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      臨界轉速對羅茨風機的影響

      臨界轉速對羅茨風機的影響

      山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司,位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮,近年來,錦工致力于新產品的研發,新產品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機,贏得了市場好評和認可。

      羅茨風機是煉鐵機械中重要的設備。影響羅茨風機的最大因素就是羅茨風機的振動,造成羅茨鼓風機振動的原因是復雜的、多方面的,如:聯軸器異常引起的振動、羅茨風機葉輪不平衡引起振動、轉子的臨界轉速引起的振動、羅茨風機旋流失速和喘振引起的振動,其中一個重要的危害性最大的方面就是臨界轉速的問題。
      1 羅茨風機臨界轉速的定義
      轉動件轉子在運轉中都會發生振動,轉子的振幅隨轉速的增大而增大,到某一轉速時振幅達到最大值(也就是平常所說的共振),超過這一轉速后振幅隨轉速增大逐漸減少,且穩定于某一范圍內,這一轉子振幅最大的轉速稱為轉子的臨界轉速。這個轉速等于轉子的固有頻率,當轉速繼續增大,接近2倍固有頻率時振幅又會增大,當轉速等于2倍固有頻率時稱為二階(級)臨界轉速 ,依次類推有三階、四階…………
      2 臨界轉速對羅茨風機羅茨風機的影響
      以圖1所示的圓盤為例:由于加工的原因,轉子的質心與其幾何軸線心不完全重合,產生的偏心距 ,轉子質量為 ,以角速度 旋轉,產生的離心力為 ,使軸撓曲,圓盤處撓度為 。由力的平衡有:
      由上式可知:
      (1)若質量偏心 (理論而言),那么在一般轉速下,轉軸無撓度,y=0,即不發生彎曲。
      (2)若質量偏心 , 時(即轉子在臨界轉速下運轉)則:
      此時可能
      在這三種情況的無窮多個值中, 的機會只有一個。所以由此說明:在質量完全勻布而無質量偏心時即 時,轉子只有以 運轉時,轉子才會發生撓曲,即彎曲,而且y值有可能很大。
      (3)當 時(即存在質量偏心時),若 ,則 值會很大,甚至當 時都會使y值很大。
      (4)以上(2)、(3)說明,轉子不能在臨界轉速下工作,否則轉子會因彎曲過大而折斷。
      (5)式(1-1)也說明,質量偏心距 的大小并不影響臨界轉速的數值,它們是互相獨立的二個參數。也就是說存不存在臨界轉速以及它的大小如何,與存不存在質量偏心距 無關。但是,偏心距 嚴重影響振幅y的大小。它說明加工和平衡都不好的轉子,由于其偏心距 過大,即使其工作轉速遠離臨界轉速,由于振幅y很大,轉子也會發生強烈的振動。反之,若加工和平衡都做得很好的轉子,只要保證工作轉速不等于臨界轉速,即使工作轉速很接近臨界轉速,轉子也能良好運轉。
      3 臨界轉速的計算方法及特征
      3.1 臨界轉速的計算方法
      計算大型轉子支承系統臨界轉速最常用的數值方法為傳遞矩陣法。其要點是:先把轉子分成若干段,每段左右端4個截面參數(撓度、撓角、彎矩、剪力)之間的關系可用該段的傳遞矩陣描述。如此遞推,可得系統左右兩端面的截面參數間的總傳遞矩陣。再由邊界條件和固有振動時有非零解的條件,籍試湊法求得各階臨界轉速,并隨后求得相應的振型。傳遞矩陣法求解臨界轉速主要缺點:根據經驗或有關的計術資料選擇計算轉速,計算量大、比較盲目?,F在專業的公司都使用專業的轉子動力學有限元分析軟件計算。如MADYN軟件。它是一款世界著名的大型專業轉子動力學分析軟件,具有強大的求解能力。本論文不做重點介紹。
      3.2 臨界轉速特征:
      (1)振動與轉速關系密切。當轉子的轉速接近臨界轉速時,振動迅速增大;當轉子達到臨界轉速時,振動達到一個最高峰值;越越過臨界點,振動迅速減小。如圖2所示。
      (2)臨界轉速時振動的相位角(轉子質量中心偏心方向與撓度高點間的夾角)等于90°,轉速低于臨界轉速時該相位角小于90°,而當轉速高于臨界轉速時該相位角大于90°,而且臨界轉速附近相位角變化比較大。
      4 影響臨界轉速的因素與對策
      4.1影響臨界轉速的因素很多,主要有如下因素:
      (1)轉子轉軸的形狀及材料的影響。
      (2)轉軸做加減速的影響。
      (3)葉輪回轉力矩的影響。
      (4)軸系的臨界轉速和聯軸器的影響。
      (5)支撐彈性的影響。
      (6)系統部件的阻尼的影響。
      (7)其它影響因素
      系統所受的切向力、軸向力。系統的工作環境、溫度場系統的特殊結構形式,多支撐的互不同心等,這些影響因素在實際工程中影響很小,可忽略不計。
      4.2臨界轉速的防治措施
      通過研究影響臨界轉速的各個因素,可以實現對臨界轉速的調整,從而有目的地使工作轉速避開臨界轉速,達到防治共振災害的目的,使機械系統能夠穩定、安全運行。機械系統在臨界轉速下運行,會出現明顯的弓狀回旋,引起軸承、機座和整個機組的劇烈振動,嚴重時甚至造成事故。對這種臨界轉速下的共振現象必須采取防治措施。防止措施如下:
      (1)合理設計:在設計階段,應對圖紙上的回轉體簡化出合適的力學模型,選擇適當的計算方法,求出滿足精度要求的臨界轉速數值,并與生產實際要求的工作轉速相對照。當回轉體的工作轉速和臨界轉速比較接近而工作轉速又不能變動時,可采取以下措施改變臨界轉速:①改變系統的剛度和質量分布。②合理地選取軸承和設計軸承座。③對于高速轉子要考慮油膜振蕩。④對于大型機組要考慮基礎剛度的影響。
      (2)及時治理:當運行中發生強烈振蕩時,首先要檢查系統的彎曲變形、動力平衡和裝配質量等情況,測量振動的頻率,估算或較精確地計算臨界轉速。當確認振動是因為工作臺轉速和臨界轉速接近而引起的共振時,一般可采取以下措施:①在結構允許的條件下附加質量以改變臨界轉速。②改變軸承形式、改變軸承座剛度以改變臨界轉速。③采用阻尼減振器、動力減振器或其它減振措施。若機器只是啟動或停車過程中短時經過臨界轉速區,還可以安裝限制共振振幅的限幅裝置,以加強剛度或阻尼來防止共振危害。
      5 結論
      通過以上對羅茨風機的臨界轉速的分析,發現當羅茨鼓風機轉子發生臨界轉速時,對設備的危害是巨大的。因此,我們應當正確的分析臨界轉速,做出合理的防范措施,才能避免事故的發生,減少不應用的損失。

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