臥螺離心機振動分析與動力學特性研究.pdf

1、臥螺離心機臥螺離心機振動分析與振動分析與動力學動力學特性研究特性研究Vibrationanalysisdynamicacteristicsstudyonthedecantercentrifuge學科專業(yè)：化工過程機械研究生：李懷民指導教師：譚蔚教授天津大學化工學院二零一五年五月摘要臥式螺旋卸料沉降離心機是一種應用廣泛的離心沉降分離設(shè)備，結(jié)構(gòu)上存在螺旋和轉(zhuǎn)鼓兩個轉(zhuǎn)子，由于特殊的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，振動問題是制約其發(fā)展的主要因素。為此，本文針對某類

2、型的高速臥螺離心機開展了振動測試和數(shù)值模擬計算研究，分析得到了該型離心機主要的振動故障，研究了臥螺離心機雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的動力學特性，以期為臥螺離心機的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。本文通過對空載下的某型號臥螺離心機進行振動測試，采用幅頻圖和幅值譜分析其振動特征，結(jié)果表明，由于螺旋轉(zhuǎn)子徑向剛度不對稱，該型臥螺離心機在低轉(zhuǎn)速共振時幅值譜表現(xiàn)出明顯的二倍頻特征。由于二倍頻的影響，臥螺離心機在低轉(zhuǎn)速下發(fā)生倍頻共振，振動劇烈，對機組影響較大，因此設(shè)計過程中應盡量

3、提高螺旋轉(zhuǎn)子的對稱性。分別測試了負載和同步轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)的振動，結(jié)果表明負載后系統(tǒng)振動加劇，共振區(qū)變寬；轉(zhuǎn)速差的存在雖然沒有提高整體振動烈度，但是由于拍振的作用，存在轉(zhuǎn)速差時轉(zhuǎn)子振動的危險性更高。本文基于ANSYS的非線性瞬態(tài)分析，以旋轉(zhuǎn)位移約束模擬轉(zhuǎn)動，建立了非對稱轉(zhuǎn)子的有限元模型，研究了重力作用下非對稱轉(zhuǎn)子的動力學特性，得到了低速倍頻共振、轉(zhuǎn)子各方向振動相同的結(jié)論。通過對非對稱轉(zhuǎn)子不平衡響應特性的研究，結(jié)果表明，相同軸向位置不同相位的加

4、重，轉(zhuǎn)子的振幅和相位響應差別較大，傳統(tǒng)的動平衡方法不適用于非對稱轉(zhuǎn)子。為此，研究提出了改進的適用于非對稱轉(zhuǎn)子的動平衡方法。針對臥螺離心機復雜支撐的超靜定結(jié)構(gòu)，本文建立了軸承非線性剛度迭代計算模型，考慮齒輪嚙合剛度、變形阻尼和油膜阻尼，采用實體單元建立螺旋差速器轉(zhuǎn)鼓雙轉(zhuǎn)子耦合振動轉(zhuǎn)子動力學模型。應用ANSYS模態(tài)分析分別計算雙轉(zhuǎn)子和單轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速與主振型，得到了差速器、單轉(zhuǎn)子固有模態(tài)對雙轉(zhuǎn)子固有模態(tài)的作用，并進一步研究了軸承剛度和轉(zhuǎn)子壁厚

5、對轉(zhuǎn)子固有模態(tài)的影響規(guī)律。利用諧響應分析分別計算系統(tǒng)在轉(zhuǎn)鼓、螺旋不平衡作用下的動態(tài)響應，結(jié)果表明，系統(tǒng)對于不同轉(zhuǎn)子相同不平衡量下的振幅和相位響應不盡相同，單轉(zhuǎn)子的“重徑積相等，系統(tǒng)不平衡響應相同”的準則并不適用于雙轉(zhuǎn)子。應用瞬態(tài)分析計算微速差雙轉(zhuǎn)子的拍振特性，對比雙轉(zhuǎn)子和單轉(zhuǎn)子不平衡時的振動特征，發(fā)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)對于各轉(zhuǎn)子不平衡的響應互不影響。本文的研究結(jié)果，對臥螺離心機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和高速動平衡具有重要的指導價值，對旋轉(zhuǎn)機械的振動故障