基于ANSYS的高温滚粒机转子的动力学及静强度分析

摘要

高温滚粒机是转杯法干式粒化高炉渣的一种设备，具有节约用水，环境污染小，结构简单，效率高的优点，可以有效回收渣粒显热。由于设备是在高转速及高温下工作，分析主轴转子的振动特性和转盘在热-结构应力下的强度问题，判断滚粒机是否安全可靠具有重要意义，这也对我国高炉渣粒化设备的设计制造及应用有着重要的理论意义和实用价值。
　　本文综述了转子动力学的研究现状和发展动态，介绍了高温滚粒机的工作原理，采用ANSYS软件的APDL命令对转子系统进行有限元模型建立和分析计算，动力学分析中考虑了转子的陀螺效应，对转盘进行了热-结构耦合强度分析。主要内容包括:
　　(1)对转子进行模态分析，提取前几阶固有频率和振型，通过CAMPBELL图得出考虑陀螺效应时转子的临界转速值，从而考察工作转速是否安全地避开共振区。
　　(2)计算转子系统的支承刚度、支承跨距和转盘重量等结构参数对临界转速的影响规律，为滚粒机的设计提供指导。
　　(3)对转子进行谐响应分析，幅频响应曲线可以直观地显示频域下转子对简谐激励的响应。
　　(4)计算转子的瞬态不平衡响应，并分析不同起动加速度对转子系统振幅和共振频率的影响，为设定转子系统的最佳起动时间提供参考。
　　(5)通过转盘的温度分布，了解耐火内衬的隔热性，计算得出转盘在热载荷和离心力下的应力分布，作为评价转盘强度的依据。
　　(6)对工作转盘进行优化分析，并重新计算了转子的临界转速和转盘的温度场分布，得出满足要求的转盘结构参数。

目录

声明

摘要

第1章 综述

1．1 课题的来源、背景和意义

1．2 转子动力学研究的主要内容和发展动态

1．2．1 临界转速

1．2．2 转子动平衡

1．2．3 滑动轴承油膜动力特性

1．2．4 转子系统的稳定性

1．2．5 阻尼减振支承

1．2．6 转子系统的状态监测和故障诊断

1．2．7 转子系统的非线性振动、分叉与混沌

1．2．8 转子系统振动与稳定性的主动控制技术

1．3 本文研究的目的和主要内容

第2章 有限元法、强度理论及动力学理论基础

2．1 有限单元法基本原理

2．2 强度理论

2．3 动力学分析理论基础

第3章 高温滚粒机转子的动力学特性计算

3．1 CAE技术和ANSYS软件简介

3．1．1 ANSYS在转子动力学中的应用概述

3．1．2 使用ANSYS软件进行模态分析

3．1．3 使用ANSYS软件进行谐响应分析

3．1．4 使用ANSYS软件进行瞬时动力学分析

3．2 立轴转子动力特性计算

3．2．1 单盘偏置转子的涡动、陀螺效应

3．2．2 滚粒机转子系统有限元模型的建立

3．2．3 模态计算结果与分析

3．2．4 立轴系统结构参数对临界转速的影响分析

3．2．5 滚粒机转子的稳态不平衡响应分析

3．2．6 滚粒机转子的瞬态不平衡响应分析

第4章 高温滚粒机转盘的静强度计算

4．1 滚粒机转盘的热-结构耦合分析

4．1．1 热能传递的三种基本方式

4．1．2 ANSYS热分析

4．1．3 滚粒机转盘有限元模型的建立

4．1．4 转盘的温度场分布

4．1．5 考虑耦合作用时转盘的应力分布

4．2 转盘偏载时的静强度分析

4．2．1 转盘承受偏心载荷时的有限元模型

4．2．2 偏心载荷下转盘分析结果与评价

第5章 转盘的优化设计

5．1 ANSYS优化设计

5．2 工作转盘的优化分析

5．2．1 问题描述及优化模型

5．2．2 转盘的优化结果及分析

5．3 重新计算转盘的温度场

5．4 重新计算转子系统的临界转速

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