膜片聯(lián)軸器的穩(wěn)定性及特性影響

發(fā)布時(shí)間：2019-08-08

大型的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是化工、電力等重要行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，如生產(chǎn)乙烯的三機(jī)，化肥生產(chǎn)中的五機(jī)及電廠的大型汽輪發(fā)電機(jī)組等。由于機(jī)組造價(jià)高，所以在實(shí)際生產(chǎn)中一般不配備備用機(jī)組，這就要求這些設(shè)備在正常生產(chǎn)階段穩(wěn)定地工作，否則會(huì)造成重大損失。

以往在對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的過程中，對(duì)于構(gòu)成系統(tǒng)的一些典型部件，如轉(zhuǎn)子、支承軸承、密封以及基礎(chǔ)都作過較深入的研究，但對(duì)于聯(lián)軸器藕合效應(yīng)的討論卻不多。在實(shí)際工程中，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是通過聯(lián)軸器將若干個(gè)轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來(lái)，確切地講對(duì)于大型的多跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可以稱為轉(zhuǎn)子一軸承一聯(lián)軸器系統(tǒng)。在一個(gè)依靠聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)起來(lái)的多跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，重新認(rèn)識(shí)聯(lián)軸器在系統(tǒng)中的作用。轉(zhuǎn)子間能量和運(yùn)動(dòng)的傳遞是通過聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)的，聯(lián)軸器的品質(zhì)決定了能量禍合與傳遞的程度。人們希望在運(yùn)動(dòng)的傳遞過程中，聯(lián)軸器能夠把對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)截?cái)?，從而增加系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

從目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的角度在線性振動(dòng)的對(duì)轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的固有特性所進(jìn)行的研究已經(jīng)比較多了，其中不乏包含聯(lián)軸器藕合的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析。膜片聯(lián)軸器是較近加年來(lái)我國(guó)引進(jìn)的新型撓性聯(lián)軸器，對(duì)其的研究大部分局限于將其視為傳統(tǒng)的機(jī)械部件進(jìn)行剛度、強(qiáng)度、壽命分析，而對(duì)其在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械中所起的作用還沒有進(jìn)行深入的研究。由于膜片聯(lián)軸器具有不需要潤(rùn)滑和較高的不對(duì)中補(bǔ)償能力，國(guó)內(nèi)一些大型的石化企業(yè)開始用該型聯(lián)軸器取代傳統(tǒng)的齒式聯(lián)軸器；因此關(guān)于膜片聯(lián)軸器禍合的不對(duì)中轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)研究是有實(shí)際的工程研究意義的。

在實(shí)際工程中，不對(duì)中狀態(tài)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)常見，同時(shí)轉(zhuǎn)子故障的60%與不對(duì)中有關(guān)。轉(zhuǎn)子的不對(duì)中包括軸承不對(duì)中和軸系不對(duì)中兩種情況。軸徑在軸承中的偏斜稱為軸承不對(duì)中，軸承不對(duì)中本身不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，它主要影響軸承油膜的性能。機(jī)組各轉(zhuǎn)子通過聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)時(shí)，如果軸線不處在同一直線上，就稱為軸系不對(duì)中。通常說(shuō)的不對(duì)中多指軸系不對(duì)中。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)中后，會(huì)產(chǎn)生軸向和徑向交變力，引起軸向和徑向振動(dòng)，因此在其運(yùn)動(dòng)過程中將產(chǎn)生一系列的不利于設(shè)備運(yùn)行的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，如引起設(shè)備的振動(dòng)、聯(lián)軸器的偏轉(zhuǎn)、軸承的磨損和油膜失穩(wěn)、軸的彎曲變形等，危害。因此研究不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征，對(duì)于機(jī)組的運(yùn)行具有重要意義。

以膜片聯(lián)軸器藕合的不對(duì)中轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用廣義逆迭代法，分析了不對(duì)中量對(duì)對(duì)稱轉(zhuǎn)子系統(tǒng)軸承動(dòng)靜特性和系統(tǒng)固有特性的影響，主要結(jié)論如下：

(1)聯(lián)軸器兩側(cè)和系統(tǒng)兩端軸承處的不對(duì)中量對(duì)系統(tǒng)支承負(fù)荷分配的影響是不同的。聯(lián)軸器兩側(cè)支承的負(fù)荷分配隨該處不對(duì)中量的增加而增大，而在系統(tǒng)兩端軸承處不對(duì)中量的影響下減小。而系統(tǒng)兩端軸承處的負(fù)荷分配隨聯(lián)軸器兩側(cè)支承處的不對(duì)中量的增加而減小，而在自身處的不對(duì)中量的影響下有所增大。由于膜片聯(lián)軸器的隔振功能使一跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)支承處的不對(duì)中量對(duì)另一跨轉(zhuǎn)子軸承的動(dòng)靜特性影響較小。

(2)系統(tǒng)的固有特性在不對(duì)中量的作用下發(fā)生改變，其中特征值的實(shí)部的值減小，而虛部增加，而且系統(tǒng)的前幾階模態(tài)不在呈現(xiàn)出對(duì)稱或反對(duì)稱的特性，以其中一跨轉(zhuǎn)子的變形為主，另外一跨幾乎不發(fā)生變形。

(3)系統(tǒng)的穩(wěn)定性在膜片聯(lián)軸器兩側(cè)軸承處的不對(duì)中量作用下有惡化的趨勢(shì)。在不對(duì)中量的影響下，系統(tǒng)的較小對(duì)數(shù)衰減率減小，失穩(wěn)轉(zhuǎn)速下降。

轉(zhuǎn)子的強(qiáng)迫振動(dòng)可以分為與轉(zhuǎn)子異步的振動(dòng)和同步的振動(dòng)，而后者主要是由轉(zhuǎn)子的不平衡量所激勵(lì)。由于設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方面的因素以及材質(zhì)不均勻、制造安裝誤差等原因，實(shí)際轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的中心慣性主軸都或多或少地偏離其旋轉(zhuǎn)軸線。這樣，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)各微元質(zhì)量的離心慣性力組成一組不平衡力系。轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)在不平衡力或不平衡力矩的激勵(lì)下所產(chǎn)生的振動(dòng)稱為不平衡響應(yīng)。一般情況下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡是引起振動(dòng)的主要因素。