转子稳定性研究综述

韩彦龙

（承德石油高等专科学校 机械工程系，河北 承德 067000）

随着汽轮机、航天发动机、压缩机等大型旋转机械的飞速发展，由于转子失稳造成机毁人亡的事故时有发生。作为转子动力学学科的一个重要分支，转子稳定性研究致力于解决高速、柔性转子的失稳问题。

1 转子稳定性研究现状

1924年，Newkirk将转子运转失稳现象进行过详细描述[1]，近年来，日益改善的转子性能也导致了更加严重的转子失稳故障。

传统的转子稳定性分析将系统进行线性化处理，研究其特征值或运用Routh Hurwitz数据判别系统稳定性，这种方法会出现“双稳态”。为此，基于非线性稳定性理论的“谱分析方法”，“能量法”等研究方法诞生了。计算机内存与计算速率的提高，为数值分析法判别与分析系统稳定性提供了便利。

王淼，方之楚分析了轴承位置和参数与稳定性的关系；夏松波等人把Poincare映射的思路和胞映射法巧妙的结合起来，创造性的提出了可用来分析高维的强非线性转子系统整体稳定性的新数值分析方法——PCM法。

文献建立了含非稳态与非线性的油膜力短轴承力学模型；陈予恕等人探索了湍流与滑动轴承油膜力之间的关系，得出了轴承油膜转子系统运转失稳机理；文献采用快速Gale方法对非平衡滑动轴承系统做近似周期性运动的过程进行了数值模拟并得出系统稳定性规律；沐华平等人[11]研究油膜失稳时涡动极限环特性并提出了Hopf分岔法；Gardner M. 等人探索了平衡点失稳导致的超临界和次临界分叉现象；Russo M.和Brancati R.研究得出了湍流因素对系统同频涡动的影响规律；刘恒等人运用PCM法对平衡态轴承转子非线性系统做了详细地全局的稳定性分析。

李朝峰创新性地采用有限单元法建立了复杂的含故障转子——轴承系统模型，探索了各个单一故障以及耦合故障轴承转子系统周期性运动的稳定性与分岔失稳变化规律，并深层次研究了各参数变化与转子系统运行稳定性之间的关系。

Ishida等人探索了各轴承间隙之间存在的非线性与不对称转子系统不稳定区域之间的关系；Brancati等采用谐波平衡法详细研究与分析了刚性转子系统的稳定性；Kang等采用谐波平衡法求解得出系统稳态响应并确定系统临界速度；袁小阳等人证实，打靶法可以用来有效的求解非线性系统周期解。

2 转子失稳因素

导致转子失稳的因素很多，可归纳为两大类：一是由于转子不对称，转子材料缺陷，转子及其零部件制造及装配误差等造成的转子系统运动不平衡；二是由于轴承油膜力，密封力，静子和转子的碰摩，转轴材料弹粘性特性及转轴结构阻力，转子充液和转子裂纹等造成的转子系统外部激励[。

3 展望

经过国内外学者几十年的努力，转子稳定性研究取得了许多突破性的进展。但由于旋转机械工况复杂多变，影响稳定性的因素又多种多样，稳定性研究尚需解决的主要问题有：含碰摩和裂纹故障的轴承——转子系统失稳分析，考虑多转子失稳因素的准确建模问题，非线性转子系统的研究方法和全局稳定性稳定等。

［1］孟光.旋转机械转子动力学研究的回顾与展望［C］，//全国第六届转子动力学学术讨论会论文集.2001：1-12.

［2］张淑芬，张彦斌，王彦生等.机械系统运动稳定性分析的Routh-Hurwitz法［ J］.河南科技大学学报（ 自然科学版），2004.

［3］高?，张新江，张勇等.非线性转子动力学问题研究综述［J］.东南大学学报(自然科学版)，2002，32（ 3）：443-451.

［4］王立国，胡超，黄文虎等.非线性转子轴承系统的稳定性与分岔分析［ J］.昆明理工大学学报，2001.

［5］王淼，方之楚.基于稳定性的旋转机械系统轴承配置方案的优化［ J］.振动与冲击，2003，22（ 1）：50-52.

［6］夏松波，陈照波，焦映厚等.大型旋转机械非线性动力学设计［C］.2003大型发电机组振动和转子动力学学术会议论文集.2003.

［7］徐小峰，张文.一种非稳态油膜力模型下刚性转子的分岔和混沌特性［ J］.振动工程学报，2000，13（ 2）：247-253.

［8］陈予恕，丁千，孟泉.非线性转子的低频振动失稳机理分析［J］.应用力学学报，1998，15（ 1）：113-117.

［9］张正松，沐华平.油膜失稳涡动极限环特性的Hf分叉分析法［J］.清华大学学报，1996，36（ 7）：30-35.

[10]刘恒，陈绍汀，非线性系统全局动态特性分析的PCM法及其在转子轴承系统中的应用［ J］.应用力学学报，1995，12（ 3）：7-15.

[11]李朝峰.耦合故障复杂转子-轴承非线性系统的运行稳定性及其实验研究［ D］.东北大学，2009.

[12]袁小阳.轴系的稳定裕度、非线性振动和动力性能优化研究［D］.西安：西安交通大学博士学位论文，1994.

[13]张文.转子动力学理论基础［ M］.北京：科学出版社，1990.