立式悬臂转子设备连续注排液式振动自愈系统

　　转子平衡是保证设备长期正常运转的关键,当振动过大时,设备将无法正常运转.立式悬臂转子对不平衡质量更加敏感,会产生严重振动.一个解决转子振动的主要办法是转子在线平衡,其关键部件是自动平衡装置.目前国内外主流平衡头有电磁式平衡头[1-2]和注液式平衡头[3].电磁式平衡头平衡效果好,但造价相对较高,不适合推广;而注液式平衡头存在工作一段时间后,腔内被液体充满而失去调节能力的问题.为改善注液式平衡头多次注液会失去平衡能力的缺点,利用液体“自衡”原理,设计连续注排液式平衡盘来控制转子振动[4].但是需要注意的是,由于液体会被排出平衡盘,因此其应用场合应允许液体排出.

　　1　超重力机振动自愈系统

　　超重力机是典型的立式悬臂转子设备.以超重力机为实验设备构建连续注排液式转子振动自愈系统,验证连续注排液式平衡盘的功能及优点.

　　1. 1　超重力机转子振动的特点

　　超重力机生产过程中,反应产物易附着在物料盘反应内壁上,长时间运行之后,沉淀物质量会逐渐增大,造成转子振动过大,特别是这些沉淀物积累到一定程度会脱落,引发强烈振动,而且造成转子的振动相位会发生突变.由此得知,以超重力机为代表的立式悬臂转子设备的转子振动的特点是振动的幅值和相位会发生不规律的变化.

　　1. 2　注排液式平衡盘的设计

　　实验室用超重力机是一台由于振动问题无法正常进行生产的设备,其结构如图1所示.其物料盘直径为450mm,据用户报告运行一段时间后会产生1000g左右的残留物质,因此最大可能产生225000g·mm的不平衡量.超重力机转子工作转速为1495 r/min,其一阶临界转速为3810 r/min,因此可以将此转子看为刚性转子.根据实验用超重力机的设计需求,设计平衡头为一直径400mm圆盘,分为3个中心对称的扇形储液室,只需对其中2个储液室进行注液,就可以调节任意角度的不平衡量.对于平衡盘的平衡能力,可以进行如下计算.对某一扇形夹角为θ,厚度为h的扇形空腔储液室,其中液体可产生的质量不平衡矢量U可通过积分算得,如图2所示.

　　对于半径在r~r+dr范围,角度在α~α+dα范围内(以扇形角θ平分线方向向外为0°)的一微元体积M,其质量为(rdα)drhρ,其不平衡量为(r1为液面所处位置的半径, r2为注液腔半径)范围内的储液室可产生的总不平衡量为

　　实验用平衡盘容积最小的一个腔的r2=188mm,r1=92.5mm,假设选择水为调节液体,计算得不平衡量|U|=263 467 g·mm,表明平衡盘容腔最小的腔注水后已经完全满足消除超重力机正常振动的需要.对于三腔平衡盘,相邻两腔所能产生的平衡合力为3|U|[5].因此,对于某些极端振动情况也可以有效地消除.