(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111392781.X (22)申请日 2021.11.23 (71)申请人 上海电气电站设备有限公司 地址 201100 上海市闵行区莘庄工业区金 都路3669号3幢 (72)发明人 杨昔科　张燕　邹创　罗帆　 王扬帆　吴扬　董兴建　 (74)专利代理 机构 上海申汇 专利代理有限公司 31001 代理人 翁若莹　柏子雵 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种船用转子-轴承系统动态特性快速分析 方法 (57)摘要 本发明公开了一种船用转子 ‑轴承系统动态 特性快速分析方法， 包括以下步骤： 基于雷诺方 程根据轴承特性计算不同轴颈平衡位置处的油 膜力； 计算船体不同运动形式下轴承座运动位 移； 建立基础运动下轴承 ‑转子动力学模 型， 且油 膜力作为外力； 采用数值迭代方法， 计算轴承 ‑转 子系统的响应。 在每个时间步根据轴颈的平衡位 置， 通过插值得到轴承油膜力； 同时， 在每个时间 步改变轴承座位移。 本发明适用于计算由于船体 但不仅限于船体运动造成的轴承基座运动下转 子系统动态响应。 本发明能够计算各种船体运动 下转子‑轴承系统的动态响应， 同时本方法可 以 推广计算任何基础运动下轴承 ‑转子动态响应。 具有适用范围广， 计算效率高的优点。 权利要求书3页 说明书5页 附图2页 CN 114218667 A 2022.03.22 CN 114218667 A 1.一种船用转子 ‑轴承系统动态特性快速分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 基于雷诺方程 根据轴承特性计算 不同轴颈平衡位置处的油膜力； 步骤2、 计算不同船体运动形式下转子轴承基座运动位移， 其中， 船体运动形式包括横 荡、 垂荡、 横摇、 纵摇和艏摇， 则转子轴承基座在不同船体运动形式下的运动方程表示： (1)横荡： 转子轴承基座上位于左右两端的两个轴承位移一 致， 则有： bear_y＝Aswaysin(2 π fswayt) 式中， bear_y表示转子轴承基座Y轴方向的位移， Asway表示船体横荡的运动幅值， fsway表 示船体横荡运动频率； (2)垂荡 转子轴承基座上位于左右两端的两个轴承位移一 致， 则有： bear_z＝Aheavesin(2 π fheavet) 式中， bear_z表示转子轴承基座Z轴方向的位移， Aheave表示船体垂荡的运动幅值， fheave 表示船体垂荡的运动频率； (3)横摇 转子轴承基座上位于左右两端的两个轴承位移一 致， 则有： 式中， α表示转子轴承中心和船体横摇中心线组成的平面与船体横摇中心所在垂直面 之间的夹角， tanα ＝Yg/Zg， Yg表示转子轴承中心与船体横摇中心线的水平距离， Zg表示转子 轴承中心与船体横摇中心线的垂直距离； b ear_y′表示转子轴承基座相 对于船体横摇中心 线坐标的Y轴方向的位移， bear_y ′＝‑Lrollsin(bear_θx)， Lroll表示转子轴 承中心与 船体横 摇中心线的距离， bear_θx表示轴承横摇的角度， bear_θx＝Arollsin(2π frollt)， Aroll表示船体横摇的运动幅值， froll表示表示船体横摇的运动频率； bear_z ′＝ Lrollcos(bear_θx)‑Lroll； (4)纵摇 转子轴承基座上位于左右两端的两个轴承处的位置不 一样， 则有： 式中， bear_x表示转子轴承基座X轴方向的位移； tanα ＝(Xg±Lshaft/2)/Zg， Xg表示转子 轴承中心与船体纵摇中心线的纵向距离， Lshaft表示两个轴承距离； bear_x ′＝Lpitchsin ( b e a r _θy) ，Lp i t c h表 示 转 子 轴 承 中 心 与 船 体 纵 摇 中 心 线 的 距 离 ， bear_θy表示轴承纵摇的角度， bear_θy＝Apitchsin(2π fpitcht)， Apitch表示船体纵摇的运动幅值， fpitch表示船体纵摇的运动频率； bear_z ′＝ Lpitchcos(bear_θy)‑Lpitch； (5)艏摇 转子轴承基座上位于左右两端的两个轴承处的位置不 一样， 则有：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114218667 A 2式中， bear_x表示转子轴承基座X轴方向的位移； tanα＝Yg/(Xg±Lshaft/2)； bear_x ′＝ Ly a wcos(bear_θz)‑Ly a w， Ly a w表示转子轴承中心与船体艏摇中心线的距离， bear_θz表示轴承艏摇的角度， bear_θz＝Ayawsin(2πfyawt)， Ayaw表示船体艏摇的运动幅值， fyaw表示船体艏摇的运动频率； bear_y ′＝Lyawsin(bear_θz)； 步骤3、 建立基础运动下轴承 ‑转子动力学模型并将油膜力作为外力； 步骤4、 采用数值迭代方法， 计算轴承 ‑转子系统的响应； 在每个时间步根据轴颈的平衡 位置， 通过插值得到对应的轴承油膜力， 同时， 在每个时间步基于步骤2计算得到的转子轴 承基座X轴方向的位移bear_x、 Y轴方向的位移bear_y和Z轴方向的位移bear_z改变转子轴 承基座的位移， 用来在求解轴承 ‑转子系统的动态响应过程中， 引入转子轴承基座的基础运 动， 包括以下步骤： 在初始时刻也即t0＝0时， 给定转子 ‑轴承系统的初始位移x0、 初始速度 和初始加速度 已知转子轴承基座的运动形式， 获得轴颈的相对平 衡位置， 进而得到此时轴承的油膜力 Foil； 设数值积分的时间步长为Δt， 求解动力学方程得到下一时刻t0+Δt转子 ‑轴承系统的 动态特性； 以t0+Δt的转子状态作为基准， 计算得到下一 时刻t0+Δt转子的动态， 循环上述 步骤得到转子轴承系统在船体运动下的动态特性， 其中： 系统的整体动力学 方程表示 为： 式中， M为系统的质量矩阵； C和G分别为转子 ‑轴承系统的阻尼矩阵和陀螺矩阵； K为转 子刚度； Foil为轴承油膜力； F为外部载荷向量； 为当前时刻的加速度； 为当前时刻的速 度； x为通过步骤2计算得到的转子轴承基座的位移向量， 由bear_x、 bear_y和bear_z组成。 2.根据权利要求1所述的一种船用转子 ‑轴承系统动态特性快速分析方法， 其特征在 于， 所述步骤1包括以下步骤： 径向滑动轴承的非定常雷诺方程表示 为： 式中： r表示轴颈半径； φ表示轴颈平衡位置与Y轴的夹角； h表示油膜厚度， h＝Cb+Cpcos φ， Cb和Cp分别为固定瓦轴 承最小间隙和瓦径向间 隙； p表示油膜压力； μ表示润滑油动力粘 度； ω表示 转动频率； Vx和Vy分别为轴颈中心沿X轴方向和Y轴方向的挤压 速度； 在确定的转速下， 对于一个给定的轴 颈平衡位置(Jx0,Jy0)， 油膜的压力分布P是轴 颈平 衡位置(Jx0,Jy0)的函数， 表示 为： P＝P(Jx0,Jy0) 通过积分得到轴颈平衡位置(Jx0,Jy0)时的油膜力(Fx0,Fy0)， 则有： 式中， θ表示油膜分布压力对应的积分角， θ1表示轴瓦的起始角， θ2表示轴瓦的终止角， L权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114218667 A 3