转子系统结构参数对碟式分离机动力学特性的影响研究.pdf

:./.转子系统结构参数对碟式分离机动力学特性的影响研究徐 鹏赵理志吴建军丁 毅田宇琦詹 远侯天柱(.海装沈阳局驻大连地区第一军事代表室辽宁 大连)(.中交烟台环保疏浚有限公司山东 烟台)(.中交(天津)疏浚工程有限公司天津)(.中国船舶集团有限公司第七一一研究所上海)摘要:碟式分离机工作转速常在一阶临界转速之上当转子系统设计不合理时运行过程中容易产生共振 基于 软件建立某型碟式分离机的转子系统模型通过改变支承刚度、支承跨距、悬臂长度等参数探究其对碟式分离机动力学特性的影响 结果表明:在一定范围内轴系一阶临界转速与支承刚度、支承跨距呈正相关而与悬臂长度呈负相关轴系不平衡响应峰值与支承刚度、悬臂长度呈正相关而与支承跨距呈负相关轴系应力与三者均呈正相关关键词:碟式分离机转子系统结构参数动力学特性中图分类号:文献标识码:文章编号:()碟式分离机基于重力沉降槽发展而来利用离心作用下混合液中具有不同密度互不相溶的轻、重液相和固体具有不同沉降速度的原理达到分离分层或使固体颗粒沉降的目的具有结构紧凑、分离效率高、自动化程度高、连续作业能力强的特点在食品加工、医药工业、化学工业、石油工业等行业被广泛地应用 为实现大的分离因数碟式分离机常设计较高的工作转速 当工作转速高于转子系统的一阶临界转速时转子系统为柔性转子其动力学特性对系统能否安全稳定地工作至关重要 现有研究表明:当工作转速接近临界转速时系统容易产生共振严重时可能引起系统结构的破坏 改变转子系统的支承条件可直接影响系统的临界转速同时也会对系统的不平衡响应产生影响 碟式分离机的动力学特性与转子系统的结构参数直接相关本文利用 软件建立某型碟式分离机的转子系统模型在此基础上探究不同的结构参数对碟式分离机动力学特性的影响为碟式分离机的设计提供依据和参考 计算模型.物理模型 简化后的某型碟式分离机的高速转子系统基本结构尺寸如图 所示 整体采用悬浮支承结构上端由深沟球轴承支承下端由双列调心滚子轴承支承 深沟球轴承周围均布有 个复合弹簧即沿 向、向在轴承两端各布置一个复合弹簧在工作过程中复合弹簧与深沟球轴承之间始终有预压图 碟式分离机转子系统结构简化图收稿日期:作者简介:徐鹏()男高级工程师主要研究方向为机械设计.年 月 机械设计与制造工程 .第 卷 第 期 .力不会脱离 调心滚子轴承上方有恒力作用作用方向为 向或 向 转鼓体内充满液体视为一个整体不考虑内部液体的影响 主轴及转鼓体材料均为双相不锈钢牌号为.模型在 中根据其建模规则建立某型碟式分离机的高速转子系统基础模型如图 所示上端深沟球轴承位于节点 处下端调心滚子轴承位于节点 处根据轴承的具体型号计算对应轴承刚度在一定的受力范围内非线性的滚动轴承刚度变化不大可简化轴承的刚度为定值 复合弹簧一端与节点 连接另一端固定设置复合弹簧刚度值 恒力作用于节点 处不平衡力作用于节点 与节点 处 向设置有重力加速度 工况设置 本文着重研究碟式分离机动力学特性随支承图 碟式分离机转子系统 模型刚度、支承跨距、悬臂长度的变化规律针对每一个结构参数均设置有 个工况点通过对计算结果的对比分析了解相应参数变化时动力学特性的变化趋势 各工况设置的参数见表 表 参数设置表参数工况 工况 工况 工况 工况 支承刚度/(/)支承跨距/悬臂长度/结果分析本文探究的碟式分离机动力学特性主要包括 个方面分别为轴系临界转速、轴系不平衡响应以及轴系应力转鼓处的振幅大小直接关系到碟式分离机的性能故选取转鼓质心处节点作为参考点考察各参数变化对轴系不平衡响应的影响根据 的仿真结果碟式分离机轴系的主要模态弯曲应力集中在上支承对应节点处而模态剪切应力集中在下支承对应节点处选取对应节点作为参考点考察各参数变化对轴系应力的影响.支承刚度对动力学特性的影响改变支承刚度即改变复合弹簧的刚度保持其余结构参数不变进行碟式分离机轴系临界转速、不平衡响应及应力的计算.支承刚度对轴系临界转速的影响碟式分离机的上支承采用 个复合弹簧的挠性支承结构降低了系统的结构刚度不同支承刚度下 模型计算的对应一阶临界转速如图 所示 可以看出碟式分离机轴系的一阶临界转速随支承刚度的增加而增大 当复合弹簧刚度由 /增加到 /时临界转速由 /上升至 /上升幅度明显.