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汽轮机主油泵膜片联轴器需要解决的主要问题

文章作者:泊头昌瑞传动   发布时间:2019-04-23
目前国内对于膜片联轴器的研究还十分有限,膜片联轴器在转矩和离心力载荷分别单独作用下膜片上的应力分布,并且分析比较了它们的变化对膜片上应力大小的影响及其影响程度。

目前国内对于膜片联轴器的研究还十分有限,膜片联轴器在转矩和离心力载荷分别单独作用下膜片上的应力分布,并且分析比较了它们的变化对膜片上应力大小的影响及其影响程度。计算结果表明:转矩增加时各点上的应力值皆增加,但其数值变化不大,即转矩变化对膜片上应力大小影响不大,转矩载荷在膜片中产生的应力值与膜片层数成反比,因此可根据转矩的小来估算膜片层数。转速变化是影响膜片上应力大小的主要因素。对于离心力载荷,关键是要处理好约束条件,这主要视螺栓及其联接部件的质心位置、质量大小和刚度强弱而定。刚性越大,螺栓的变形越小。对膜片螺孔内半圆周的约束增加,应力下降;反之,对膜片螺孔外半圆周的约束增强时,应力值增大。因此,使用转速越高,就应将螺栓及其联接部件的刚度设计得越大。

再则尽量将螺栓联接件的总质心落在膜片组件中间膜片与螺栓轴线交点附近,在设计时必须对膜片的应力进行分析计算,以确保使用安全。其计算结果对膜片联轴器膜片组的设计具有参考作用。同时还对膜片联轴器的振动特性做了研究,研究结果表明:膜片联轴器轴向固有频率较低,因而运行中产生轴向共振的可能性较小。联轴器存在不平衡时,系统固有频率降低,且不平衡量越大,固有频率越低。因此,要提高联轴器的转速,必须提高联轴器的动不平衡精度。为了提高联轴器平衡精度,通常通过动平衡机对联轴器的质量偏心进行校正,以降低其偏心质量,提高联轴器平衡精度。

膜片联轴器损坏是汽轮机主油泵较为常见的故障之一,膜片联轴器故障中60%的故障与轴不对中有关。引起设备的振动、轴承的磨损、联轴器的偏转、汽轮机开机膨胀变形等。

引起联轴器损坏的主要原因有两个,动不平衡和装配不对中。这两种因素通常是同时存在并且共同作用的,为了降低振动和膜片联轴器的疲劳损坏,本文对引起的膜片交变应力和联轴器振动机理做了理论分析,提出用6孔膜片代替4孔膜片的方案,同时增加了膜片的层数,并用实际运行情况结果验证了结构的可行性和合理性,为减小振动提高膜片寿命提出了指导性的措施。

本论文的研究工作主要有以下凡个部分组成:

(1)由于装配不对中及运行时的振动引起的轴向,角向偏差对联轴器的寿命有着很大的影响,对膜片及附件在各种载荷作用下的应力将进行详细的分析,并对膜片及附件结构进行了优化,有效的降低了膜片的工作应力。

(2)高速旋转时联轴器用机组会产生很大的振动,这对联轴器的稳定运行是一个很大的威胁,本论文对联轴器的结构进行了特殊设计,大降低了联轴器运行时的振动。

(3)联轴器的螺栓是联轴器中联接膜片和法兰盘的关键部件,是联轴器的易损件,它的正确安装是保证联轴器使用性能的关键,本论文通过分析了螺栓的正确安装方式,为一线的维修提供了正确的指导。

(4)为了保证膜片联轴器的安装和使用情况,对汽轮机滑销也进行了优化,为联轴器的稳定运行提供了保障。

随着汽轮机设备的发展,汽轮机各部的动力联接问题越来越受到行业广泛的关注。通常通过联轴器实现驱动轴与从动轴之间的联接,而在实际使用中,驱动轴与从动轴必然存在各种不对中,机械运转后,这些不对中将对机组的动力传动和联接造成负面影响,因此对联轴器强度特性及动力学特性的分析研究就显得尤为重要。

如果出现显著的动不平衡或者装配不对中,引起的振动将是非常大的,从而使联轴器的振动成为系统的主振源。

驱动轴与被动轴之间的相对位移由膜片材料的挠性吸收,膜片联轴器之所以受到广泛应用是由于它具有无需润滑、无需维护、无噪音和失效保护性等优点,能保持不变的低不平衡量,能在较恶劣的环境下运行,可以在不干扰主、从动机械的情况下拆装等一系列优点。

由于膜片联轴器的膜片具有良好的挠性,可以适应各重被联接主从件之间的轴线不对中条件。这个适应能力可以通过调整膜片联轴器膜片组数、膜片和中间轴的结构形式来实现,因为弹性膜片具有很好的挠性,在补偿主从件之间不对中时仅消耗很少的变形能量,不会对机轴造过大的负荷。

膜片联轴器设计有保护环即轴头垫片结构,即使在整组膜片完全失效的情况下,保护环也可以防止中间轴产生很大的径向位移。

因不存在周向和径向间隙,所以不会发生剧烈摩擦磨损,也就可以长期维持原有的动平衡状态。通过合理的设计和使用条件,在无需润滑轴旋转零部件情况下,结构上的对称性可使得联轴器自身平衡。所以一般经过动平衡的膜片联轴器,可以在整个的运行周期内保持动平衡状态。

出于结构上的特点,膜片联轴器能适应大多数工作环境,可运行在0℃以下的低温,也在高于300℃以上环境下运行:当零部件采用俐蚀材料,就可以在腐蚀性大气环境下运行;其结构基本不受环境大气压强影响,所以可在高原或真空条件下运行,也可运行在高压密闭容器内;膜片弹性良好本身具有的吸振隔振效果,可承受各种振动和冲击。本文研究的联轴器工作在40~45℃油温环境下。

无中间轴的膜片主油泵联轴器就是一个智能挠性轴,对于多支点支撑刚度比较大的旋转轴,可利用无中间轴联轴器把其分 解成数个双支撑串联系统,从而降低其整体刚度,既可以降低对支撑点同轴性要求,以减少发生过定位约束条件,同时转子刚度降低也可以使固有频率发生改变。

膜片联轴器典型轴向刚度曲线,轴向刚性在起始位置零偏转时为零,随着偏斜量增大而呈非线性增加。这种非线性弹性特性具有很明显的失谐减振阻尼效果,不容易导致逐渐增强的共振,所以膜片联轴器发生大幅度轴向振动的可能性很小,这使得此类联轴器可以适应于汽轮机主油泵部分轴向串动较大的环境。

由于膜片联轴器的本身质量低,而且金属膜片具有很好的挠性,运转时联轴器对被联接机组的附加载荷小,因此膜片联轴器后可以改善主油泵系统整体的支承负荷。由于汽轮机机组运行时是动态的,位移是连续发生,具有时域特征。

膜片联轴器零部件之间是无间隙联接,在工作时几乎没有任何摩擦和滑动损失,在结构上具有比较大的周向刚度。



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