对船用汽轮机转子陀螺效应的分析

有 回转 力矩
的 作 用 。 转 轴 的挠 曲平面 设
ｘ ｙ以 角 速 度 Ｑ 绕 水 平 轴 Ｏ ｏ Ｘ轴 转 动 ， 转子 除 了随 ｘｙ平 面 一起 转 动 外 ， ｏ 它相 对于 挠 曲 平面 还以相 对角速 度绕对 称轴 ｏ 动 。 ＇ 转 ｘ 表 示 转 子 的 绝 对 角速 度 ， ： 则 面 ＝Ｑ ＋ （） １ 转子 对 质 心 的 动量 矩 为‘ ， 把 分解 ， 为 沿 对 称 轴 ｏ 向 和 垂 直 对 称 轴 方 向的 ＇ 方 ｘ 两个分量 ：
工业技术
ＳＣ ＴＮＧ２ Ｎ８ ＣＥ ＥＯＹ０ Ｏ圆 Ｉ ＆ＣＬ １ ． Ｅ Ｈ０．２ ０ Ｎ 一
对船用汽轮机 转子陀螺效应的分析 ①
张 鹏 鹰 （ 海军 驻大 连地 区军事 代表 室 辽 宁大 连 １ ０ ） ６ ２１ １ 摘 要： 汽轮 机转子是 在复杂 的边界 条件 下高速运行 的关键设备 ， 对汽轮机 转子进行 动力学分析就必 须考虑 到陀螺效应的影 响。 别对 于 特 大 质 量 、 转 速 船 用 汽 轮 机 ， 恶 劣 的 海 况 下 航 行 时 ， 子 的 陀 螺 力矩 是 相 当大 的 。 文 用 动 力 学 的 方 法 定性 地 分 析 了船 用汽 轮 机 转 子 高 在 转 本 在各 种 条件 下 ， 螺效 应对 汽轮机 的 影响 。 陀 并在 设 计 与削造过 程 中提 出 了应对措 施 。 关 键 词 ： 轮 机 转 子 陀 螺 效 应 汽 中 图分 类号 ： Ｋ ６ Ｔ ２９ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ ２ ０ （） ０ ８ － ２ １ ７ － ７ １ ２ １ ） ３ｂ－ ０ １ ０
它初 始 应 力 引 起 的 转 子 暂 时 性 弯 曲 。 种 这 暂 时 性 弯 曲 引 起 转 子 不 平 衡 振 动 ， 由于 但 弯 曲方 向未 知 且 每 次 热 启 动 前 弯 曲大 小 和 方 向不 同 ， 不 能 用 平 衡 来 抵 消 或 减 小 其 故 振 动 ， 过 这 种 故障 只 要 让 机 器 连 续 运 转 不 几 个 小 时 ， 可 自行 消 除 。 久 性 的 弯 曲即 即 永 塑 性 弯 曲 ， 转子 的制 造 过 程 中 ， 在 由于 转 子 的 材 质 不 均 匀 ， 及 装 配 中 的误 差 ， 造 成 以 会 转子 的质心与转 子的旋转 中心不重 合 ， 由 于 离 心 力 的 作 用 ， 而 久 之 会 造 成 转 子 的 久 永 久 性 弯 曲。 另外 由 于 在 高 温 蒸 汽 作 用 下 转 子 会热 膨胀 ， 果轴 向 间隙 过 小 ， 使转 如 会 子 发 生 瞬 时 性 弯 曲 ， 期 运 行 的情 况 下 也 长 可 引起 转 子 的 永 久 性 弯 曲 。 种 变 形 不会 这 有 弹 性 恢 复 力 。 始 弯 曲 引起 的 强 迫 振 动 原 是 相 当于 恒 幅 力 激 起 的 强 迫 振 动 ， 能通 不 过 转 子 的 平 衡 来 消 除 此 种 振 动 。 以 由减 可 小 原 始 弯 曲 量 和 增 大 振 动 阻 尼 来减 小 它 。 但 是 转 子 的 原 始 弯 曲 的 激振 力 可 以 通 过转 子 的 平 衡 方 法 使 之 在 某 一 转 速 下 得 以 抵 消 。 两 种 情 况 都 会 引起 陀 螺 效 应 。 这 由于 旋 转 轴 的 弯 曲 ， 子 发 生 偏 转 ， 转 转 子 的 对称 轴 在 空 间不 断 改 变 方 位 而 描 绘 出 锥 面 的情 况 ， 时 如 只 考 虑 惯性 力 的 作 用 ， 此 就会 产 生较 大的 误差 。 是 因为 转子 作 空 间 这 运动时， 动量 矩 矢 量 的 方 向 在 不 断 地 改 变 ， 必然 受 到转 轴 作 用于 它 的一 个 力矩 ， 因此转 轴也 必 然 受到 一 个反 作用 力矩 ， 即转 子 的惯 性 力矩 。 常 称 为 陀 螺 力矩 或 回转 力 矩 。 通 如 图１ 示 转 子 除 了惯 性 力 以外 ， 所 还
Байду номын сангаас
通 过 对 汽 轮 机 转 子 系 统 进 行 动 力学 分 析 ， 以 揭 示 转 子 系 统 的 本 质 特性 。 可 汽轮 机 转 子 是 在 复 杂 的 边 界 条 件 下 运 行 的 ， 别 特 对 于 大 质 量 、 转 速船 用汽 轮机 ， 别是 在 高 特 恶 劣 的 海 况 下 运 行 的 大 质 量 、 转 速 船 用 高 汽 轮 机 受 力 情 况 更 为 复 杂 。 有 从 本 质 上 只 研 究 转 子 的 动 力特 性 ， 能 使 设 计 、 产 、 才 生 使 用 时 考 虑 得 更 加 全 面 与 客 观 。 提 高 装 对 备的可靠性 具有重大 的意义。 陀 螺 效 应 是 高 速 旋 转 机 械 中 ， 转 子 当 的 对 称 轴 的 方 位 改 变 时 发 生 的 一 种 物 理 现
面 ＝ＱＣ Ｓ Ｏ ＋面 ≈Ｑ＋面，
面 ＝Ｑ ｓ ≈ Ｑ ｉ ｎ 为：
（） ２
（） ３
象。 当转 子 的 对称 轴 被 迫 在 空 间改 变 方 位 时， 即对 称 轴 被 迫 进动 时 ， 子 必对 轴 承 作 转 用 一 附 加 力 偶 ， 种现 象 就 是 陀 螺 效 应 。 这 对 于 随 船 运 动 的 船 用 汽 轮 机 ， 仅 由于 旋 转 不 轴 的 弯 曲 会 引 起 陀 螺 效 应 ， 使 旋 转 轴 不 即 弯 曲 ， 在 水 中航 行 时 由 于 水 对 船 的 作 用 船 或其它运 行设备 的作用而 引起船的振 动 ， 这 种 振 动 也 使 汽 轮 机 产 生 陀 螺 效 应 。 些 有 设 备 在 陆 地 上 运 行 很 好 ， 装 船 后 会 出 些 但 种种问题 ， 称“ 俗 晕船 ” 象 ， 种 现 象 与 陀 现 这 螺效应有 密切的关 系。