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复杂海况下船载高速空压机轴系动力学特性研究
| 论文题名： | 复杂海况下船载高速空压机轴系动力学特性研究 |
| 关键词： | 船用氢燃料电池;高速空压机;轴系动力学;转子质量;不平衡性 |
| 摘要： | 复杂海况下，船用氢燃料电池空压机高速转子系统的安装基础会随着船体一起进行纵横摇摆运动，这种运动所产生的复杂交变载荷会通过支承传递给轴系，从而对空压机转子系统的振动响应产生严重影响。并且船载燃料电池空压机的工作转速远低于系统的一阶弯曲临界转速，被视为刚性转子。此外，转子质量不平衡是转子系统发生故障的主要原因，而以往学者一般只考虑不平衡质量产生的离心力，但是对于动不平衡转子来说，其惯性矩和惯性主轴都发生了变化，同时对转子系统产生了离心力和力矩。针对上述问题，本文对转子的质量不平衡进行分析，并研究了复杂海况下船载高速空压机轴系的动力学特性，为氢燃料电池在船舶领域的应用提供了理论依据。 首先对存在质量不平衡的转子进行惯性参数计算。考虑不平衡质量的随机性，基于质心合成原理和刚体惯性张量的平移叠加原理，以及惯性主轴坐标系的相对旋转，推导出合成后转子的惯性参数表达式，包括质心位置、主惯性矩大小和惯性主轴方向，并进一步验证了理论推导结果的正确性和准确性。 然后根据推导的不平衡转子的惯性主轴方向以及质心位置，得到转子质心位移和形心位移的转换关系；考虑基础的平动和转动，通过速度合成原理和坐标变换矩阵，计算出转子的绝对速度；利用拉格朗日方程，以及质心位移和形心位移的转换关系，建立了以形心位移为广义坐标的基础运动下转子系统的动力学统一模型；根据船舶纵横摇摆规律，得到船舶纵横摇摆作用下船载空压机转子系统的动力学方程。 最后根据复杂海况下船载转子系统的动力学模型，采用龙格库塔法进行求解分析，发现在船舶摇摆运动作用下，转子系统的振动响应呈现明显的摇摆特征，出现了与摇摆频率相关的响应频率，并且船舶摇摆周期越小、摇摆幅值越大、安装位置距离摇摆中心越远，则系统响应中摇摆频率成分对应的幅值越大。 |
| 作者： | 彭嗣鹏 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 王永亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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