·1546· 工程科学学报，第40卷，第12期 (a）18im (b) 0.1 21 66.7Hz AP=2.5 MPa 343Hz -0.3 14 2 -0.5 AP=2.5 MPa 7 1107Hz1663Hz -0.1 21 45 △P=3.0MPa -0.3 14 05 △P-3.0MPa 且 6 △P=3.5MPa -0.3 △P=3.5MPa 7 18 6 △P-40MP 0.3 14 △-40H 0.5 00.51.01.52.02.53.0 500100015002000 0051.01.52.02.53.0 0 500100015002000 频率/Hz 频率/Hx 图8不同密封压差横向(a)和轴向(b)瞬态响应图及颜谱图 Fig.8 Response and spectrum in lateral (a)and axial (b)direction for different pressure drops 图9所示为转子系统横向和轴向稳态振幅的变 速的增加，因此临界转速附近的高振幅区域随着压 化情况.可以明显看出，系统操作压力的增大对转 差的增加而偏向于高转速值.轴向的稳态振幅则与 子横向和轴向稳态振幅均有重要影响.其中，对于 横向相反，其振幅与压差呈现正比关系，这与图8 横向振动而言，其振幅随着压差的增加而减小，需要 (b)的频谱图中的计算结果相一致，由此可知转子 注意的是转子系统的横向最大振幅是一个向左倾斜 系统操作压力的变化对系统的双向耦合振动均具有 的椭圆区域，主要的原因是因为密封压差的增大增 明显影响. 加了流体激振力的支撑作用，导致系统横向临界转 (a) 振幅/μm b 振幅μm 2000 2000 2500 12 18 2500 3000 3000 6 3500 3500 g 4000 4000 4500 4500 减少s000 5000 5500 最大振幅区 5500 6000 6000 .5 3.0 35 4.0 2.5 3.0 33 4.0 ◆减少 △PMPa ◆增大△PMPa 图9横向(a)和轴向(b)稳态振膈随密封压差与转速的变化 Fig.9 Lateral (a)and axial (b)steady amplitude for different pressure drops and rotating speeds 3.3口环密封间隙的影响 结构参数对转子双向耦合振动中的轴向振动影响十 为了研究口环密封间隙对转子系统双向耦合振 分有限. 动的影响，选取密封间隙C为0.3、0.4、0.5和0.6 从图11的振幅随密封间隙与转速的变化关系 mm4种情况进行转子双向的动力学响应计算.图 中可以看出，转子系统的稳态振幅与转速及密封间 10可以明显看到.与密封长度增加的变化相反的 隙呈现正比关系，密封间隙的增加，削弱了密封流体 是，密封间隙的增加会导致转子横向振幅逐渐增大， 激振力对转子系统的支撑影响，洛马金效应减弱，转 并且其涡动中心也逐渐远离静平衡位置，但与密封 子系统主要由两端轴承支撑.转子系统的最大振幅 长度变化引起的横向振幅非线性变化相比，密封间 区为一向右倾斜的椭圆区域，需要注意的是，最大振 隙的增大引起的横向振幅变化呈现近似线性规律. 幅并未出现在最高转速6000r·min-'和最大间隙 此外，与图6和图8相同的是，横向振动频谱图中仅 0.6mm处，这是因为转子系统横向的一阶临界转速 存在与转频相一致的66.7Hz,轴向振动含有与转子 高振幅区域与最大振幅区的转速相符合的原因. 前两阶固频相近的特征频率343、1107Hz和轴向稳 3.4密封流体力 态振动的动态频率1663Hz,这说明仅改变密封几何 为更好说明口环密封几何参数与转子系统耦合工程科学学报,第 40 卷,第 12 期 图 8 不同密封压差横向(a)和轴向(b)瞬态响应图及频谱图 Fig. 8 Response and spectrum in lateral (a) and axial (b) direction for different pressure drops 图 9 所示为转子系统横向和轴向稳态振幅的变 化情况. 可以明显看出,系统操作压力的增大对转 子横向和轴向稳态振幅均有重要影响. 其中,对于 横向振动而言,其振幅随着压差的增加而减小,需要 注意的是转子系统的横向最大振幅是一个向左倾斜 的椭圆区域,主要的原因是因为密封压差的增大增 加了流体激振力的支撑作用,导致系统横向临界转 速的增加,因此临界转速附近的高振幅区域随着压 差的增加而偏向于高转速值. 轴向的稳态振幅则与 横向相反,其振幅与压差呈现正比关系,这与图 8 (b)的频谱图中的计算结果相一致,由此可知转子 系统操作压力的变化对系统的双向耦合振动均具有 明显影响. 图 9 横向(a)和轴向(b)稳态振幅随密封压差与转速的变化 Fig. 9 Lateral (a) and axial (b) steady amplitude for different pressure drops and rotating speeds 3郾 3 口环密封间隙的影响 为了研究口环密封间隙对转子系统双向耦合振 动的影响,选取密封间隙 Cs为 0郾 3、0郾 4、0郾 5 和 0郾 6 mm 4 种情况进行转子双向的动力学响应计算. 图 10 可以明显看到,与密封长度增加的变化相反的 是,密封间隙的增加会导致转子横向振幅逐渐增大, 并且其涡动中心也逐渐远离静平衡位置,但与密封 长度变化引起的横向振幅非线性变化相比,密封间 隙的增大引起的横向振幅变化呈现近似线性规律. 此外,与图 6 和图 8 相同的是,横向振动频谱图中仅 存在与转频相一致的 66郾 7 Hz,轴向振动含有与转子 前两阶固频相近的特征频率 343、1107 Hz 和轴向稳 态振动的动态频率 1663 Hz,这说明仅改变密封几何 结构参数对转子双向耦合振动中的轴向振动影响十 分有限. 从图 11 的振幅随密封间隙与转速的变化关系 中可以看出,转子系统的稳态振幅与转速及密封间 隙呈现正比关系,密封间隙的增加,削弱了密封流体 激振力对转子系统的支撑影响,洛马金效应减弱,转 子系统主要由两端轴承支撑. 转子系统的最大振幅 区为一向右倾斜的椭圆区域,需要注意的是,最大振 幅并未出现在最高转速 6000 r·min - 1 和最大间隙 0郾 6 mm 处,这是因为转子系统横向的一阶临界转速 高振幅区域与最大振幅区的转速相符合的原因. 3郾 4 密封流体力 为更好说明口环密封几何参数与转子系统耦合 ·1546·