離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性及軸位移故障防治關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、離心壓縮機(jī)作為金屬冶煉、壓力供給、氣體輸送及分離等工業(yè)部門的核心設(shè)備，其轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性和軸位移故障關(guān)乎整套機(jī)組的可靠運(yùn)行和企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益?；瑒?dòng)軸承燒瓦或磨損是離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子失穩(wěn)及軸位移故障的直接體現(xiàn)之一，而高端滑動(dòng)軸承大多面臨重載、高速、極端溫度等苛刻工況，摩擦副表面接觸、摩擦、磨損和潤(rùn)滑狀態(tài)復(fù)雜。同時(shí)，以高效率和結(jié)構(gòu)緊湊為優(yōu)勢(shì)的整體齒輪式壓縮機(jī)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題日益凸顯，已制約著國(guó)產(chǎn)齒式離心壓縮機(jī)的發(fā)展與進(jìn)步，所以解決高速重載軸承的設(shè)計(jì)問(wèn)題

2、和解決軸承-轉(zhuǎn)子-齒輪耦合復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題迫在眉睫。
　　針對(duì)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性及軸位移故障防治問(wèn)題開(kāi)展研究具有很強(qiáng)的工程背景，本文主要圍繞著徑向振動(dòng)與軸向振動(dòng)所涉及的滑動(dòng)軸承性能和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行研究，通過(guò)結(jié)合理論分析和試驗(yàn)測(cè)試手段，揭示滑動(dòng)軸承的靜動(dòng)特性等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)機(jī)組運(yùn)行和轉(zhuǎn)子振動(dòng)的影響規(guī)律，并診治了相關(guān)的轉(zhuǎn)子失穩(wěn)及軸位移故障，為防治轉(zhuǎn)子失穩(wěn)和軸位移故障提供理論依據(jù)和試驗(yàn)驗(yàn)證。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、為提高

3、重載推力軸承性能的預(yù)測(cè)精度，建立了考慮潤(rùn)滑油粘溫效應(yīng)、湍流模型和離心慣性項(xiàng)的軸承熱彈流耦合動(dòng)力潤(rùn)滑性能計(jì)算的理論模型，并編寫(xiě)了推力滑動(dòng)軸承仿真分析程序，獲得在多物理場(chǎng)耦合作用下推力軸承的油膜厚度、壓力、溫度及軸瓦溫度和變形等，發(fā)現(xiàn)軸瓦的彈性變形不僅影響軸瓦溫度的預(yù)測(cè)，也關(guān)系著雷諾數(shù)的計(jì)算，若不考慮彈性變形，雷諾數(shù)偏小，不能及時(shí)預(yù)測(cè)到過(guò)渡流或湍流的發(fā)生。
　　2、針對(duì)離心壓縮機(jī)的軸位移故障防治問(wèn)題，提出了利用液壓激勵(lì)系統(tǒng)結(jié)合輔助變量

4、濾波算法辨識(shí)推力軸承靜動(dòng)特性參數(shù)的方法，設(shè)計(jì)了利用電動(dòng)油泵系統(tǒng)中的電磁比例溢流閥向推力軸承施加靜態(tài)和動(dòng)態(tài)軸向載荷的試驗(yàn)裝置，最大靜態(tài)載荷為20000N，測(cè)試了轉(zhuǎn)速和軸向載荷對(duì)軸瓦溫度的影響，并研究了軸向激勵(lì)大小和激勵(lì)頻率對(duì)軸向和徑向振動(dòng)的影響，不僅揭示了轉(zhuǎn)子軸向振動(dòng)與徑向振動(dòng)之間的耦合關(guān)系，還揭示了喘振造成軸位移振動(dòng)故障的機(jī)理。結(jié)果表明，隨著靜態(tài)軸向載荷的增加，軸瓦溫度、軸向剛度和阻尼系數(shù)也隨之增加。激勵(lì)幅值的增大會(huì)降低軸向剛度和阻尼系

5、數(shù)，從而影響推力軸承的承載能力。同時(shí)，發(fā)明了一種離心壓縮機(jī)軸位移故障自愈調(diào)控裝置，能夠智能調(diào)控軸位移，增加推力軸承的承載能力，降低軸瓦溫度。
　　3、為在設(shè)計(jì)階段對(duì)高速重載軸承性能進(jìn)行測(cè)試，開(kāi)發(fā)了基于電磁執(zhí)行器加載的徑向滑動(dòng)軸承性能試驗(yàn)方法，首次利用電磁執(zhí)行器模擬齒輪耦合-軸承復(fù)雜系統(tǒng)中齒輪嚙合造成的徑向軸承負(fù)荷變化，設(shè)計(jì)的徑向滑動(dòng)軸承性能試驗(yàn)臺(tái)的最高轉(zhuǎn)速達(dá)12000r/min，利用電磁執(zhí)行器加載的總軸承載荷為20000N，通過(guò)施

6、加不同軸承載荷大小和方向，對(duì)不同軸承間隙的滑動(dòng)軸承性能進(jìn)行測(cè)試，主要研究高速重載情況下軸瓦溫度和功率損耗隨轉(zhuǎn)速和載荷的變化情況。研究表明，除了轉(zhuǎn)速和負(fù)載大小外，軸承載荷角度對(duì)軸瓦溫度也有明顯的影響。與轉(zhuǎn)速對(duì)功率損耗的影響相比，軸承負(fù)載對(duì)功率損耗的影響相對(duì)較小。
　　4、針對(duì)整體齒輪式離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性問(wèn)題，在不同的載荷大小和載荷角度下，分析了徑向滑動(dòng)軸承剛度和阻尼系數(shù)的變化情況，并在此基礎(chǔ)上建立了軸承-轉(zhuǎn)子-齒輪耦合的四平行軸

7、系有限元模型，研究不同載荷下齒輪轉(zhuǎn)子耦合復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為和不平衡響應(yīng)規(guī)律，以及不同軸承結(jié)構(gòu)、載荷和交叉耦合剛度等因素對(duì)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響。分析指出，在整體齒輪式壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，要求軸承具有寬闊的穩(wěn)定操作范圍，保證在不同轉(zhuǎn)速和不同軸承載荷下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。在相同的交叉耦合剛度影響下，齒式壓縮機(jī)的高速軸比低速軸和中速軸更容易也更快地發(fā)生失穩(wěn)。
　　總之，研究離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性及軸位移故障防治關(guān)鍵技術(shù)，有助于齒輪軸系-軸承