碟式分离机支撑条件对转子系统动力学特性影响
发布时间：2020-12-06 02:16
为保证蝶式分离机转子系统的稳定性,笔者基于有限元分析软件ANSYS分析转鼓内离心载荷、支承位置与支承刚度对碟式分离机动力学特性的影响,研究固有特性、模态频率和相应振型的变化规律。结果表明:转鼓内流体离心载荷对转子刚度产生显著影响,进而导致各阶模态变化趋势各异;支撑位置和支撑刚度对转子不同阶模态的影响趋势与相应振型有关,当转子部件变形不一致时,部分阶数模态频率可能随支撑位置上移而减小;转子振型在支承位置的径向振幅明显时,支撑刚度对模态频率产生显著影响。研究结果可用于碟式分离机转子系统的设计与优化。
【文章来源】：轻工机械. 2020年04期 第9-15页
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
碟片等效质量施加面Figure4Equivalentmassappliedsurfaceofdisc
］对碟式分离机的主轴进行了模态分析和谐响应分析，验证了主轴的安全性。总体而言，转子系统的动力学特性的研究成果已非常丰富，也为高速转子系统运行可靠性的保证提供了支撑。笔者以碟式分离机的高速转子为对象，研究碟式分离机转子系统动力学分析建模方法，分析3种影响因素(转鼓内离心载荷、上支承位置和上支承刚度)下的固有频率的变化规律及原因，通过模态频率和相应振型探讨碟式分离机的运行稳定性，为分离机转子系统的设计及优化提供支撑。1计算模型笔者研究的碟式分离机转子系统部件如图1所示，包括转鼓上盖、转鼓体、碟片架和碟片组等部件。由于建模和分析的需要，对结构模型做简化处理如下:①将碟片组看作质量点，施加于转鼓模型的相应位置;②通过螺栓联接的部分看做整体;③转轴处的支撑均用轴承单元代替，并假设轴承相互垂直的2个刚度方向Kxx=Kyy，交叉刚度Kxy=Kyx=0;④忽略局部小结构。转鼓各部件材料:转鼓体、转鼓上盖、滑动活塞、环形活塞、密封环、轴和立轴连接螺栓为X4CrNiMo16-5-1，油向心泵盖和碟片压盖为ZCZn16Si4，水向心泵盖、水腔底盘、碟片架和碟片为316不锈钢;锁紧环为14Cr17Ni2。转鼓材料参数如表1所示。简化前后模型如图2所示。图1碟式分离机转鼓部件Figure1Drumcomponentsofdiscseparator表1转鼓材料参数Table1Materialparametersofdrum材料类型密度ρ/(kg·m－3)弹性模量E/GPa泊松比σ屈服强度Rp0．2/MPa抗拉强度Rm/MPaX4CrNiMo16-5-177001960．300680980ZCZn16Si483201370．32539031679001890．30020552014Cr1
图2模型简化前后对比Figure2Comparisonofmodelbeforeandaftersimplification2计算方法2．1网格划分考虑到碟式分离机转子结构的复杂性，采用实体单元solid185对其进行非结构化网格划分，网格参数如表2所示，网格模型如图3所示。网格质量(单元畸变度)表明:单元畸变度(skewness)平均为0．25283(0为最佳，1为最差)，网格满足计算要求。表2网格相关参数Table2Meshparameters网格划分方法网格尺寸/mm网格单元数量节点数量单元畸变度PatchConforming3．029891566146370．252832．2载荷及边界条件碟式分离机转子通过减振阻尼器和角接触轴承支撑，并在电机驱动皮带的张紧力作用下带动整个转鼓旋转。在分离机工作过程中，其转鼓内逐渐导入分离液并完成分离工作，呈现一种过渡状态。针对这种工作状态，考虑碟式分离机的2种不同载荷条件:一是碟图3模型网格划分Figure3Meshingofmodel片组的等效质量及转动惯量;二是碟式分离机导入分离液后，流体在相应转速下对转鼓产生的压力。1)碟片等效质量由于碟片数量多、厚度薄造成网格划分困难及计算量巨大，因此采用碟片组等效质量及转动惯量施加于支撑碟片的碟片架相应位置。对于文中计算实例，等效载荷大小和施加位置分别如表3和图4所示。表3碟片等效质量及惯性矩Table3Equivalentmassandmomentofinertiafordiscs碟片质量/kg惯性矩/(kg·mm2)lxclyclzc7．8575271873026027188图4碟片等效质量施加面Figure4Equivalentmassappliedsurfaceofdisc2)转鼓内部压力碟式分离机升速过程中逐渐导入分离液，待液体充满转鼓后，在设定的工作转速
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速柔性转子支承松动力学特征及动力特性[J]. 于欢,马艳红,肖森,洪杰. 北京航空航天大学学报. 2017(08)
[2]磁悬浮轴承用飞轮电池转子和基体的模态分析[J]. 王宗田,谢伟东. 轻工机械. 2012(05)
[3]矿物油碟式分离机主轴振动模态与谐响应分析[J]. 赵志国. 煤矿机械. 2011(12)
[4]转鼓不平衡对碟式分离机振动特性的影响[J]. 张晓军,贺世正,王东辉. 现代机械. 2006(05)
