透平试验件对试验台横振不平衡响应的影响

摘要：重型燃气轮机透平试验台系统由试验台和试验件两部分构成。对于已经建成的试验台，需要考虑不同试验件对试验台横振不平衡响应的影响。本文利用机械阻抗综合法的阻抗匹配原理，将未知试验件的动力学特性模化为交界面上的机械阻抗，来确定试验件对试验台横振不平衡响应的影响，得出未知试验件的设计限制范围。同时，建立了某个试验件和试验台的动力学模型，分析了该系统的横向振动不平衡响应，验证了试验件不平衡响应的设计限制范围的有效性。

关键词：透平试验台；横向振动；不平衡响应；机械阻抗综合法；传递矩阵法

中图分类号：TH113.1 文献标志码：A

重型燃气轮机透平试验台由透平试验台子系统（以下简称试验台）和透平试验件子系统（以下简称试验件）组成。对于已经建成的试验台，需要满足不同的试验件的试验需求，因此在设计试验件时，需要考虑其对试验台横振不平衡响应的影响，以避免新的试验件接入试验台后，导致试验台横向振动超标的问题。

喻丽华等[1] 研究了高速电主轴转子系统的不平衡激励对转子轴颈处振幅的影响。李斌等[2] 研究了不平衡质量的位置与大小对电机组轴系位移响应的影响。罗灵等[3] 研究了转子在叶片飞脱下的不平衡响应所经历的剧烈振荡、慢速涡动和平稳振动的3 个阶段。郝建山等[4] 研究了轴系不同位置在不同偏心质量下的不平衡响应，评估了各轴系位置对偏心质量变化的敏感程度。但是，现有研究都是针对确定结构参数的轴系，分析其动力学特性，得到系统参数对不平衡响应的影响，进而评估系统的动力学性能。

本文将未知试验件的动力学特性模化为试验台和试验件交界面处的机械阻抗，在这一基础上，采用子系统综合法建立了试验台和试验件动力学模型。利用阻抗综合法分析试验件对试验台横振不平衡响应的影响，得出试验件的设计限制条件，为透平试验件的设计提供了指导意见。

1 透平试验台模型

1.1 透平试验台系统组成

透平试验台系统（图1）主要由水力测功机、中间轴组件、联轴器等部分组成。透平试验台轴系包括水力测功机转子、联轴器1、中间支撑轴和联轴器2，其中联轴器1 和联轴器2 采用的都是膜片联轴器。水力测功机和中间支撑轴各有一对轴承，依次为轴承A、B、C、D。

1.2 透平试验台轴系动力学模型

1.2.1 联轴器的模化 膜片联轴器主要由两个半连接盘、一个中间节和两组长铆套膜片组成，如图2所示。

根据膜片联轴器的长铆套膜片组的柔性结构及工作原理，在分析复杂轴系的不平衡响应时，可以将膜片联轴器的长铆套膜片组模化为一个刚度为的角弹簧和一个刚度为 的线弹簧。

1.2.2 轴承的模化 水力测功机转子采用的是滚动球轴承支撑，根据轴承供应商提供的资料。