基于整体式弹性环阻尼支承的转子振动控制及管道减振研究

摘要

在航空航天、石油石化领域，现代旋转机械转子朝着高速、大功率的方向发展。对于工作转速在临界转速之上的柔性转子，转子在启停过程中过临界，或者受到其它激振力时，容易出现振动过大，甚至失稳。尤其对于航空发动机中的双转子结构，转子振动问题更加突出。另外石油化工设备及管道振动问题也一直是阻碍企业安全生产的重要因素。针对转子过临界振动和故障振动问题，本文设计了新型整体式弹性环挤压油膜阻尼器(Integral Elastic Ring Squeeze Film Damper简称IERSFD，又被称为整体式弹性环阻尼支承)和磁流变整体式弹性环挤压油膜阻尼器(Magnetorheological Integral Elastic Ring Squeeze Film Damper简称MIERSFD，又被称为磁流变整体式弹性环阻尼支承)。本文将IERSFD应用于Jeffcott转子及双转子支承，进行转子过临界振动控制的减振效果实验研究;将MIERSFD应用于四盘转子，进行基于NI控制的转子过临界振动抑制实验;同时进行了IERSFD抑制Jeffcott转子不对中故障的实验;实验对比了两种双转子动平衡方法;对圆孔阻尼密封抑制流体激振进行了实验分析;对粘滞阻尼技术应用于石化设备管道减振进行了研究。本文的主要研究内容如下:
　　(1)基于降低支承刚度，增加支承阻尼，降低转子过临界振动的原理，开发设计了整体式弹性环阻尼支承(IERSFD)和磁流变整体式弹性阻尼支承(MIERSFD)，构建减振力学模型，并用有限元软件计算分析影响IERSFD刚度的因素。
　　(2)搭建Jeffcott转子实验台，进行刚性支承和IERSFD做支承时转子过临界振动对比实验，研究IERSFD使用不同粘度阻尼液对转子过临界振动的影响规律，并进行IERSFD对转子不对中故障的抑制实验。
　　(3)搭建模拟航空发动机的涡轮高压压气机转子实验台，进行MIERSFD通入不同电流时，半主动控制转子过临界振动的实验。
　　(4)搭建双转子实验台，研究双转子振动特性，进行了双转子动平衡实验，研究不同平衡方法对转子过临界振动的影响;并将IERSFD应用于双转子，进行双转子过临界减振实验。
　　(5)对于圆孔阻尼密封应用于高速涡轮泵，抑制流体激振，进行了实验数据分析和总结。考察了新疆某煤化工企业，针对MTO煤基制烯烃装置中的急冷塔进塔管线振动问题，通过振动分析与减振模拟，设计了减振方案，实施方案后解决了振动问题。针对山东潍坊某石化企业的重交沥青装置中的换热器至闪蒸塔管线振动问题，提出了粘滞性阻尼减振方案，减振改造后，振动降低87％，效果明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源、研究目的及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究目的及意义

1．2 旋转机械转子振动控制概述

1．3 弹性支承与挤压油膜阻尼器的研究进展

1．3．1 挤压油膜阻尼器的起源发展

1．3．2 弹性支承及挤压油膜阻尼器的类型及特征

1．3．3 弹性阻尼支承的发展方向

1．4 双转子动平衡研究进展

1．4．1 转子动平衡研究概述

1．4．2 双转子动平衡研究概述

1．5 阻尼密封及石化管道振动研究概况

1．6 本文的主要研究内容

第二章 整体式弹性环阻尼支承结构设计及减振原理分析

2．1 引言

2．2 IERSFD下转子减振原理模型

2．2．1 考虑滚动轴承刚度为线性事IERSFD的减振原理模型

2．2．2 考虑滚动轴承刚度为非线性时IERSFD的动力特性及减振原理模型

2．3 影响IERSFD刚度的因素分析

2．3．1 不同弹性环厚度的IERSFD刚度比较分析

2．3．2 不同油膜间隙的IERSFD刚度比较分析

2．3．3 不同弹性环直径的IERSFD刚度比较分析

2．4 本章小结

第三章 整体式弹性环阻尼支承控制转子振动实验研究

3．1 引言

3．2 Jeffcott单盘转子实验台介绍

3．3 弹性阻尼支承控制单盘转子过临界振动的模拟

3．4 IERSFD对Jeffcott转子振动控制实验研究

3．4．1 阻尼液粘度对小质量盘转子振动影响规律的实验研究

3．4．2 阻尼液粘度对大质量盘转子振动影响规律的实验研究

3．5 IERSFD抑制单盘转子不对中故障的实验研究

3．5．1 右侧1号支承垫高1．0mm进行抑制转子不对中实验

3．5．2 左侧2号支承垫高1．4mm进行抑制转子不对中实验

3．7 本章小结

第四章 磁流变IERSFD控制多盘转子振动实验研究

4．1 引言

4．2 磁流变整体式弹性环阻尼支承介绍

4．3 模拟高压涡轮压气四盘转子实验台介绍

4．4 四盘转子过临界振动模拟计算

4．5 磁流变IERSFD对四盘转子过临界振动控制的实验研究

4．6 本章小结

第五章 双转子实验台结构设计及双转子减振研究

5．1 引言

5．2 带中介轴承的双转子实验台结构设计

5．2．1 发动机典型双转子结构介绍

5．2．2 双转子实验台结构简图及模态计算

5．2．3 带中介轴承的双转子实验台介绍

5．3 IERSFD抑制双转子振动的实验研究

5．3．1 IERSFD抑制低压压气转子过临界振动的实验研究

5．3．2 IERSFD抑制双转子过临界振动的实验研究

5．4 双转子动平衡实验研究

5．5 本章小结

第六章 石化设备管道减振技术应用及阻尼密封实验介绍

6．1 引言

6．2．1 管道传统减振技术特点

6．2．2 粘滞性阻尼减振技术的原理

6．2．3 粘滞性阻尼减振技术的特点

6．3 MTO联合装置急冷塔管道及其大型拉杆补偿器减振改造

6．3．1 急冷塔进塔管线及大型拉杆横向补偿器参数及振动情况

6．3．2 管道模态及热位移分析

6．3．3 管线振动原因分析

6．3．4 管道阻尼减振的有限元数值计算模拟

6．3．5 急冷塔进塔管线阻尼减振方案实施及减振效果

6．4 换热器至闪蒸塔管线减振改造

6．4．1 管线参数及振动情况

6．4．2 管线模态及振动原因分析

6．4．3 管道阻尼减振模拟优化计算

6．4．4 阻尼减振方案的实施及效果

6．5 涡轮泵阻尼密封实验分析

6．5．1 实验参数介绍

6．5．2 梳齿密封实验数据分析

6．5．3 圆孔阻尼密封实验数据分析

6．5．4 圆孔阻尼密封偏心实验数据分析

6．5．5 实验结果对比分析

6．6 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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