[发明专利]一种旋转机械转子变质量调频动力吸振器

说明书

技术领域

本发明属于一种在旋转机械中使用的转子动力吸振器，涉及机械转子振动控制领域，尤其涉及一种旋转机械转子变质量调频动力吸振器。

背景技术

转子系统的振动是制约旋转机械能否安全可靠运行关键问题，在研究旋转机械中，对于如何通过减少转子系统振动来提高转子寿命、保证机械设备安全稳定运行具有重要意义。调谐质量阻尼器（TMD）是一种结构简单、性能稳定的动力吸振器，鉴于其在工程应用方面易于实现等优点，在建筑结构、道路桥梁、交通工具（舰船、飞机、汽车）、工业机械等诸多领域应用非常广泛。TMD子系统的工作原理是：在振动系统（主振系）上附加一个子系统（吸振器），合理选择子系统的结构参数、动力特性以及与主系统的连接形式，使子系统与主系统的频率相一致并产生共振，振动能量从主系统转移到子系统，子系统受迫响应并反作用于主系统，通过改变主系统的振动状态达到减振目的。

如图1所示为调谐质量阻尼器运动方程简图，其运动方程为

Mx··+Kx+k(x-x1)=F]]>

式中，M为转子主系统质量；K为转子主系统刚度；m为TMD子系统质量；k为TMD子系统刚度；F为激振力；x为转子主系统的位移；x₁为TMD子系统的位移。

由于TMD子系统频率必须与主系统频率相同或非常接近才能起到减振作用，而旋转机械转子在整个运转过程中通常具有以下四种振动频率成分，以某压缩机基本级转子为例，一阶临界转速为4900r/min工作转速约为10800r/min，转子过临界时对应临界转速下的振动频率81.7Hz；正常工作转速下转子不平衡振动频率180Hz；轴系不对中振动造成工作转速二倍频360Hz；轴承油膜涡动引起的半频成分90Hz。转子系统主特征频率的变化就要求TMD系统必须适应不同转速下的频率调节，保持与转子系统频率一致从而发挥TMD减振的作用。转子主系统在临界转速区振动剧烈就需要TMD子系统对应主系统临界转速下的频率，发挥减振作用保证转子安全过临界；转子通过临界转速区后进入稳定工作阶段，就需要TMD子系统对应主系统工作转速下的频率发挥减振作用

目前TMD变频装置大多是通过刚度或阻尼变化来改变固有频率，通过质量变化调节频率的TMD装置较少。奇瑞汽车公司的一项专利（CN201747858）中其多个质量铁块用螺栓连接，通过质量铁块数量的变化实现频率变化，但需要停车人工操作，而旋转机械要求连续运行，从启车到达正常工作转速这段时间转子主特征频率由一阶临界转速下频率变化为工作转速下频率，若发生不对中现象或者油膜涡动，主特征频率还可能会变为工作转速频率的二倍或一半，因此就要求TMD具有在线自动调节的功能。液力多频动力吸振器（专利申请号201310163488.5），通过质量腔内水量的变化实现频率的在线自适应调节。但限于质量腔的体积大小和调频的范围限制，如上文所述的基本级转子从一阶临界转速频率81.7Hz变化为稳定工作转速频率180Hz，质量需改变4.85倍。若腔体直径不变宽度要扩大4.85倍，若宽度不变直径要扩大2.2倍，限于空间结构如此大容积的腔体难以实现安装，因此该吸振器无法大范围的频率调节。针对旋转机械转子工作过程中的主特征频率大范围变化特点，本发明提出一种旋转机械转子变质量调频动力吸振器，该吸振器通过改变质量调节方式，设计特有结构以节省空间，实现对目前旋转机械转子主特征频率大范围变化工况的振动控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转机械转子变质量调频动力吸振器，该吸振器由连接传递机构、质量调节机构和控制系统三部分组成，其中连接传递机构包括一个轴套和滚动轴承；质量调节机构包括弹簧组和质量块；控制系统包括实时信号采集分析系统和执行系统。本发明所述的变质量调频动力吸振器结构独特、可靠性高、性能稳定维修次数少，吸振器的安装位置灵活、适应性好，其控制系统优良易于实现主动控制。