支承刚度对轴系不平衡响应的影响不同支承刚度下 模型计算的参考点处不平衡响应结果如图 所示 可以看出不同支承刚度对应的响应曲线均有一个明显的峰值其对应转速即为临界转速图 反映出的支承刚度对轴系一阶临界转速的影响规律与前文一致 同时随着支承刚度的增加轴系不平衡响应的峰值也逐渐增大.支承刚度对轴系应力的影响不同支承刚度下 模型计算的轴系应力结果如图 所示 可以看出轴系的弯曲与剪切应力均随支承刚度的增加而增大应力总体水平较低主要受到弯曲应力的影响.支承跨距对动力学特性的影响改变两支承间的距离保持其余结构参数不变进行碟式分离机轴系临界转速、不平衡响应及应力的计算 年第 卷 机械设计与制造工程 图 支承刚度对临界转速的影响曲线 图 支承刚度对不平衡响应的影响曲线 图 支承刚度对应力的影响曲线.支承跨距对轴系临界转速的影响不同支承跨距下 模型计算的对应一阶临界转速如图 所示 可以看出随着支承跨距的增加一阶临界转速增大 碟式分离机转子系统为悬臂结构增加支承跨距缩短了悬臂长度轴系整体的刚度增加引起临界转速的上升.支承跨距对轴系不平衡响应的影响不同支承跨距下 模型计算的参考点处不平衡响应结果如图 所示 可以看出增加支承跨距对应不平衡响应曲线的峰值向右移动峰值也随之降低这是增加支承跨距使轴系整体刚度增大的结果.支承跨距对轴系应力的影响不同支承跨距下 模型计算的轴系应力结果如图 所示 可以看出轴系应力随支承跨距的增加而增大主要受弯曲应力的影响应力总图 支承跨距对临界转速的影响曲线 图 支承跨距对不平衡响应的影响曲线 图 支承跨距对应力的影响曲线体水平较低.悬臂长度对动力学特性的影响改变转子系统转鼓体的悬臂长度保持其余结构参数不变进行碟式分离机轴系临界转速、不平衡响应及应力的计算.悬臂长度对轴系临界转速的影响不同悬臂长度下 模型计算的对应一阶临界转速如图 所示 可以看出随着悬臂长度的增加一阶临界转速降低 分析可知悬臂长度增加使轴系整体刚度减弱导致一阶临界转速降低.悬臂长度对轴系不平衡响应的影响不同悬臂长度下 模型计算的参考点处不平衡响应结果如图 所示 可以看出随着悬臂长度的增加轴系的不平衡响应峰值向左移动峰值也随之增大这与增加悬臂长度使轴系整体刚度降低造成的影响相吻合.悬臂长度对轴系应力的影响不同悬臂长度下 模型计算的轴系应力结果如图 所示 可以看出轴系的应力分布随着悬臂长度的增加而增大轴系的应力主要为弯曲应力总体的应力较小 结论本文以某型碟式分离机为对象基于 建立其高速转子系统分析模型用控制变量法研究支承刚度、支承跨距、悬臂长度等结构参数对碟式分离机动力学特性的影响结论如下:)碟式分离机的一阶临界转速随支承刚度、支承跨距的增加而增大随悬臂长度的增加而减小)碟式分离机的不平衡响应峰值随支承刚度、悬臂长度的增加而增大随支承跨距的增加而 年第 期 徐鹏:转子系统结构参数对碟式分离机动力学特性的影响研究图 悬臂长度对临界转速的影响曲线 图 悬臂长度对不平衡响应的影响曲线 图 悬臂长度对应力的影响曲线减小峰值对应转速随支承刚度、支承跨距的增加而升高随悬臂长度的增加而降低)碟式分离机的轴系应力随支承刚度、支承跨距及悬臂长度的增加均呈现出增大的趋势但轴系整体的应力水平较低在进行碟式分离机转子系统设计时可通过调整支承刚度、支承跨距及悬臂长度等参数得到合理的轴系临界转速、不平衡响应和应力参考文献:陶东升.浅谈卧式离心机在煤化工系统焦油脱渣的应用.中国设备工程():.贺世正王东辉杨健等.碟式分离机立轴系统结构参数对临界转速的影响.农业机械学报():.贺世正杨健.碟式分离机立轴系统临界转速计算与分析/第九届全国高等学校过程装备与控制工程专业教学改革与学科建设成果校际交流会论文集.北京:化学工业出版社:.袁丁.碟式分离机转子动力学特性分析.南京:东南大学.陈景超.碟式分离机动力特性分析与动平衡研究.湛江:广东海洋大学.韩洁婷缪宏江吕伟领等.碟式分离机支撑条件对转子系统动力学特性影响.轻工机械():.张玲玲.基于 的轴的一阶临界转速计算与分析.大科技():.于颖杰黄大伟叶伟等.几个解决共振问题的智能转子支承结构设计.科技传播():.丁鸿昌吕楠樊玉华.转子系统穿越临界转速瞬态响应的振幅特性分析.制造业自动化():.李鸿梅张洪信赵清海.支承方式对转子动力学特性影响研究.机械制造与自动化():.黄文超.基于弹性支撑的转子系统振动控制及管道阻尼减振技术研究.北京:北京化工大学.(.)(.)(.)(.):.:年第 卷 机械设计与制造工程