[發明專利]一種旋轉機械轉子變質量調頻動力吸振器

有效

• 申請號: 201310487650.9
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103511554A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 何立東;張震坤;張炳康;黃秀金;王晨陽;王锎;高金吉
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: F16F15/14
• 分類號: F16F15/14;F16F15/121
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于一種在旋轉機械中使用的轉子動力吸振器，涉及機械轉子振動控制領域，尤其涉及一種旋轉機械轉子變質量調頻動力吸振器。

背景技術

轉子系統的振動是制約旋轉機械能否安全可靠運行關鍵問題，在研究旋轉機械中，對于如何通過減少轉子系統振動來提高轉子壽命、保證機械設備安全穩定運行具有重要意義。調諧質量阻尼器（TMD）是一種結構簡單、性能穩定的動力吸振器，鑒于其在工程應用方面易于實現等優點，在建筑結構、道路橋梁、交通工具（艦船、飛機、汽車）、工業機械等諸多領域應用非常廣泛。TMD子系統的工作原理是：在振動系統（主振系）上附加一個子系統（吸振器），合理選擇子系統的結構參數、動力特性以及與主系統的連接形式，使子系統與主系統的頻率相一致并產生共振，振動能量從主系統轉移到子系統，子系統受迫響應并反作用于主系統，通過改變主系統的振動狀態達到減振目的。

如圖1所示為調諧質量阻尼器運動方程簡圖，其運動方程為

Mx··+Kx+k(x-x1)=F]]>

式中，M為轉子主系統質量；K為轉子主系統剛度；m為TMD子系統質量；k為TMD子系統剛度；F為激振力；x為轉子主系統的位移；x₁為TMD子系統的位移。

由于TMD子系統頻率必須與主系統頻率相同或非常接近才能起到減振作用，而旋轉機械轉子在整個運轉過程中通常具有以下四種振動頻率成分，以某壓縮機基本級轉子為例，一階臨界轉速為4900r/min工作轉速約為10800r/min，轉子過臨界時對應臨界轉速下的振動頻率81.7Hz；正常工作轉速下轉子不平衡振動頻率180Hz；軸系不對中振動造成工作轉速二倍頻360Hz；軸承油膜渦動引起的半頻成分90Hz。轉子系統主特征頻率的變化就要求TMD系統必須適應不同轉速下的頻率調節，保持與轉子系統頻率一致從而發揮TMD減振的作用。轉子主系統在臨界轉速區振動劇烈就需要TMD子系統對應主系統臨界轉速下的頻率，發揮減振作用保證轉子安全過臨界；轉子通過臨界轉速區后進入穩定工作階段，就需要TMD子系統對應主系統工作轉速下的頻率發揮減振作用

目前TMD變頻裝置大多是通過剛度或阻尼變化來改變固有頻率，通過質量變化調節頻率的TMD裝置較少。奇瑞汽車公司的一項專利（CN201747858）中其多個質量鐵塊用螺栓連接，通過質量鐵塊數量的變化實現頻率變化，但需要停車人工操作，而旋轉機械要求連續運行，從啟車到達正常工作轉速這段時間轉子主特征頻率由一階臨界轉速下頻率變化為工作轉速下頻率，若發生不對中現象或者油膜渦動，主特征頻率還可能會變為工作轉速頻率的二倍或一半，因此就要求TMD具有在線自動調節的功能。液力多頻動力吸振器（專利申請號201310163488.5），通過質量腔內水量的變化實現頻率的在線自適應調節。但限于質量腔的體積大小和調頻的范圍限制，如上文所述的基本級轉子從一階臨界轉速頻率81.7Hz變化為穩定工作轉速頻率180Hz，質量需改變4.85倍。若腔體直徑不變寬度要擴大4.85倍，若寬度不變直徑要擴大2.2倍，限于空間結構如此大容積的腔體難以實現安裝，因此該吸振器無法大范圍的頻率調節。針對旋轉機械轉子工作過程中的主特征頻率大范圍變化特點，本發明提出一種旋轉機械轉子變質量調頻動力吸振器，該吸振器通過改變質量調節方式，設計特有結構以節省空間，實現對目前旋轉機械轉子主特征頻率大范圍變化工況的振動控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種旋轉機械轉子變質量調頻動力吸振器，該吸振器由連接傳遞機構、質量調節機構和控制系統三部分組成，其中連接傳遞機構包括一個軸套和滾動軸承；質量調節機構包括彈簧組和質量塊；控制系統包括實時信號采集分析系統和執行系統。本發明所述的變質量調頻動力吸振器結構獨特、可靠性高、性能穩定維修次數少，吸振器的安裝位置靈活、適應性好，其控制系統優良易于實現主動控制。