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临界转速对罗茨风机的影响

临界转速对罗茨风机的影响

山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机,赢得了市场好评和认可。

罗茨风机是炼铁机械中重要的设备。影响罗茨风机的最大因素就是罗茨风机的振动,造成罗茨鼓风机振动的原因是复杂的、多方面的,如:联轴器异常引起的振动、罗茨风机叶轮不平衡引起振动、转子的临界转速引起的振动、罗茨风机旋流失速和喘振引起的振动,其中一个重要的危害性最大的方面就是临界转速的问题。
1 罗茨风机临界转速的定义
转动件转子在运转中都会发生振动,转子的振幅随转速的增大而增大,到某一转速时振幅达到最大值(也就是平常所说的共振),超过这一转速后振幅随转速增大逐渐减少,且稳定于某一范围内,这一转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。这个转速等于转子的固有频率,当转速继续增大,接近2倍固有频率时振幅又会增大,当转速等于2倍固有频率时称为二阶(级)临界转速 ,依次类推有三阶、四阶…………
2 临界转速对罗茨风机罗茨风机的影响
以图1所示的圆盘为例:由于加工的原因,转子的质心与其几何轴线心不完全重合,产生的偏心距 ,转子质量为 ,以角速度 旋转,产生的离心力为 ,使轴挠曲,圆盘处挠度为 。由力的平衡有:
由上式可知:
(1)若质量偏心 (理论而言),那么在一般转速下,转轴无挠度,y=0,即不发生弯曲。
(2)若质量偏心 , 时(即转子在临界转速下运转)则:
此时可能
在这三种情况的无穷多个值中, 的机会只有一个。所以由此说明:在质量完全匀布而无质量偏心时即 时,转子只有以 运转时,转子才会发生挠曲,即弯曲,而且y值有可能很大。
(3)当 时(即存在质量偏心时),若 ,则 值会很大,甚至当 时都会使y值很大。
(4)以上(2)、(3)说明,转子不能在临界转速下工作,否则转子会因弯曲过大而折断。
(5)式(1-1)也说明,质量偏心距 的大小并不影响临界转速的数值,它们是互相独立的二个参数。也就是说存不存在临界转速以及它的大小如何,与存不存在质量偏心距 无关。但是,偏心距 严重影响振幅y的大小。它说明加工和平衡都不好的转子,由于其偏心距 过大,即使其工作转速远离临界转速,由于振幅y很大,转子也会发生强烈的振动。反之,若加工和平衡都做得很好的转子,只要保证工作转速不等于临界转速,即使工作转速很接近临界转速,转子也能良好运转。
3 临界转速的计算方法及特征
3.1 临界转速的计算方法
计算大型转子支承系统临界转速最常用的数值方法为传递矩阵法。其要点是:先把转子分成若干段,每段左右端4个截面参数(挠度、挠角、弯矩、剪力)之间的关系可用该段的传递矩阵描述。如此递推,可得系统左右两端面的截面参数间的总传递矩阵。再由边界条件和固有振动时有非零解的条件,籍试凑法求得各阶临界转速,并随后求得相应的振型。传递矩阵法求解临界转速主要缺点:根据经验或有关的计术资料选择计算转速,计算量大、比较盲目。现在专业的公司都使用专业的转子动力学有限元分析软件计算。如MADYN软件。它是一款世界著名的大型专业转子动力学分析软件,具有强大的求解能力。本论文不做重点介绍。
3.2 临界转速特征:
(1)振动与转速关系密切。当转子的转速接近临界转速时,振动迅速增大;当转子达到临界转速时,振动达到一个最高峰值;越越过临界点,振动迅速减小。如图2所示。
(2)临界转速时振动的相位角(转子质量中心偏心方向与挠度高点间的夹角)等于90°,转速低于临界转速时该相位角小于90°,而当转速高于临界转速时该相位角大于90°,而且临界转速附近相位角变化比较大。
4 影响临界转速的因素与对策
4.1影响临界转速的因素很多,主要有如下因素:
(1)转子转轴的形状及材料的影响。
(2)转轴做加减速的影响。
(3)叶轮回转力矩的影响。
(4)轴系的临界转速和联轴器的影响。
(5)支撑弹性的影响。
(6)系统部件的阻尼的影响。
(7)其它影响因素
系统所受的切向力、轴向力。系统的工作环境、温度场系统的特殊结构形式,多支撑的互不同心等,这些影响因素在实际工程中影响很小,可忽略不计。
4.2临界转速的防治措施
通过研究影响临界转速的各个因素,可以实现对临界转速的调整,从而有目的地使工作转速避开临界转速,达到防治共振灾害的目的,使机械系统能够稳定、安全运行。机械系统在临界转速下运行,会出现明显的弓状回旋,引起轴承、机座和整个机组的剧烈振动,严重时甚至造成事故。对这种临界转速下的共振现象必须采取防治措施。防止措施如下:
(1)合理设计:在设计阶段,应对图纸上的回转体简化出合适的力学模型,选择适当的计算方法,求出满足精度要求的临界转速数值,并与生产实际要求的工作转速相对照。当回转体的工作转速和临界转速比较接近而工作转速又不能变动时,可采取以下措施改变临界转速:①改变系统的刚度和质量分布。②合理地选取轴承和设计轴承座。③对于高速转子要考虑油膜振荡。④对于大型机组要考虑基础刚度的影响。
(2)及时治理:当运行中发生强烈振荡时,首先要检查系统的弯曲变形、动力平衡和装配质量等情况,测量振动的频率,估算或较精确地计算临界转速。当确认振动是因为工作台转速和临界转速接近而引起的共振时,一般可采取以下措施:①在结构允许的条件下附加质量以改变临界转速。②改变轴承形式、改变轴承座刚度以改变临界转速。③采用阻尼减振器、动力减振器或其它减振措施。若机器只是启动或停车过程中短时经过临界转速区,还可以安装限制共振振幅的限幅装置,以加强刚度或阻尼来防止共振危害。
5 结论
通过以上对罗茨风机的临界转速的分析,发现当罗茨鼓风机转子发生临界转速时,对设备的危害是巨大的。因此,我们应当正确的分析临界转速,做出合理的防范措施,才能避免事故的发生,减少不应用的损失。

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