臥螺離心機(jī)振動分析與動力學(xué)特性研究.pdf

1、臥螺離心機(jī)臥螺離心機(jī)振動分析與振動分析與動力學(xué)動力學(xué)特性研究特性研究Vibrationanalysisdynamicacteristicsstudyonthedecantercentrifuge學(xué)科專業(yè)：化工過程機(jī)械研究生：李懷民指導(dǎo)教師：譚蔚教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一五年五月摘要臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)是一種應(yīng)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(jī)開展了振動測試和數(shù)值模擬計(jì)算研究，分析得到了該型離心機(jī)主要的振動故障，研究了臥螺離心機(jī)雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性，以期為臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文通過對空載下的某型號臥螺離心機(jī)進(jìn)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(jī)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(jī)在低轉(zhuǎn)速下發(fā)生倍頻共振，振動劇烈，對機(jī)組影響較大，因此設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量

3、提高螺旋轉(zhuǎn)子的對稱性。分別測試了負(fù)載和同步轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)的振動，結(jié)果表明負(fù)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(xiǎn)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(jìn)的適用于非對稱轉(zhuǎn)子的動平衡方法。針對臥螺離心機(jī)復(fù)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(jì)算模型，考慮齒輪嚙合剛度、變形阻尼和油膜阻尼，采用實(shí)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(xué)模型。應(yīng)用ANSYS模態(tài)分析分別計(jì)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(jìn)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(yīng)分析分別計(jì)算系統(tǒng)在轉(zhuǎn)鼓、螺旋不平衡作用下的動態(tài)響應(yīng)，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(yīng)不盡相同，單轉(zhuǎn)子的“重徑積相等，系統(tǒng)不平衡響應(yīng)相同”的準(zhǔn)則并不適用于雙轉(zhuǎn)子。應(yīng)用瞬態(tài)分析計(jì)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(yīng)互不影響。本文的研究結(jié)果，對臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和高速動平衡具有重要的指導(dǎo)價(jià)值，對旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動故障