CN1077257A - 增稳抑振方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种可广泛应用于具有滑动轴承——转子系统 各类机械的增稳抑振方法及其装置，其特征在于，在 转子上设置一装置，当转子在某一限定转速以下运行 时，装置不产生不平衡量，转子保持原有的动平衡精 度，当转速超过限定转速以后，装置开始产生适当的 不平衡量，从而使得转子的不平衡量随着转速的升高 而增大，提高了转子系统的稳定性，抑制了油膜涡动 和油膜振荡，具有结构简单、实施方便、增稳抑振效果 显著的特点。

Description

本发明涉及一种增稳抑振方法及其装置，特别涉及一种抑制滑动轴承支承的转子系统（以下简称系统）中的油膜涡动和油膜振荡的方法和装置。

本发明可以广泛地应用于具有滑动轴承-转子系统的各类机械。

滑动轴承支承的转子系统在运行时，常常会遇到两种振动，即不平衡量引起的不平衡振动和油膜力引起的自激振荡。当转子低速运行时，过大的不平衡量会产生较大的不平衡振动，特别是在临界转速附近，这种振动是极其危险的。为了减小不平衡振动，常常采用的办法是使转子具有较高的动平衡精度。

当转子高速运行时（超过失稳转速），系统会发生油膜涡动和油膜振荡，这类振动一旦发生，往往会引起严重的事故甚至灾难性的后果。对转子系统所作的非线性振动计算和试验研究已经表明：转子高速运行时，适当的不平衡量可以有效地抑制低频振动，降低振幅，阻碍油膜涡动的发生，并且可以大大提高油膜振荡起始点。

由于上述两方面要求的矛盾性，特别是长期以来，人们对不平衡量增稳抑振特性的无知和忽视，而往往只注意到了不平衡量有害的一面。

为了提高转子系统的稳定性，抑制油膜涡动和油膜振荡，人们已经应用了如挤压油膜阻尼器和电磁轴承等装置，其中，挤压油膜阻尼器是通过增大支承的阻尼来实现增稳抑振目的的。而电磁轴承是通过控制的方式改变支承的刚度和阻尼或给转子施加控制力来达到同样的目的。由于这类装置结构上的复杂性和方法上的局限性，因而很难广泛地应用于各类具有转子系统的机械中。

此外，还有另一类抑制旋转体振动的装置，其特征在于装置随转子一起旋转，通过使旋转体保持平衡来实现抑振的目的。这类方法及装置对于减小不平衡响应特别是减小通过临界转速和在其附近运行时的不平衡振动无疑是有效的。如美国专利4295386就属于这一类，该发明通过装置的平衡油腔中液体在旋转时的流动来实现平衡旋转体的目的。然而，即使转子具有绝对的平衡，这对于油膜涡动和油膜振动也并不具有抑制效果。

本发明的目的是提供一种方法及其装置，用于抑制转子系统中的油膜涡动和油膜振荡。具有结构简单、实施方便、增稳抑振效果显著的特点。

本发明的特征在于在转子上施加一装置，该装置能够使转子的不平衡量随转速改变，当转子在某一限定转速以下运行时，装置不产生不平衡量，转子保持原有的动平衡精度，当转速超过限定转速以后，装置开始产生适当的不平衡量，从而使得转子的不平衡量随着转速的升高而增大，所谓限定转速是指装置开始产生不平衡量时所对应的转速，该转速应当接近系统的失稳转速，所谓适当的不平衡量是指装置产生的不平衡量要足够抑制转子系统中的低频振动，但又不能引起过大的工频（工作转速所对应的频率）振动。

当转子的工作转速超过系统的一阶临界转速以后，转子的不平衡离心力由于其相位的改变，因而具有自动定心的作用，转速越高这种效果越显著。另一方面，转子不平衡离心力对油膜涡动和油膜振荡有抑制作用，在适当的范围内，不平衡量越大，抑制效果越显著。产生这种效应的原因在于，高速时转子的不平衡离心力总是力图使转子的涡动频率与工频保持一致，这样也就阻碍了油膜涡动和油膜振荡这类低频振动的产生。此外，轴颈在轴承中以较高的频率涡动时，轴承产生的阻尼要比轴颈以低频涡动状态下大得多。由于不平衡离心力在高速时具有抑制低频、自动定心、和增大轴承阻尼的效果，因而利用转子的不平衡量实现增稳抑振的目的是可行的，理论计算和试验研究都已经表明，适当的不平衡量可以显著地抑制油膜涡动和油膜振荡而又不会引起过大的不平衡响应。

实现上述方法的一种装置，其特征在于，在系统的转子部分加一包含弹性滑块的轮盘，当转子低速运行时，弹性滑块的预紧力大于其离心力，滑块沿径向不能移动，因而，转子保持原有的动平衡精度，当转速超过限定转速后，弹性滑块的离心力将大于其预紧力，滑块沿径向移动到新的平衡位置，从而产生所需要的不平衡量。该装置主要由一个轮盘和置于轮盘内的具有一定预紧力的弹性滑块组成。弹性滑块沿径向置于轮盘内，通过端盖起支承固定作用，端盖通过联接销固定于轮盘上。当滑块沿径向处于初始位置时（即滑块靠预紧力沿径向固定时），整个装置的质心应当位于轮盘的旋转轴线上，该装置通过轮盘上的圆孔套装在转轴上与转子一起旋转。

