第6期（总第239期） 2018年12月
车用发动机 VEHICLEENGINE
No 6(Serial No 239)
Dec 2018
器
谢春风，殷玉枫，曾光，赵春江，邓会栓
（太原科技大学机械工程学院，山西太原030024）
摘要：以某型号车用浮环轴承涡轮增压器为研究对象，根据Alford模型和Black模型计算得到密封结构和叶
预间隙气流激振力，建立了未考感气流激振力和考感气流激振力这两种情况下的有限元模型。对两个模型进行伤真计算，得到了涡轮增压器转子系统的临界转速、稳态响应、瞬态响应，并进行了对比分析。结果表明；气流激振力产生了推动转子正向涡动的切向力，导致转子系统振幅增大，降低了转子的稳定性：气流激振力使转子产生的涡动随着转速的增大而增大，且叶顶间隙气流激振力对转子系统的稳定性影响较大
关键词：涡轮增压器：浮环轴承：气流微振力转子稳定性 DOI:10 3969/j issn 1001-2222 2018 06 002
文献标志码：B：
中图分类号：TK4218
文章编号：1001-2222(2018)06-009-08
涡轮增压器是内燃机实现节能减排和功率密度提升的核心部件之一。随着发动机动力性、经济性的不断提升和排放标准的日益严格，涡轮增压器在发动机上的应用越来越普追，其中浮环轴承涡轮增压器应用最广泛。浮环轴承涡轮增压器主要的稳定性问题源于转子.轴承系统的非线性振动，这可能是由轴承油膜力、质量不平衡、密封力、叶顶间隙气流激振力等非线性振动源引起的-2]。为了深人了解密封结构和叶顶间隙气流激振力作用下浮环轴承涡轮增压器转子动力学特性"，本研究以某型号车用浮环轴承涡轮增压器为研究对象，将模化后的密封结构和叶顶间隙气流激振力添加到经过验证的有限元模型上，并进行仿真计算，对比分析未考虑气流激振力和考虑气流激振力两种模型下转子的备界转速、稳态响应、瞬态响应[4-5]，研究密封结构和叶顶间隙气流激振力对浮环轴承涡轮增压器转子稳定性的影响。
1气流激振转子动力学分析
随着科学技术的发展，涡轮增压器的转速和性
能不断提高，自前，浮环轴承涡轮增压器被广泛使用，其工作转速达到了二阶至三阶临界转速矿。转子转速的提高导致气动负荷增大，从而引起转子振动，形成气流激振。气流激振主要来源有两方面，分
收稿日期：2018-06-08；修回日期：2018-09-14
基金项目：国家自然科学基金联合基金项目（U1610118）
别为叶轮偏心亏起的叶顶间原气流激振和迷宫密封气流激振。
叶顶间隙气流激振力的失稳特点和机理
1.1
由于安装和不平衡力的作用，转子相对于静子产生偏心，使叶片叶尖间隙沿圆周方向分布不均，从而导致沿圆周各处叶片工作效率和压力分布不同，结果就产生了一个推动转子涡动的切向力，即Alford 力。这也是叶片旋转机械失稳的一个重要原因
图1为涡轮增压器涡轮的示意，对涡轮最上端和最下端的两个叶片进行受力分析。由于转子相对于静子有偏心，涡轮上端叶片间隙小，效率高，能够从发动机废气中获得较大的切向推动力F.而下端叶片获得的推力Fz较小，即F>F2。这两个力除了合成一个力偶使转子转动外，还合成一个作用在转子轴心的横向力F，它就是推动转子正向涡动的切向力。
X
图1涡轮示意
作者简介：谢春风（1993—），男，硕士，主要研究方向为涡轮增压器转子动力学;xiechunfeng_0215@163com，
通讯作者：股玉枫（1963一），男，教授，主要研究方向为振动与噪声控制、非线性动力学、机械设计及理论;yinyufeng_ty@163com，