多级泵转子动力学分析.pdf
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- 多级 转子 动力学 分析
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用机械制造(CM
GM Manu/acture
多级張转子动力学分析
大连深蓝泵业有限公司(辽宁116031)杨永彬
摘要】基于有限元仿真平台,米用果单元和需要计算扭转振动的固冇频率和响应。本文主要执行
果中质量模拟多级泵转子、执行AP61011标准,利「APl610-1标准要求,完成了某多级泉的转子动力学分
用轴承支刚度,对某多级泵转子动力学特性进行教位「析, Campbell图示该泉转了完全满足设计和运行要
模拟,并进一步考虑了ロ环
Cambell图显示该泵转子完全满足设计和运行要求,同到损害
时保证了对数减和故大系数在合理的区间,表明转子
的振动问题并未受到损害,为产品设计提供了理论支
二、力学模型
转子临界转速计算需要考虑轴、叶轮、电动机、
【关键词】离心泵特子动カ学密封刚叶轮口环和付蚕削隙、轴承支撵等劇度、尼和质最因
度 Campbell图临界转遠
素。转了动力学计算时将转了划分为梁单元,采用集中
质量单元考虑叶轮、诱导轮、电动机转子的质量和转动
前言
贯量。采用弹簣单元模拟密財和承的支撑作用,转了
在传统的转子动力学中、计算分析的主要内容是部件二維几何模型、二三維实体模型、计算模型(转子部
关j转子弯曲振动的临界转速、不平衡响应和稳定性,件质量分布模利)分別如图1-?3所示。
有吋还要各种激励下例瞬态响应计算,有限转子系统
图1二维几何模型
下轴承2.诱导轮3.首级叶轮4次级叶轮5.末级叶轮6.中轴承7.电动机转子8.上轴承
图2几何模型(转子部件三维实体模型
图3计算模型(转子部件质量分布模型
C通用
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万方数括
CM迈历机械造
GM Manufacture
三、分析参数
四、转子动力学计算
1.转子部件材料的物理性能
1.转子干态临界转速计算
询《ASME锅炉及压力谷器规范》和参考
分別考虑轴承简化为刚性支撑和刚度系数表征的
API610-11,得到转子部材料件的物理性能,见表1。
弾性支撑两种情况,电动机转子的电磁力作用,不考虑
表1材料物理特性
叶轮、间隙等部位的流体作州力的影响,计算转子例下
态模态,计算结果参见表3,劇性撑情况下模态振型
部件材料
弾模量Z
泊松比
密度p/
g/1
如图4和图5所示。
表3泵转子于态固有频率
轴15-5PH
7750
计算项支撵情况
阶周有频率一阶固有频率
诱导轮「A96061T6
轴承刚性攴撑
83.008
115.92
千态
叶轮A03560-T6
2680
承婵性支撑
80.04
101.11
也动机转
硅钢+铝合金
20)1
0).3
74(00)
2.轴承支撑刚度
采用SKF标准轴承,6318:轴承支撑度Kx=Ky
2.2x10N/m;6311:轴承攴撑劇度KxX=K=1.0x105N/
m;滚动轴承,忽略交又度和出尼的影响
3.电动机刚度
山于电动机转子部分结构较长,将共分成5个节
点提供磁均拉力,每个节点施加的等效弾簧度为
226.8N/mm。
图4刚性支撑一阶模态
4.叶轮和电动机转子等效质量
將叶轮、诱导轮、也动机转子砳作集中质量,考
虑部件质量、转动惯量,电动机转子部分将其等分为5
份,计算每一部分的笭效质品和转动惯品,结果见表
表2转动部件质量等效参数
计算项
质量
/(ks mm)/(kgmm)/(kg mm)
kg
诱导轮
4948.2
4948.2
454.9
1.800
首级叶発「268810268804518405.731
次级叶轮24026024026.04135105565
图5刚性支撑二阶模态
2.转子“湿态”临界转速计算
末级?轮4157704157
考虑轴承简刚度系数表征的弹性支撑,电动机转子
1/5地动机
的电磁力作用、密封间隙动力特性对转子的作用和计算
175143.2175143.21315379,529.683
转子的湿态模态,计算结果见表4,倍隙2930 r/min
注:x、y为转动部件的径向,z为转动部件的轴向
工况下的模态振型如图6和图7所示。
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表4泵转子“湿态”固有频率
转速阶固有二阶固有-阶阻尼
临界转速
计算项日河隙;( r/mn)频率Hz「频率Hzt/
运转线
阶临界转速
100082.123「100.580.21
倍间隙(湿态
阶临界转速-2
1475
84.3.3
99.6710.253
倍间隙(湿态
倍运
二阶临界转速-1
倍间隙(湿态)
29308701310309(033
阶临界转速-2
倍间隙(湿态)
5000
90.829136.250.028
一阶临界转速一限
性支撑(干态)
“湿态”
阶临界转速一弹
100081.134101.270.108
阶临界转速一刚
性支撑(于态)
系工作转速
阶临界转速一弹
2倍运转
147582.334101.440.124
性支撑(干态)
29.3085.1
103720.046
转速n1000( r/min)
500089.946120.640.040
图8典型的转子动力学 Campbell图
2930r/min,1倍运车转间隙情况下,“湿态”阶临界车转
速为5221r/min,二阶临界转速为6185r/min,均大于⊥
作转速2930r/min,且有87.0%以上的安全?隔范制,同
时转子的刚性进一步増强,满足运行要求。
3)根据 Campbell1图可知,转了在其他转速或者随
着运转,1环间隙有所磨损放大,转了的“混念”临界
转速依然和工作转速有大丁20%以上的安全间隔范围,
满足运行要求。
4)转子动力学评佔以出尼对安个回隔范制的变化
关系为基础,通过计算“温态”模态,得H各种转速和
不同间隙情况下的阻尼比ミ,均大于API610-11"关于
国6转子“湿态”一阶模态。图7转子“湿态”二阶模む。』率比-阻尼比曲线対ば的最低要求,这就保证了対数
衰减和放大系数住合理的区间,表明转了的振动词题并
未受到损窑
五、 Campbell图
综上所述,泵转子动力特性满足设计和运行要
根拼仿真计算数拼,形成该泵的典型 Campbelll,求
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