本装置的另一实施例是，当转子本身具有轮盘时，直接将弹性滑块置于转子的轮盘内。

为了保证装置的初始质心位于旋转轴线上，装置的轮盘或转子上置有弹性滑块的轮盘需要将引起质量偏心的多余部分切除。这样，在旋转过程中，只要滑块沿径向不移动，装置就不会带来额外的不平衡量，滑块一旦沿径向移动，装置就会产生不平衡量。装置产生的不平衡量的大小与转速的关系由弹性元件的特性决定。

由此可见，与其它抑振方法和装置相比，本发明实施方便，结构简单，增稳抑振效果显著，在不改变转子、轴承及其基础结构的情况下，应用本发明可以大大提高转子系统油膜涡动和油膜振荡的起始点，因而本发明可以广泛地应用于各类具有滑动轴承-转子系统的机械中。

图1为本装置的装配图。

图2为本装置的A-A向局剖视图。

图3为本装置的实施应用图例。

图4为轮盘的轴测图。

图5为滑块的轴测图。

图6为端盖的轴测图。

图7为单个弹性元件的轴测图。

图8为弹性元件装配以后的轴测图。

图9为联接销轴测图。

下面，结合附图对本发明的装置的结构原理和工作原理作详细的说明。

本装置由一个轮盘（1）、滑块（2）、弹性元件（3）、固定端盖（4）和联接销（5）组成。轮盘（1）上的中心孔（6）供装置与转子（7）的轴套装时使用。在轮盘（1）的外圆周表面上设置一凹台（8），在凹台（8）的中部沿轮盘的径向配置有直径不等的两个圆孔，其中底部的小圆孔（10）供滑块（2）的定位及导向，大圆孔（9）内放置弹性元件（3），该圆孔的外部间隙配合一端盖（4）。在凹台（8）两侧的轮沿上钻有四个直径相同的圆孔（11），两对应圆孔的中心线同轴，这两对圆孔供装配联接销（5）用。在轮盘（1）上与凹台（8）相对的一侧沿轴向切去了一部分，形成了一小平台，这是为了保证装置的初始质心位于旋转轴线上。

滑块（2）的结构为两段直径不等的圆柱，其中直径较大的一端置于轮盘（1）上的小圆孔（10）中，该段圆柱与小圆孔（10）保持动配合，滑块（2）在自由状态下可在小圆孔（10）中沿径向自由滑动，滑块（2）上直径较小的圆柱部分套入弹性元件（3）的内孔供弹性元件（3）定位及导向，滑块（2）上的小圆台供弹性元件（3）起支承定位作用。在初始状态下，滑块（2）在弹性元件（3）的预紧力作用下位于轮盘（1）上的小圆孔（10）的底部。

弹性元件（3）通常为碟形弹簧或膜片弹簧，弹性元件（3）的一端支承在滑块（2）的圆台上，另一端支承在端盖（4）的外凸圆台上。在初始状态下，弹性元件（3）已经具有一定的预紧力，当装置的旋转速度超过限定转速后，滑块（2）及弹性元件（3）的离心力将大于弹性元件（3）的预紧力，因此，滑块（2）将沿径向向外移动，从而使弹性元件（3）产生较大的弹性力以达到与离心力平衡。滑块（2）沿径向移动以后，装置的质心将偏离其旋转轴线，这样就产生了不平衡量。在不同的转速下，装置产生的不平衡量由弹性元件（3）的特性决定。装置产生的不平衡量与转速的关系是根据不平衡量要足以抑制低频振动但又不能产生过大的不平衡响应这一原则确定的，弹性元件（3）的特性要基本上能保证这一关系的实现。

端盖（4）用于在轮盘（1）上支承固定弹性元件（3），弹性元件（3）的一端支承在端盖（4）的外凸圆台上，在外凸圆台的中部开有一直径大于滑块（2）的小圆柱直径的内孔，内孔的深度用于限制滑块（2）沿径向的最大移动距离，装置能够产生的极限不平衡量由该距离限定。在内孔中的小圆通孔是为了减小端盖（4）的质量而设置的。在端盖（4）的宽度方向上有两个直径相同的圆孔供装配联接销（5）用，这两个圆孔与联接销（5）保持过渡配合。端盖（4）的定位由其外凸圆台与轮盘（1）上的大圆孔（9）的配合关系以及端盖（4）的两个侧面与凹台（8）两侧轮沿的内侧表面的配合关系确定，为了便于装配，这几个面的配合关系采用动配合。

联接销（5）用于端盖（4）与轮盘（1）之间的联接紧固。联接销（5）与端盖（4）上的配合孔以及孔（11）采用过渡配合。

装置装配好后，须进行动平衡试验，装置在限定转速以下，其动平衡精度与转子的动平衡精度相同。

Claims (5)

1、增稳抑振方法，其特征在于，在转子上设置一装置，该装置能够使转子的不平衡量随转速改变，当转子在某一限定转速以下运行时，装置不产生不平衡量，转子保持原有的动平衡精度，当转速超过限定转速以后，装置开始产生适当不平衡量，从而使得转子的不平衡量随着转速的升高而增大。

2、根据权利要求1所述的增稳抑振方法，其特征在于，所产生的不平衡量足以抑制低频振动但又不引起过大的不平衡响应。

3、实现权利要求1所述方法的装置，包括一可与转子同轴配合的轮盘，其特征在于，轮盘内沿径向配置一弹性滑块，弹性滑块通过一端盖沿径向支承定位。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所说的弹性滑块包括一沿径向配置于轮盘内的滑块以及套装在滑块上的弹性元件。

5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所说的端盖通过联接销固定于轮盘上。

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