振蕩、慢速渦動和平穩振動的3 個階段。郝建山等[4] 研究了軸系不同位置在不同偏心質量下的不平衡響應，評估了各軸系位置對偏心質量變化的敏感程度。但是，現有研究都是針對確定結構參數的軸系，分析其動力學特性，得到系統參數對不平衡響應的影響，進而評估系統的動力學性能。

本文將未知試驗件的動力學特性模化為試驗臺和試驗件交界面處的機械阻抗，在這一基礎上，采用子系統綜合法建立了試驗臺和試驗件動力學模型。利用阻抗綜合法分析試驗件對試驗臺橫振不平衡響應的影響，得出試驗件的設計限制條件，為透平試驗件的設計提供了指導意見。

1 透平試驗臺模型

1.1 透平試驗臺系統組成

透平試驗臺系統（圖1）主要由水力測功機、中間軸組件、聯軸器等部分組成。透平試驗臺軸系包括水力測功機轉子、聯軸器1、中間支撐軸和聯軸器2，其中聯軸器1 和聯軸器2 采用的都是膜片聯軸器。水力測功機和中間支撐軸各有一對軸承，依次為軸承A、B、C、D。

1.2 透平試驗臺軸系動力學模型

1.2.1 聯軸器的模化 膜片聯軸器主要由兩個半連接盤、一個中間節和兩組長鉚套膜片組成，如圖2所示。

根據膜片聯軸器的長鉚套膜片組的柔性結構及工作原理，在分析復雜軸系的不平衡響應時，可以將膜片聯軸器的長鉚套膜片組模化為一個剛度為的角彈簧和一個剛度為 的線彈簧。

1.2.2 軸承的模化 水力測功機轉子采用的是滾動球軸承支撐，根據軸承供應商提供的資料。