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膜片联轴器运动的稳定性及特性影响

文章作者:泊头昌瑞传动   发布时间:2019-02-28
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在一个依靠联轴器联结起来的多跨转子系统中,必须重新认识联轴器在系统中的作用。转子间能量和运动的传递是通过联轴器实现的,联轴器的品质决定了能量祸合与传递的程度。

大型的转子系统是化工、电力等重要行业的关键设备,如生产乙烯的三机,化肥生产中的五机及电厂的大型汽轮发电机组等。由于机组造价高,所以在实际生产中一般不配备备用机组,这就要求这些设备在正常生产阶段必须稳定可靠地工作,否则会造成重大损失。

以往在对转子系统进行动力学分析的过程中,对于构成系统的一些典型部件,如转子、支承轴承、密封以及基础都作过较深入的研究,但对于联轴器藕合效应的讨论却不多。在实际工程中,转子系统是通过联轴器将若干个转子一轴承系统联结起来,确切地讲对于大型的多跨转子系统可以称为转子一轴承一联轴器系统。在一个依靠联轴器联结起来的多跨转子系统中,必须重新认识联轴器在系统中的作用。转子间能量和运动的传递是通过联轴器实现的,联轴器的品质决定了能量祸合与传递的程度。人们希望在运动的传递过程中,联轴器能够把对系统有害的运动截断,从而增加系统运动的稳定性。

从目前国内外的研究现状来看,从转子动力学的角度在线性振动的领域对转子一轴承系统的固有特性所进行的研究已经比较多了,其中不乏包含联轴器祸合的转子一轴承系统的动力学分析。膜片联轴器是较近加年来我国引进的新型挠性联轴器,对其的研究大部分局限于将其视为传统的机械部件进行刚度、强度、寿命分析,而对其在大型旋转机械中所起的独特作用还没有进行深入的研究。由于膜片联轴器具有不需要润滑和较高的不对中补偿能力,国内一些大型的石化企业开始用该型联轴器取代传统的齿式联轴器;因此关于膜片联轴器祸合的不对中转子一轴承系统的动力学研究是有实际的工程研究意义的。

首先对膜片组进行静力学分析,导出了在工作状态下,膜片组应力的计算公式;然后建立了膜片组的动力学模型,得出刚度与膜片联轴器结构的关系。通过分析发现膜片组的转角刚度和轴向刚度不仅与膜片厚度和螺栓分布圆半径有关,而且两相邻联接螺栓之间膜片弹性部分所对的中心角对其的影响也很大。

在实际工程中,不对中状态的转子系统十分常见,同时转子故障的60%与不对中有关。转子的不对中包括轴承不对中和轴系不对中两种情况。轴径在轴承中的偏斜称为轴承不对中,轴承不对中本身不会产生振动,它主要影响轴承油膜的性能。机组各转子通过联轴器联结时,如果轴线不处在同一直线上,就称为轴系不对中。通常说的不对中多指轴系不对中。转子系统出现不对中后,会产生轴向和径向交变力,引起轴向和径向振动,因此在其运动过程中将产生一系列的不利于设备运行的动态效应,如引起设备的振动、联轴器的偏转、轴承的磨损和油膜失稳、轴的弯曲变形等,危害极大。因此研究不对中转子系统的动力学特征,对于机组的安全运行具有重要意义。

以膜片联轴器藕合的不对中转子一轴承系统为研究对象,利用广义逆迭代法,重点分析了不对中量对对称转子系统轴承动静特性和系统固有特性的影响,主要结论如下:

(1)联轴器两侧和系统两端轴承处的不对中量对系统支承负荷分配的影响是不同的。联轴器两侧支承的负荷分配随该处不对中量的增加而增大,而在系统两端轴承处不对中量的影响下减小。而系统两端轴承处的负荷分配随联轴器两侧支承处的不对中量的增加而减小,而在自身处的不对中量的影响下有所增大。由于膜片联轴器的隔振功能使一跨转子系统支承处的不对中量对另一跨转子轴承的动静特性影响较小。

(2)系统的固有特性在不对中量的作用下发生改变,其中特征值的实部的绝 对值减小,而虚部增加,而且系统的前几阶模态不在呈现出对称或反对称的特性,以其中一跨转子的变形为主,另外一跨几乎不发生变形。

(3)系统的稳定性在膜片联轴器两侧轴承处的不对中量作用下有恶化的趋势。在不对中量的影响下,系统的较小对数衰减率减小,失稳转速下降。

转子的强迫振动可以分为与转子异步的振动和同步的振动,而后者主要是由转子的不平衡量所激励。由于设计和结构方面的因素以及材质不均匀、制造安装误差等原因,实际转子一轴承系统的中心惯性主轴都或多或少地偏离其旋转轴线。这样,当转子旋转时各微元质量的离心惯性力组成一组不平衡力系。转子一轴承系统在不平衡力或不平衡力矩的激励下所产生的振动称为不平衡响应。一般情况下,转子系统的不平衡是引起振动的主要因素。

分析了膜片联轴器藕合的转子一轴承系统的不平衡响应。首先利用高斯消去法,求解系统在不平衡量的作用下所引起的强迫振动:分析了各结点的不平衡响应。然后以对称布置的膜片联轴器祸合的多跨转子一轴承系统为研究对象,通过数值模拟分别分析了膜片联轴器的刚度和转子的不对中对系统不平衡响应的影响;详细分析了不对中状态下,系统支承处的不平衡响应随转速的变化,主要结论如下:

(1)对于对称的转子一轴承系统,当膜片联轴器径向刚度等于某些值时,其转角刚度对系统的不平衡响应影响很大。膜片联轴器的径向刚度一定时,转角刚度决定了其隔振效果。当k,较小时有显著的隔振功能。随着k,的增大,其隔振效果在逐渐下降。通过分析表明膜片联轴器的转角刚度是影响其隔振效果的一个重要因素。

(2)当系统通过临界转速区域时,转子的不对中量对系统的不平衡响应有显著影响,然而在工作转速处,这种影响变小。



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