離心壓縮機轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性及軸位移故障防治關鍵技術研究.pdf

1、離心壓縮機作為金屬冶煉、壓力供給、氣體輸送及分離等工業(yè)部門的核心設備，其轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性和軸位移故障關乎整套機組的可靠運行和企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益?；瑒虞S承燒瓦或磨損是離心壓縮機轉(zhuǎn)子失穩(wěn)及軸位移故障的直接體現(xiàn)之一，而高端滑動軸承大多面臨重載、高速、極端溫度等苛刻工況，摩擦副表面接觸、摩擦、磨損和潤滑狀態(tài)復雜。同時，以高效率和結構緊湊為優(yōu)勢的整體齒輪式壓縮機的動力學問題日益凸顯，已制約著國產(chǎn)齒式離心壓縮機的發(fā)展與進步，所以解決高速重載軸承的設計問題

2、和解決軸承-轉(zhuǎn)子-齒輪耦合復雜系統(tǒng)的動力學問題迫在眉睫。
　　針對離心壓縮機轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性及軸位移故障防治問題開展研究具有很強的工程背景，本文主要圍繞著徑向振動與軸向振動所涉及的滑動軸承性能和轉(zhuǎn)子動力學行為進行研究，通過結合理論分析和試驗測試手段，揭示滑動軸承的靜動特性等關鍵參數(shù)對機組運行和轉(zhuǎn)子振動的影響規(guī)律，并診治了相關的轉(zhuǎn)子失穩(wěn)及軸位移故障，為防治轉(zhuǎn)子失穩(wěn)和軸位移故障提供理論依據(jù)和試驗驗證。具體研究內(nèi)容如下:
　　1、為提高

3、重載推力軸承性能的預測精度，建立了考慮潤滑油粘溫效應、湍流模型和離心慣性項的軸承熱彈流耦合動力潤滑性能計算的理論模型，并編寫了推力滑動軸承仿真分析程序，獲得在多物理場耦合作用下推力軸承的油膜厚度、壓力、溫度及軸瓦溫度和變形等，發(fā)現(xiàn)軸瓦的彈性變形不僅影響軸瓦溫度的預測，也關系著雷諾數(shù)的計算，若不考慮彈性變形，雷諾數(shù)偏小，不能及時預測到過渡流或湍流的發(fā)生。
　　2、針對離心壓縮機的軸位移故障防治問題，提出了利用液壓激勵系統(tǒng)結合輔助變量

4、濾波算法辨識推力軸承靜動特性參數(shù)的方法，設計了利用電動油泵系統(tǒng)中的電磁比例溢流閥向推力軸承施加靜態(tài)和動態(tài)軸向載荷的試驗裝置，最大靜態(tài)載荷為20000N，測試了轉(zhuǎn)速和軸向載荷對軸瓦溫度的影響，并研究了軸向激勵大小和激勵頻率對軸向和徑向振動的影響，不僅揭示了轉(zhuǎn)子軸向振動與徑向振動之間的耦合關系，還揭示了喘振造成軸位移振動故障的機理。結果表明，隨著靜態(tài)軸向載荷的增加，軸瓦溫度、軸向剛度和阻尼系數(shù)也隨之增加。激勵幅值的增大會降低軸向剛度和阻尼系

5、數(shù)，從而影響推力軸承的承載能力。同時，發(fā)明了一種離心壓縮機軸位移故障自愈調(diào)控裝置，能夠智能調(diào)控軸位移，增加推力軸承的承載能力，降低軸瓦溫度。
　　3、為在設計階段對高速重載軸承性能進行測試，開發(fā)了基于電磁執(zhí)行器加載的徑向滑動軸承性能試驗方法，首次利用電磁執(zhí)行器模擬齒輪耦合-軸承復雜系統(tǒng)中齒輪嚙合造成的徑向軸承負荷變化，設計的徑向滑動軸承性能試驗臺的最高轉(zhuǎn)速達12000r/min，利用電磁執(zhí)行器加載的總軸承載荷為20000N，通過施

6、加不同軸承載荷大小和方向，對不同軸承間隙的滑動軸承性能進行測試，主要研究高速重載情況下軸瓦溫度和功率損耗隨轉(zhuǎn)速和載荷的變化情況。研究表明，除了轉(zhuǎn)速和負載大小外，軸承載荷角度對軸瓦溫度也有明顯的影響。與轉(zhuǎn)速對功率損耗的影響相比，軸承負載對功率損耗的影響相對較小。
　　4、針對整體齒輪式離心壓縮機的轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性問題，在不同的載荷大小和載荷角度下，分析了徑向滑動軸承剛度和阻尼系數(shù)的變化情況，并在此基礎上建立了軸承-轉(zhuǎn)子-齒輪耦合的四平行軸

7、系有限元模型，研究不同載荷下齒輪轉(zhuǎn)子耦合復雜系統(tǒng)的動力學行為和不平衡響應規(guī)律，以及不同軸承結構、載荷和交叉耦合剛度等因素對轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響。分析指出，在整體齒輪式壓縮機運行過程中，要求軸承具有寬闊的穩(wěn)定操作范圍，保證在不同轉(zhuǎn)速和不同軸承載荷下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不會發(fā)生失穩(wěn)。在相同的交叉耦合剛度影響下，齒式壓縮機的高速軸比低速軸和中速軸更容易也更快地發(fā)生失穩(wěn)。
　　總之，研究離心壓縮機轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性及軸位移故障防治關鍵技術，有助于齒輪軸系-軸承