[发明专利]旋转机械转子多频率成分振动自适应变阻尼变刚度减振器

说明书

技术领域

本发明是一种在旋转机械中使用的减振器，是一种阻尼减振装置，主要用于控制风机、压缩机、汽轮机等旋转机械的转子的振动问题，属于振动控制技术领域。

技术背景

近年来，压缩机、汽轮机、燃气轮机等旋转机械向着高转速、高负荷、高效率方向发展，随之带来的振动问题成为一个非常突出和棘手的问题。由于转子系统的振动大小是决定旋转机械产品性能可靠性的重要因素，因而如何减小转子系统的振动，提高转子寿命，保证机械设备安全可靠运行成为旋转机械的研究中亟待解决的重要环节。

旋转机械产生振动的原因有很多，主要是由于转子及其零部件存在不平衡量导致转子在旋转过程中产生振动，也包括过临界转速时转子由于变形而产生的振动。此外，造成旋转机械的振动还有其他一些方面：如联轴器对中不良，轴承系统故障，流体动力激振以及外界振源干扰等各种原因。工程实际中往往根据产生振动的各种原因，采取“对症下药”的手段来降低振幅，控制振动。然而，各种振动的性质和类型不同，产生的原因和机理不同，针对性的解决方法和手段以及所采取的措施也不尽相同，但是每一种方法一般都只针对某一类振动问题有效，或只能降低某一频率成分的振动，例如挤压油膜阻尼器可以降低转子过临界转速时的振动，但不能降低转子不对中产生的振动，而实际振动问题往往存在多种振动原因，如一倍频的转子不平衡与二倍频的不对中问题同时发生等。因而希望能够找到一种适用范围更加广泛的方法，即对单一的某种振动问题以及多种同时发生的振动问题都可以有效的起到减振的作用。

附加外阻尼以达到减振的目的是工程应用中一种十分有效的手段。阻尼器是一种提供运动阻力、耗散运动能量的装置，在航空航天、军工、车辆船舶、房屋建筑、道路桥梁、石化设备等诸多领域广泛用于吸能减振。目前用于旋转机械的阻尼器主要包括挤压油膜阻尼器（SFD）、电流（磁流）变液阻尼器等。

国内外学者对挤压油膜阻尼器进行了大量的实验研究，刘方杰在《挤压油膜阻尼器减振技术》中介绍了挤压油膜阻尼器的结构、工作原理及挤压油膜阻尼技术所取得的成就（机械制造1989年第12期第13～16页），夏南等在《对挤压油膜阻尼器轴承和选择机械转子——挤压油膜阻尼轴承系统动力特性研究的回顾与展望》中总结与回顾了挤压油膜阻尼器的研究历程，提出了存在的问题及未来研究方向（机械强度2002年第24卷第2期第216～224页），这些研究表明挤压油膜阻尼器能够有效的降低高速转子的振动，尤其是大大降低过临界转速时的振幅，并降低转子的临界转速，是目前旋转机械中应用最多的阻尼装置，广泛应用于压缩机、燃气轮机等各种旋转机械，已成为航空发动机的一种典型设计。同时挤压油膜阻尼器具有明显的缺陷：第一，设计不当或转子系统不平衡恶化将会大幅度增加油膜力的非线性，导致双稳态跳跃，锁死和非协调进动等十分有害的现象发生；第二，突发大不平衡量（如叶轮机械叶片断裂、掉叶片）时会造成挤压油膜阻尼器失效，不但无法减振，还会加剧转子的振动；第三，当转子处于非临界转速区时，挤压油膜阻尼器对振幅的降低不明显，其减振效果并不理想。