离心机的振动分析与减振装置的实验研究
离心机是通过离心力场分离液体中固体颗粒的高速旋转设备，在化工工业和核工业中有广泛的应用。传统的离心机结构通常将转子设计为刚性轴。但是，在一些核电工业中，离心机的转子常常采用柔性轴。柔性轴离心机结构的工作转速高于一阶临界转速，当离心机工作转速经过一阶临界转速时，可能会产生剧烈振动，导致离心机结构破坏。因此，减小离心机振动振幅，保障离心机平稳安全运行，具有重大的工程意义。 本论文从实验和数值模拟两方面对离心机不同结构转动组件进行研究，分析不同减振装置对其振动的影响，研究减小离心机振动的有效途径。 首先，论文对离心机不同转子结构进行了有限元谐响应分析，获得了转子的振动特性。研究表明，通过添加轴承等附件可减小离心机转予悬臂梁的长度，很好地控制离心机的振动振幅，达到减振效果;但是，柔性轴转子结构离心机无法添加轴承等附件，其一阶固有频率较低，转予振动强烈，需要添加阻尼器等减振装置来控制离心机的振动振幅。 其次，根据离心机的振动特性和减振装置的工作原理，选择出适合离心机振动特性的三种阻尼器进行实验。实验研究了三种阻尼器的抵抗载荷能力、耗能能力、稳定性和温度敏感性。实验结果表明:(1)缸式阻尼器KX-900的阻尼系数较大，抵抗载荷能力较强，但是阻尼力随频率变化较大，稳定性差;而筒式阻尼器BTA-900和MTA-900的阻尼系数较小，抵抗载荷能力较差，但阻尼力变化曲线较为光滑，性能更加稳定;(2)缸式阻尼器KX-900在低频率小振幅工况下具有较大的位移-阻尼力滞回曲线面积，具有较好的耗能能力，但随着振幅或者频率的增大，缸式阻尼器KX-900的耗能能力急速下降;而筒式阻尼器BTA-900和MTA-900的位移-阻尼力滞回曲线面积保持稳定，具有较好的耗能能力;(3)筒式阻尼器MTA-900和BTA-900在0℃时都具有较强的耗能能力，但是筒式阻尼器BTA-900的位移-阻尼力滞回曲线面积随温度升高急剧下降，耗能能力减弱，为温度不稳定型阻尼器;而阻尼器MTA-900的滞回曲线具有较好的饱和度，耗能能力稳定，为温度稳定型阻尼器。 同时，论文还选出了适合离心机振动特性的四种减振弹簧进行了实验，实验研究了四种减振弹簧的动、静刚度和耗能能力。实验发现:(1)四种弹簧的动刚度受振动频率的影响很小。在振幅不变的工况下，复合高顺丁橡胶弹簧B100的动刚度最大，复合橡胶弹簧B101动刚度最小，金属螺旋弹簧的动刚度基本没有变化;在频率不变的工况下，橡胶弹簧的动刚度随振幅的增大而相应的增加，其中B100的变化最为明显;金属螺旋弹簧A100的动刚度几乎保持常数，自身结构刚度稳定;(2)橡胶弹簧在小振幅下耗能能力趋近于0，振幅逐渐增大时橡胶弹簧逐渐具有一定的耗能能力，以橡胶弹簧B100消耗能量的能力最好。金属螺旋弹簧A100消耗能量的能力始终接近于0;(3)最适合离心机运行工况的减振弹簧为高顺丁复合橡胶弹簧B100。 最后，建立了安装减振装置前后离心机转动部件有限元模型，进行了有限元谐响应分析，得到了安装减振装置前后离心机的最大振幅，由此可以分析减振装置的减振效果。另外，论文还计算得到了离心机运行过程升降速时间曲线，为离心机确定升降速过程提供参考。
离心机;结构部件;振动特性;减振装置
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
李慧芳
2016
中文
TH113.1
112
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）