[發(fā)明專(zhuān)利]旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子自適應(yīng)連續(xù)移頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310726116.9
• 申請(qǐng)日: 2013-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103742591A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何立東;黃秀金;王锎;高金吉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F16F15/10
• 分類(lèi)號(hào): F16F15/10
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械中用的一種減振裝置，主要用于控制風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、汽輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子的振動(dòng)問(wèn)題，屬于振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子自適應(yīng)連續(xù)移頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。

技術(shù)背景

旋轉(zhuǎn)機(jī)械是工業(yè)部門(mén)中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械設(shè)備，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等，在航空航天、能源、石化等工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部件，其振動(dòng)是不可避免的。由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)大小是決定旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)品性能可靠性的重要因素，因而如何減小轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)，提高轉(zhuǎn)子壽命，保證機(jī)械設(shè)備安全可靠運(yùn)行成為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究中亟待解決的重要環(huán)節(jié)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生振動(dòng)的原因有很多，主要是由于轉(zhuǎn)子及其零部件存在不平衡量、動(dòng)靜件之間的碰摩、氣流激振、軸系不對(duì)中、軸承油膜渦動(dòng)等導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)，及過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子由于變形而產(chǎn)生的振動(dòng)。

調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（Tuned?Mass?Damper,簡(jiǎn)稱(chēng)TMD）,也被稱(chēng)為動(dòng)力吸振器,由輔助質(zhì)量、彈簧以及阻尼所組成,屬于抑制共振的一種應(yīng)用普遍的減振裝置。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，且易于實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、道路橋梁、交通工具（艦船、飛機(jī)、汽車(chē)）、工業(yè)機(jī)械等諸多領(lǐng)域。

TMD是以一個(gè)小的振動(dòng)系統(tǒng)作用于被控結(jié)構(gòu)，當(dāng)其自振頻率與被控結(jié)構(gòu)的某一階固有頻率或激振力一致時(shí)，其減振效果非常明顯。TMD的減振控制機(jī)理：當(dāng)主結(jié)構(gòu)在外激勵(lì)作用下產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)TMD系統(tǒng)一起振動(dòng)，TMD系統(tǒng)產(chǎn)生的慣性力反作用到主振系上，調(diào)諧這個(gè)慣性力，使其對(duì)主振系的振動(dòng)產(chǎn)生調(diào)諧作用，振動(dòng)能量從主系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到子系統(tǒng)，從而達(dá)到減少主振系振動(dòng)的目的。要想最大限度發(fā)揮TMD的減振作用，要求其固有頻率盡可能與主振系的自振頻率一致，否則TMD的減振效果就會(huì)降低，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中具有振動(dòng)頻率成分多樣且變化頻繁的特點(diǎn)。例如，某汽輪機(jī)組，工作轉(zhuǎn)速約為3000r/min，一階臨界轉(zhuǎn)速約為1800r/min，轉(zhuǎn)子過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)對(duì)應(yīng)臨界轉(zhuǎn)速下的頻率30Hz；轉(zhuǎn)子穩(wěn)定工作時(shí)振動(dòng)對(duì)應(yīng)工作轉(zhuǎn)速下的頻率50Hz；工作轉(zhuǎn)速下軸系不對(duì)中振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生2倍頻率100Hz振動(dòng)成分；軸承油膜渦動(dòng)引起的半頻成分25Hz；出現(xiàn)動(dòng)靜件碰摩引起其他2倍、3倍等高倍頻成分等。即使在穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速下工作，其轉(zhuǎn)速也并非嚴(yán)格固定不變，難以保證轉(zhuǎn)速始終維持3000r/min不變。以上種種造成轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻率的變化和波動(dòng)，因此就要求TMD系統(tǒng)的固有頻率必須能夠跟隨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻率的變化而相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，保持與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)頻率相一致，這樣才能避免減振效果因?yàn)榘l(fā)生失諧而急劇惡化。

現(xiàn)有TMD一般通過(guò)調(diào)整彈簧剛度或變化調(diào)諧質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整TMD固有頻率。目前用于靜止設(shè)備或結(jié)構(gòu)的TMD變頻裝置有以下幾種：機(jī)械移頻式動(dòng)力吸振器，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿改變兩彈性桿之間跨距從而改變調(diào)諧質(zhì)量子系統(tǒng)的剛度，實(shí)現(xiàn)頻率的變化，并申請(qǐng)專(zhuān)利（CN1978939A）；通過(guò)在彈簧端部設(shè)置剛度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)彈簧剛度實(shí)現(xiàn)TMD頻率的調(diào)整，并申請(qǐng)專(zhuān)利（200810082654.8）；專(zhuān)利（CN201747858）中將多個(gè)質(zhì)量鐵塊用螺栓連接，通過(guò)質(zhì)量鐵塊數(shù)量的變化實(shí)現(xiàn)頻率變化；由多套彈簧一質(zhì)量塊組成的敏感彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)，不同頻率下相應(yīng)的彈簧一質(zhì)量響應(yīng)，從而改變TMD頻率，但目前的TMD變頻裝置大多在離散頻率點(diǎn)上進(jìn)行調(diào)整，無(wú)法實(shí)現(xiàn)頻率的實(shí)時(shí)在線連續(xù)調(diào)控。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械中使用的TMD裝置主要有以下幾種：將TMD減振器應(yīng)用于紡織機(jī)械高速卷繞機(jī)，并申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利（CN202048137U），該減振器可以減少卷繞機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)筒管的振動(dòng)響應(yīng)，但只對(duì)應(yīng)工作轉(zhuǎn)速下的頻率有減振作用，不適應(yīng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的頻率變化；通過(guò)控制電磁力改變電磁懸浮動(dòng)力吸振器的剛度從而改變其頻率，以應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻率的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)軸系縱向振動(dòng)的控制，并申請(qǐng)專(zhuān)利（CN201078433Y）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子自適應(yīng)連續(xù)移頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子工作過(guò)程中頻率成分多樣且特征主頻的出現(xiàn)隨機(jī)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)在線實(shí)時(shí)連續(xù)調(diào)節(jié)剛度,使TMD子系統(tǒng)的頻率始終與轉(zhuǎn)子主系統(tǒng)頻率保持一致，以滿足目前旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子對(duì)多種頻率成分振動(dòng)期望形成連續(xù)實(shí)時(shí)抑振的需求。這種籠式結(jié)構(gòu)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器具有減振效果明顯、結(jié)構(gòu)緊湊、所需安裝空間小、可靠性高、剛度調(diào)整范圍大等突出優(yōu)點(diǎn)，可以克服TMD需要大剛度時(shí)難以使用彈簧的問(wèn)題。