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卧螺离心机振动特性研究

卧螺离心机振动特性研究. 报告人： 李怀民 导师： 谭蔚 教授. 背景介绍. 课题研究目的和意义. 卧螺振动特性试验研究. 卧螺振动特性数值模拟研究. 结论. 下一步计划和安排. 背景介绍. 特点： 转速高 ，分离因数高，生产能力大。转动件加工精度要求高，结构复杂，制造成本高. 卧螺离心机的振动问题凸显. 背景介绍. 课题研究内容和意义. 卧螺振动特性试验研究. 卧螺振动特性数值模拟研究. 结论. 下一步计划和安排. 课题研究内容和意义. 研究意义.

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卧螺离心机振动特性研究

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Presentation Transcript

  1. 卧螺离心机振动特性研究 报告人： 李怀民 导师： 谭蔚 教授

  2. 背景介绍 • 课题研究目的和意义 • 卧螺振动特性试验研究 • 卧螺振动特性数值模拟研究 • 结论 • 下一步计划和安排

  3. 背景介绍 特点： 转速高，分离因数高，生产能力大。转动件加工精度要求高，结构复杂，制造成本高 卧螺离心机的振动问题凸显

  4. 背景介绍 • 课题研究内容和意义 • 卧螺振动特性试验研究 • 卧螺振动特性数值模拟研究 • 结论 • 下一步计划和安排

  5. 课题研究内容和意义 研究意义 当某个转子在临界转速附近运转时，将发生共振，产生大振幅的振动。同时由于卧螺独特的双转子结构和螺旋结构的不对称，使其临界转速以及临界转速下的振动特征具有独特的形式。研究卧螺临界转速，并确定其特殊结构下的振动特征，对于大型化、高参数趋势下卧螺离心机的防振具有重要的意义 研究内容 • 理论分析。学习研究旋转机械故障诊断以及转子动力学中的有关内容

  6. 课题研究内容和意义 • 试验分析。对某型号卧螺离心机进行系统的试验分析，得到其主要的振动特征，根据转子动力学的相关理论分析得到离心机主要振动特征的主要诱因 • 数值模拟。通过ANSYS软件对该离心机的振动情况进行有限元分析，在确定有限元分析可行的基础上，改变离心机结构参数、结构特征等因素，得到离心机振动敏感参数，从而为卧螺离心机的防振提供建设性的意见

  7. 背景介绍 • 课题研究目的和内容 • 卧螺振动特性试验研究 • 整机轴承座振动测试 • 振动特征分析 • 高速动平衡 • 卧螺振动特性数值模拟研究 • 结论 • 下一步计划和安排

  8. LW620离心机振动试验研究 表 LW620卧螺离心机部分参数 试验流程图

  9. 整机轴承座振动测试 转鼓转速范围： 300~2700r/min， 转速差计算公式： 测点分布： 大端轴承座测点 小端轴承座测点

  10. 整机轴承座振动测试 • 结论： • 小端振动大于大端 • 轴向振动明显 • 1800r/min为振动峰 • 值，2500r/min振动开始 • 快速增加，3000r/min多 • 转对应一共振点 振动烈度随转速的变化关系图

  11. 整机轴承座振动测试 特点： 不明显的香蕉型 2700r/min轴承座中心轨迹 特点： 一倍频为主 2700r/min幅值谱 2700r/min接近临界转速

  12. 整机轴承座振动测试 特点： 8字形和香蕉型 1800r/min轴承座中心轨迹 特点： 二倍频明显 1800r/min幅值谱

  13. 振动特征分析 1800r/min对应系统的某一共振点，该共振点处幅值谱以二倍频为主，二倍频激振引起共振是系统的特征之一，即： 问题： 1. 60Hz对应系统哪一部分的固有频率？ 2.二倍频激振如何产生？

  14. 振动特征分析 • 1. 60Hz固有频率： • 整机？转鼓？螺旋？ • 单转鼓的振动 3000r/min未出现振动峰值 • 单螺旋的振动 1500r/min振动剧烈 • 敲击单螺旋 固有频率54Hz 60Hz对应螺旋支撑系统的固有频率

  15. 振动特征分析 • 2. 轴向振动、二倍频原因： • 不对中？ • 转子径向刚度不对称？ 确定不对中的影响： 结论： 轴向振动、二倍频依然 明显，可以排除不对中 问题 • 转速同步 • 拆掉副机 • 调整皮带对中 • 单螺旋 • 高速动平衡仪上测单螺旋

