旋转填充床结构设计及不平衡控制策略
旋转填充床是一种典型的过程强化设备。当旋转填充床工作时，转子高速旋转，气相与液相物料在转子内部的丝网填料中发生传质与反应，传质面积增大，传质效率提高;相比于传统的塔器，旋转填充床有着设备体积小、传质效率高的优点，在吸收、解吸和精馏等化工领域有着广泛应用前景。某些反应物和反应生成物中含有固体颗粒，极易黏附在转子内部的丝网填料上。由于黏附物分布不均匀，通常会导致转子质量不平衡而产生振动，引起转子传动轴频繁挤压轴承与轴封等部件，造成物料泄漏。众多研究人员利用转子动平衡技术尝试解决这一问题，然而却只能实现暂时的机械平衡，随着化学反应进行，不久又会产生新的转子不平衡质量。当转子因为填料发生颗粒黏附而产生不平衡振动时，现有技术还无法彻底消除不平衡质量的产生，因此，只能停车清洗转子填料。填料黏附质量不平衡引发的转子不平衡振动问题严重影响着旋转填充床长周期运转与工业化应用。 为了研究转子产生不平衡的黏附质量对旋转填充床运行的影响效应，实现旋转填充床的长周期稳定运转，首先，本文对旋转填充床结构设计方法进行了研究，以白云石制备轻质碳酸镁为目标工艺进行了旋转填充床结构设计;其次，对所设计的旋转填充床转子进行了不平衡响应分析，构建了转子不平衡响应预测模型与轴承寿命预测模型;最后，本文提出了一种多自由度磁悬浮球形转子超重力反应器及其相应的控制策略。本文主要内容如下:(1)以白云石碳化法制备轻质碳酸镁为目标工艺，进行了旋转填充床的结构设计。 (2)构建旋转填充床转子物理模型并进行不平衡响应分析。设计正交试验，研究了转子不平衡质量、不平衡质量分布位置、轴承刚度、轴承阻尼等因素对转子不平衡响应影响的主次关系。依据模拟实验结果，得出转子不平衡质量及其分布半径与转子振幅、轴承载荷等不平衡响应的耦合关系式，构建出转子不平衡响应的预测模型;根据轴承载荷与轴承寿命的关系构建了轴承寿命预测模型。 (3)提出了一种多自由度磁悬浮球形转子超重力反应器以及相应的电磁控制系统，通过电磁作用使得球形转子在反应器球形外壳中无接触悬浮和旋转，避免了运行过程中转子振动引发传动轴挤压破坏轴承与轴封的问题。 (4)研究了磁悬浮球形转子质量不平衡调控机制，当颗粒黏附在填料上导致质量分布不均时，通过控制球形转子多自由度旋转，将转子不平衡质量调回转子旋转轴线上以消除转子不平衡响应;构建了多自由度磁悬浮球形转子超重力反应器反应过程监测系统，可以监测转子不平衡量，当转子发生质量不平衡现象时进行转子不平衡调控。 本文进行了旋转填充床结构设计，并提出了一种多自由度磁悬浮球形转子超重力反应器及其控制方法，在一定程度上，可以避免转子黏附质量不平衡带来的设备振动损坏，保证了超重力反应器长周期稳定运行。
旋转填充床;结构设计;转子不平衡;控制策略
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
王峰
2021
中文
TQ051.25;TQ050.2
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）