[5]具有六弹簧弹性支承悬臂离心机的整机平衡原理和方法[J]. 周保堂,贺世正. 应用力学学报. 1995(02)
[6]碟片分离机的振型和临界转速影响因素分析[J]. 周保堂,贺世正. 流体工程. 1992(04)
本文编号：2900528
【文章来源】：轻工机械. 2020年04期 第9-15页
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
碟片等效质量施加面Figure4Equivalentmassappliedsurfaceofdisc
］对碟式分离机的主轴进行了模态分析和谐响应分析，验证了主轴的安全性。总体而言，转子系统的动力学特性的研究成果已非常丰富，也为高速转子系统运行可靠性的保证提供了支撑。笔者以碟式分离机的高速转子为对象，研究碟式分离机转子系统动力学分析建模方法，分析3种影响因素(转鼓内离心载荷、上支承位置和上支承刚度)下的固有频率的变化规律及原因，通过模态频率和相应振型探讨碟式分离机的运行稳定性，为分离机转子系统的设计及优化提供支撑。1计算模型笔者研究的碟式分离机转子系统部件如图1所示，包括转鼓上盖、转鼓体、碟片架和碟片组等部件。由于建模和分析的需要，对结构模型做简化处理如下:①将碟片组看作质量点，施加于转鼓模型的相应位置;②通过螺栓联接的部分看做整体;③转轴处的支撑均用轴承单元代替，并假设轴承相互垂直的2个刚度方向Kxx=Kyy，交叉刚度Kxy=Kyx=0;④忽略局部小结构。转鼓各部件材料:转鼓体、转鼓上盖、滑动活塞、环形活塞、密封环、轴和立轴连接螺栓为X4CrNiMo16-5-1，油向心泵盖和碟片压盖为ZCZn16Si4，水向心泵盖、水腔底盘、碟片架和碟片为316不锈钢;锁紧环为14Cr17Ni2。转鼓材料参数如表1所示。简化前后模型如图2所示。图1碟式分离机转鼓部件Figure1Drumcomponentsofdiscseparator表1转鼓材料参数Table1Materialparametersofdrum材料类型密度ρ/(kg·m－3)弹性模量E/GPa泊松比σ屈服强度Rp0．2/MPa抗拉强度Rm/MPaX4CrNiMo16-5-177001960．300680980ZCZn16Si483201370．32539031679001890．30020552014Cr1
图2模型简化前后对比Figure2Comparisonofmodelbeforeandaftersimplification2计算方法2．1网格划分考虑到碟式分离机转子结构的复杂性，采用实体单元solid185对其进行非结构化网格划分，网格参数如表2所示，网格模型如图3所示。网格质量(单元畸变度)表明:单元畸变度(skewness)平均为0．25283(0为最佳，1为最差)，网格满足计算要求。表2网格相关参数Table2Meshparameters网格划分方法网格尺寸/mm网格单元数量节点数量单元畸变度PatchConforming3．029891566146370．252832．2载荷及边界条件碟式分离机转子通过减振阻尼器和角接触轴承支撑，并在电机驱动皮带的张紧力作用下带动整个转鼓旋转。在分离机工作过程中，其转鼓内逐渐导入分离液并完成分离工作，呈现一种过渡状态。针对这种工作状态，考虑碟式分离机的2种不同载荷条件:一是碟图3模型网格划分Figure3Meshingofmodel片组的等效质量及转动惯量;二是碟式分离机导入分离液后，流体在相应转速下对转鼓产生的压力。1)碟片等效质量由于碟片数量多、厚度薄造成网格划分困难及计算量巨大，因此采用碟片组等效质量及转动惯量施加于支撑碟片的碟片架相应位置。对于文中计算实例，等效载荷大小和施加位置分别如表3和图4所示。表3碟片等效质量及惯性矩Table3Equivalentmassandmomentofinertiafordiscs碟片质量/kg惯性矩/(kg·mm2)lxclyclzc7．8575271873026027188图4碟片等效质量施加面Figure4Equivalentmassappliedsurfaceofdisc2)转鼓内部压力碟式分离机升速过程中逐渐导入分离液，待液体充满转鼓后，在设定的工作转速
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速柔性转子支承松动力学特征及动力特性[J]. 于欢,马艳红,肖森,洪杰. 北京航空航天大学学报. 2017(08)
[2]磁悬浮轴承用飞轮电池转子和基体的模态分析[J]. 王宗田,谢伟东. 轻工机械. 2012(05)
[3]矿物油碟式分离机主轴振动模态与谐响应分析[J]. 赵志国. 煤矿机械. 2011(12)
[4]转鼓不平衡对碟式分离机振动特性的影响[J]. 张晓军,贺世正,王东辉. 现代机械. 2006(05)
[5]具有六弹簧弹性支承悬臂离心机的整机平衡原理和方法[J]. 周保堂,贺世正. 应用力学学报. 1995(02)
[6]碟片分离机的振型和临界转速影响因素分析[J]. 周保堂,贺世正. 流体工程. 1992(04)
本文编号：2900528
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