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        高轉速機械轉子的亞異步不穩定振動(dòng)


        渦輪機械(汽輪機、離心式壓縮機等)的技術(shù)發(fā)展趨勢表現在高轉速、輕質(zhì)量、高壓、高效、大功率和高增益的功率密度(即機器單位質(zhì)量或單位體積內所具有的輸出功率)。這些高性能機器在提高產(chǎn)量、降低成本等方面帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益但是從設計制造到運行理也帶來(lái)很多難題其中高速旋轉機器的亞異步振動(dòng)問(wèn)題是機器使用中面臨的一大威脅。


        高速、高壓和輕質(zhì)量的機器意味著(zhù)它的旋轉部件必須設計成撓性結構,F在很多渦輪機械的轉子工作轉速超越其一階乃至二階臨界轉速。這種轉子一旦發(fā)生亞異步自激振動(dòng)失穩轉子由運動(dòng)而貯存的能量不斷釋放將對包括軸承在內的靜子部件產(chǎn)生強大的激振力。


        因此對于超臨界轉速運行的機器不僅需要作審慎的高速動(dòng)平衡而且要在結構設計上避開(kāi)共振渦動(dòng)區域防止落入不穩定的門(mén)檻之內。


        高功率密度與轉子撓性結構聯(lián)系在一起使得機器對于流體激振等干擾更為敏感容易在工作中失去穩定。渦輪機械為了追求高效率勢必要求轉子和靜子各部分動(dòng)、靜元件之間具有較小的密封間隙較長(cháng)的密封結構但是高壓力差的密封小間隙,爐溫曲線(xiàn)測試儀如果設計不當會(huì )引起轉子的氣隙激振。此外撓性轉子的內摩擦阻尼、干摩擦振動(dòng)、流體的激振以及轉子的剛度不對稱(chēng)等因素均可能引起亞異步不穩定振動(dòng)。


        亞異步不穩定振動(dòng)的特性

        亞異步振動(dòng)即轉子振動(dòng)頻率低于轉速頻率的振動(dòng),MGA6煙氣分析儀這種振動(dòng)可以分為強迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩類(lèi)。像離心式壓縮機的喘振、旋轉失速之類(lèi)的氣流激振屬于強迫振動(dòng),德圖330煙氣分析儀而油膜振蕩、非接觸式密封中的流體激振、轉子材料內摩擦阻尼等屬于自激振動(dòng)。通常亞異步不穩定振動(dòng)指自激振動(dòng)。

         

        在滑動(dòng)軸承的穩定性分析中已經(jīng)提到了油膜渦動(dòng)的概念,油膜振蕩即是轉子軸頸在油膜力作用下發(fā)生的一種共振渦動(dòng)。除了油膜力之外,轉子上還有其他的激振力,這些激振力的一個(gè)共同特征,是施加在與轉子位移相垂直的渦動(dòng)切向方向上,促進(jìn)轉子加劇渦動(dòng)運動(dòng)。轉子在受到這些力的作用后,一般情況下,由于系統存在阻尼,振動(dòng)并不會(huì )顯著(zhù)增大。但若激振力的頻率的接近轉子的自振頻率,就會(huì )引起共振渦動(dòng)。這時(shí),系統的阻尼力往往不足以克服激振力,轉子振幅將迅速擴大,強烈的振動(dòng)可能造成機器的損壞。

        發(fā)生亞異步不穩定振動(dòng)的轉子往往運行在它的一階臨界轉速之上,轉子的振動(dòng)一般具有突發(fā)性的特點(diǎn),與一定的速度、負荷或功率門(mén)檻值相聯(lián)系。當到達門(mén)檻值以后,猛烈的振動(dòng)隨之發(fā)生,要想繼續提高機器的轉速或負荷幾乎是不可能的,這種振動(dòng)稱(chēng)為共振渦動(dòng)。也有的稱(chēng)為分數頻率渦動(dòng),振動(dòng)往往在機器未達到額定負荷和額定轉速之前不暴露出來(lái),而到投產(chǎn)以后才發(fā)現這類(lèi)問(wèn)題。

        有些機器因為設計中考慮不周,帶來(lái)本身固有的毛病,屬于先天性穩定不足,當遇上環(huán)境條件的微小變化就會(huì )失去穩定。對這種機器進(jìn)行小修小改往往并不能解決問(wèn)題,必須從整體結構上改造。例如,提高轉子的剛性,改造軸承和密封結構,利用多種措施增加系統的阻尼等;提高共振渦動(dòng)門(mén)檻值,避開(kāi)共振渦動(dòng)。而另一些機器的不穩定則是由某種激振源引起的,消除了這種激振源,機器就恢復到穩定狀態(tài)。


        高參數(高速、高壓、高功率)機器的轉子共振渦動(dòng)問(wèn)題,曾引起國內外很多學(xué)者的重視,并進(jìn)行了大量研究工作,研究轉子的共振渦動(dòng)特性,得到的基本結論是:

        1一個(gè)平衡很好的轉子,開(kāi)始發(fā)生不穩定時(shí),需要有一個(gè)外部干擾。

        2發(fā)生共振渦動(dòng)的工作轉速總是在一階臨界轉速之上。

        3共振渦動(dòng)頻率與機器轉速高低無(wú)關(guān),總是保持為一個(gè)恒定值。

        4共振渦動(dòng)的門(mén)檻值在同一類(lèi)結構的機器中也會(huì )有很大差別。

        5在系統中增加阻尼,可提高共振渦動(dòng)門(mén)檻值。

        6提高轉子動(dòng)平衡精度并不能消除或衰減共振渦動(dòng)。


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