Abstract
在現代高速旋轉機械中, 隨著設計上間隙的減小, 轉子與外殼磨擦的機會大為增加,常見的是在渦輪機葉片頂端和汽封之間的磨擦。可能引起磨擦的原因除了葉片斷落、加速通過臨界轉速外, 還有不穩定振動。本文即是針對轉子系統中最常見的不穩定振動–流體洩漏所引起的磨擦作深入的研究。在理論上首先建立磨擦力、流體洩漏激力及軸承之數學模式。再使用有限單元模式及非線性積分法分析簡單轉子系統磨擦的暫態反應, 探討的系統包括等向性軸承、不等向軸承渦輪機轉子和壓縮機轉子。研究的主題包括流體洩漏所引起的磨擦現象, 初始質量不平衡對流體洩漏磨擦的影響以及存在流體洩漏對葉片斷落磨擦的影響。結果顯示在渦輪機轉子流體洩漏所引起的磨擦是持續而輕微的, 不易造成向後旋動; 而在壓縮機轉子則不然, 流體洩漏所引起的磨擦極具危險, 不可忽視。此外, 不等向軸承轉子若在不平衡量不大時, 由流體洩漏所引起的磨擦會在機殼上的兩點集中磨擦, 易造成熱傳上的熱點, 對機殼有所損害。在流體洩漏引發磨擦時, 轉子具初始不平衡質量使磨擦力增加並且使剛體圓盤上接觸點集中, 對於系統有不良的影響。在渦輪機轉子, 存在流體洩漏使得葉片斷落磨擦較不易向後旋動, 增加磨擦的安全性。而在壓縮機轉子流體洩漏的影響則相反。這些在本文中都有詳細的討論。因為流體洩漏激力是屬於交叉耦合力, 故本文所得結論可推廣至其它由交叉耦合力引起不穩定振動所發生的磨擦現象上。