臨界轉速對羅茨風機的影響

臨界轉速對羅茨風機的影響

山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，贏得了市場好評和認可。

羅茨風機是煉鐵機械中重要的設備。影響羅茨風機的最大因素就是羅茨風機的振動，造成羅茨鼓風機振動的原因是復雜的、多方面的，如：聯軸器異常引起的振動、羅茨風機葉輪不平衡引起振動、轉子的臨界轉速引起的振動、羅茨風機旋流失速和喘振引起的振動，其中一個重要的危害性最大的方面就是臨界轉速的問題。
1 羅茨風機臨界轉速的定義
轉動件轉子在運轉中都會發生振動，轉子的振幅隨轉速的增大而增大，到某一轉速時振幅達到最大值（也就是平常所說的共振），超過這一轉速后振幅隨轉速增大逐漸減少，且穩定于某一范圍內，這一轉子振幅最大的轉速稱為轉子的臨界轉速。這個轉速等于轉子的固有頻率，當轉速繼續增大，接近2倍固有頻率時振幅又會增大，當轉速等于2倍固有頻率時稱為二階（級）臨界轉速 ，依次類推有三階、四階…………
2 臨界轉速對羅茨風機羅茨風機的影響
以圖1所示的圓盤為例：由于加工的原因，轉子的質心與其幾何軸線心不完全重合，產生的偏心距 ，轉子質量為 ，以角速度 旋轉，產生的離心力為 ，使軸撓曲，圓盤處撓度為 。由力的平衡有：
由上式可知：
（1）若質量偏心 （理論而言），那么在一般轉速下，轉軸無撓度，y=0，即不發生彎曲。
（2）若質量偏心 ， 時（即轉子在臨界轉速下運轉）則：
此時可能
在這三種情況的無窮多個值中， 的機會只有一個。所以由此說明：在質量完全勻布而無質量偏心時即 時，轉子只有以 運轉時，轉子才會發生撓曲，即彎曲，而且y值有可能很大。
（3）當 時（即存在質量偏心時），若 ，則 值會很大，甚至當 時都會使y值很大。
（4）以上（2）、（3）說明，轉子不能在臨界轉速下工作，否則轉子會因彎曲過大而折斷。
（5）式（1-1）也說明，質量偏心距 的大小并不影響臨界轉速的數值，它們是互相獨立的二個參數。也就是說存不存在臨界轉速以及它的大小如何，與存不存在質量偏心距 無關。但是，偏心距 嚴重影響振幅y的大小。它說明加工和平衡都不好的轉子，由于其偏心距 過大，即使其工作轉速遠離臨界轉速，由于振幅y很大，轉子也會發生強烈的振動。反之，若加工和平衡都做得很好的轉子，只要保證工作轉速不等于臨界轉速，即使工作轉速很接近臨界轉速，轉子也能良好運轉。
3 臨界轉速的計算方法及特征
3.1 臨界轉速的計算方法
計算大型轉子支承系統臨界轉速最常用的數值方法為傳遞矩陣法。其要點是：先把轉子分成若干段，每段左右端4個截面參數（撓度、撓角、彎矩、剪力）之間的關系可用該段的傳遞矩陣描述。如此遞推，可得系統左右兩端面的截面參數間的總傳遞矩陣。再由邊界條件和固有振動時有非零解的條件，籍試湊法求得各階臨界轉速，并隨后求得相應的振型。傳遞矩陣法求解臨界轉速主要缺點：根據經驗或有關的計術資料選擇計算轉速，計算量大、比較盲目。現在專業的公司都使用專業的轉子動力學有限元分析軟件計算。如MADYN軟件。它是一款世界著名的大型專業轉子動力學分析軟件，具有強大的求解能力。本論文不做重點介紹。
3.2 臨界轉速特征：
（1）振動與轉速關系密切。當轉子的轉速接近臨界轉速時，振動迅速增大；當轉子達到臨界轉速時，振動達到一個最高峰值；越越過臨界點，振動迅速減小。如圖2所示。
（2）臨界轉速時振動的相位角（轉子質量中心偏心方向與撓度高點間的夾角）等于90°，轉速低于臨界轉速時該相位角小于90°，而當轉速高于臨界轉速時該相位角大于90°，而且臨界轉速附近相位角變化比較大。
4 影響臨界轉速的因素與對策
4.1影響臨界轉速的因素很多，主要有如下因素：
（1）轉子轉軸的形狀及材料的影響。
（2）轉軸做加減速的影響。
（3）葉輪回轉力矩的影響。
（4）軸系的臨界轉速和聯軸器的影響。
（5）支撐彈性的影響。
（6）系統部件的阻尼的影響。
（7）其它影響因素
系統所受的切向力、軸向力。系統的工作環境、溫度場系統的特殊結構形式，多支撐的互不同心等，這些影響因素在實際工程中影響很小，可忽略不計。
4.2臨界轉速的防治措施
通過研究影響臨界轉速的各個因素，可以實現對臨界轉速的調整，從而有目的地使工作轉速避開臨界轉速，達到防治共振災害的目的，使機械系統能夠穩定、安全運行。機械系統在臨界轉速下運行，會出現明顯的弓狀回旋，引起軸承、機座和整個機組的劇烈振動，嚴重時甚至造成事故。對這種臨界轉速下的共振現象必須采取防治措施。防止措施如下：
（1）合理設計：在設計階段，應對圖紙上的回轉體簡化出合適的力學模型，選擇適當的計算方法，求出滿足精度要求的臨界轉速數值，并與生產實際要求的工作轉速相對照。當回轉體的工作轉速和臨界轉速比較接近而工作轉速又不能變動時，可采取以下措施改變臨界轉速：①改變系統的剛度和質量分布。②合理地選取軸承和設計軸承座。③對于高速轉子要考慮油膜振蕩。④對于大型機組要考慮基礎剛度的影響。
（2）及時治理：當運行中發生強烈振蕩時，首先要檢查系統的彎曲變形、動力平衡和裝配質量等情況，測量振動的頻率，估算或較精確地計算臨界轉速。當確認振動是因為工作臺轉速和臨界轉速接近而引起的共振時，一般可采取以下措施：①在結構允許的條件下附加質量以改變臨界轉速。②改變軸承形式、改變軸承座剛度以改變臨界轉速。③采用阻尼減振器、動力減振器或其它減振措施。若機器只是啟動或停車過程中短時經過臨界轉速區，還可以安裝限制共振振幅的限幅裝置，以加強剛度或阻尼來防止共振危害。
5 結論
通過以上對羅茨風機的臨界轉速的分析，發現當羅茨鼓風機轉子發生臨界轉速時，對設備的危害是巨大的。因此，我們應當正確的分析臨界轉速，做出合理的防范措施，才能避免事故的發生，減少不應用的損失。

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