  16. 整机现场高速动平衡 微速差双转子振动特点：拍振 问题： 1. 如何在拍振中分离出转鼓和螺旋的振动？ • 矢量瓦特机光点轨迹识别法 • 外接信号补偿法 • 滤波法 • 不解拍整机动平衡法 2. 如何对转鼓和螺旋加重？ • 只能对转鼓加重

  17. 整机现场高速动平衡 表 动平衡影响系数矩阵 整机高速动平衡无效

  18. 高速动平衡机 高速动平衡机上对单螺旋平衡 一定转速后无效

  19. 背景介绍 • 课题研究内容和意义 • 卧螺振动特性试验研究 • 卧螺振动特性数值模拟研究 • 双转子临界转速 • 临界转速影响因素 • 结论 • 下一步计划和安排

  20. 双转子临界转速计算 几何模型建立： Solidworks 2009 有限元模拟计算：ANSYS Workbench 14.5 几何模型剖面

  21. 双转子临界转速计算 材料属性 单元类型：solid186、solid187 网格划分方式： 转鼓：扫掠 螺旋：螺旋叶片扫掠，筒体尺寸控制 整个模型网格总数大约为5万

  22. 双转子临界转速计算 转鼓网格划分 螺旋网格划分

  23. 双转子临界转速计算 约束： 轴承：通过APDL命令流添加Combi214单元，，轴承刚度计算公式： 圆柱滚子轴承径向刚度： 深沟球轴承径向刚度： 载荷：考虑柯氏效应，对转鼓和螺旋施加转速载荷

  24. 双转子临界转速计算 不考虑材料阻尼，求解方法为QR阻尼法，求解得到不同转速下的涡动频率如下表 一阶正向涡动临界转速约为4068r/min 坎贝尔图

  25. 双转子临界转速计算 模拟结果验证： 工程上认为，转速达到0.7倍临界转速，系统就可能发生大振幅的振动。测试结果表明在达到2700r/min时，发生剧烈振动。而4068×0.7=2848r/min，与现场结果比较相符，可以认为本模拟所采用的方法以及结论是可信的

  26. 临界转速影响因素 分析的内容： 通过模态分析，确定转速差、轴承刚度、转子壁厚、转子支撑位置对临界转速的影响 变转速差（变化范围0.5~3rad/s）： 转速差对临界转速 基本没有影响

  27. 临界转速影响因素 改变轴承刚度 方案：保持三个轴承的轴承刚度不变，改变其中一个轴承的轴承刚度， 改变倍数：原轴承刚度的1/20，1/5，1，5，20倍

  28. 临界转速影响因素 大端主轴承 小端主轴承 大端中间轴承 小端中间轴承 改变小端主轴承效果最明显

  29. 临界转速影响因素 改变转子壁厚 • 本模拟采取了两种改变壁厚的方法： • 保持轴承刚度不变，只变壁厚 • 壁厚改变后，通过静态结构分析求出对应的轴承刚度。变轴承刚度，也变壁厚 螺旋壁厚的变化范围为14~26mm 转鼓壁厚的变化范围为12~24mm

  30. 临界转速影响因素 保持轴承刚度不变，只变壁厚 壁厚的变化对临界转速影响不大

  31. 临界转速影响因素 同时改变壁厚和轴承刚度 由于轴承刚度的影响，临界转速随壁厚的变化更加复杂

  32. 临界转速影响因素 改变轴承支撑位置 临界转速对轴承 位置很敏感，特 别是小端

  33. 背景介绍 • 课题研究内容和意义 • 卧螺振动特性试验研究 • 卧螺振动特性数值模拟研究 • 结论 • 下一步计划和安排

  34. 结论 • 实验研究发现，LW620离心机主要振动特征之一是二倍频激振产生共振，轴向振动剧烈，二倍频明显，而引起该问题的主要原因是螺旋径向刚度不对称 • 现场整机高速动平衡实验结果很不理想，高速动平衡对解决该机型的振动问题帮助不大 • 试验和模拟结果说明，该离心机临界转速在4000r/min左右。转速差、轴承刚度、转子壁厚对临界转速影响不大，临界转速对转子支撑位置最为敏感

  35. 背景介绍 • 课题研究内容和意义 • 卧螺振动特性试验研究 • 卧螺振动特性数值模拟研究 • 结论 • 下一步计划和安排

  36. 下一步的计划和安排 • 模态分析，根据振型确定螺旋和转鼓的薄弱环节，通过结构的进一步改进，增加其临界转速 • 瞬态分析，模拟非对称转子振动二倍频激振现象，优化结构以降低二倍频的影响 • 谐响应分析，计算得到不同转速下的振幅响应，通过改变结构，进一步探讨降低共振时振动烈度的方法

  37. Thank you！

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