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低温高速涡轮泵密封-轴承-转子系统动力响应分析

高速涡轮泵用轴端机械密封和浮环密封是低温液体推进火箭发动机核心基础件，实际工程中通常以低温液态氢或液态氧作为其润滑介质，高速工况极易诱发两相流，这对整机动力稳定性和安全运行产生了极大的威胁。本文首先构建了考虑流体膜厚方程、雷诺方程、介质属性方程以及支撑单元力平衡方程的机械密封热弹流模型和浮环密封动态性能分析模型，以此获得了极端工况及两相流状态下的轴端机械密封和浮环密封的动静特性。其次提出了包含了低温机械密封、浮环密封、滚动轴承、涡轮泵转子等多部件耦合的轴承-转子系统的动力学特性分析模型，数值仿真获得了机械密封对多部件耦合的转子系统临界转速、模态振型和扭转振动响应的影响规律；分析了浮环密封位置和个数对密封-轴承-转子系统动力特性（如临界转速、模态振型、对数衰减率和系统的稳态响应等）影响机制。最后，开展了低温运转试验对多部件耦合的涡轮泵转子系统运转性能进行初步分析。研究结果将有助于解释两相流现象下的非稳态动力效应，对保证高速涡轮泵稳定、可靠运行具有重要的工程指导价值。