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罗茨风机数学模型_罗茨鼓风机

时间:2021-08-05 03:56  来源:锦工原创

罗茨风机数学模型:罗茨风机轴振动在线监测的检测点设置

  原标题:罗茨风机轴振动在线监测的检测点设置

  山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机,赢得了市场好评和认可。

  罗茨风机是大型旋转型工业设备,转轴是其核心部件,由于转速高,负荷大,是故障易发区。一旦发生故障,将危及设备和附近工作人员的安全,并造成罗茨鼓风机损毁及整个生产流程的中断,带来巨大的经济损失。

  振动是转轴故障的主要表现形式,在其故障发生初期,即可出现振动异常的情况。因此设置在线监测系统,对轴振动进行24小时监测,可及时发现故障,避免重大事故发生,减小事故危害性。

  要保证监测系统的正常、高效的工作,检测点的正确设置就显得非常重要。 选择最佳的测量点,并选用合适的测振动的传感器,才能够获取充足、可靠地设备运行状态信息,对转轴的运行状态进行正确判断。如果所得的检测信号不真实、不典型,或不能客观的、充分的显示设备的实际状态,那么整个监测系统的运行的可靠性将无法保证。

  2振动的特征和测量部位

  高炉罗茨风机是大型旋转型机械设备,它具有转速高、转速恒定、负荷相对平稳等特征,其转轴的振动具有以下特征:1.机组轴系只有两种转速,即低速轴系的电动机转速,和高速轴系的罗茨鼓风机转速,因此振动分析针对这两个轴系即可;2.罗茨风机是一种透平机械,它的工作介质为空气,正常工作时载荷平稳,因此正常工作状态下冲击振动较少;3.罗茨风机属于大功率设备,设备庞大,因此机组发生故障时,振动会表现出极强的非线性特征,一些振动故障用线性分析理论难于解释;4.罗茨风机振动受高炉工况影响较大,高炉工况波动较大时,会造成风机机组剧烈振动,甚至引发设备故障;5.由于工作转速在第一临界转速以上,当一些自激频率接近机组固有频率,会引起机组的自激振动。

  转轴的线性振动数学模型为:

  式中 k —— 整个支座的刚度系数,N/m;

  c —— 系统阻尼, N/(m/s);

  m —— 转子质量,kg。

  这是一个二阶常系数线性非齐次微分方程,其解由通解和特解两项组成,即:

  式中 (1)为通解,对应衰减自由振动。

  (2)为特解,对应稳态强迫振动。

  衰减自由振动随时间推移迅速消失,而强迫振动则不受阻尼影响,是一种振动频率和激振力同频的振动。

  风机机组的振动频率与转轴转动频率的关系十分密切,因此转动频率是设备故障诊断中很重要的一个参数。机组发生故障时,根据振动频率的高低,可以粗略地判断出故障的部位。

  能造成机组转轴振动失稳的因素很多,如动压轴承失稳、密封失稳、动静摩擦失稳等,失稳具有突发性,往往会带来严重危害。机组的稳定性在很大程度上决定于滑动轴承的刚度和阻尼。当系统具有正阻尼时,对振动具有抑制作用,振动会逐渐减弱;当系统具有负阻尼时,则具有激振作用;系统阻尼为零时,系统处于稳定临界状态。

  为保证尽早发现故障迹象,尽量避免故障停机造成的经济损失,必须正确选择测量部位,以获得客观、真实、充分的检测信息。

  通过对风机系统的构成,工作特性的分析,故障易发区及故障表现形式的分析,可将风机转轴、变速箱、电动机转自转轴确定为重点监测部位。

  3测量点的确定

  当设备发生故障时,其往往以一定的状态表现出来,而这些状态又包含在特定的信号中,对设备进行状态监测主要是通过获取这些信号然后进行分析,从而确定设备的故障。而要正确及时的获取这些信息,必须通过安装在测量点的传感器来完成,因此测量点选择的正确与否,传感器的选择是否合适,关系到能否对设备故障做出正确的诊断。

  确定测量点数量及方向时考虑了以下几方面:(1)应是设备振动的敏感点;(2)能对设备振动状态做出全面的描述;(3)应是离机械设备核心部位最近的关键点;(4)应是容易产生劣化现象的易损点;(5)不能对设备的原工作状态产生影响。

  经过对监测要求、设备结构、安装维修等方面的考虑,确定测量点分布如图所示,对于高炉罗茨风机组,可以在风机转子轴径部位安装电涡流传感器,测量转子的轴振动;在电机侧安装键相传感器,测量转速;在变速箱、主电动机的轴承座部位安装加速度传感器,测量这些部位的振动加速度。

  测轴振动是在一个平面内相互垂直的两个方向分别安装的两个涡流传感器,测转速的键相传感器也是涡流传感器,在电机的转轴上开出健相槽即可。

  温度、油压等相关工艺参数的测量,风机制造厂家在出厂前已经设计安装好,无需另外设置。

  涡流传感器选用美国本特利公司的3300 XL传感器(8mm 电涡流探头),加速度传感器选用美国PCB公司的产品,型号为608A11。将设备的振动信号检测出来后,经过抗干扰的延伸电缆,将信号传送至信号调理仪进行后续处理。

  4结论

  妥善设置各检测点,建立罗茨鼓风机在线监测系统,以达到监测设备运行,减少故障的目的。其所得各项数据信息,还可进一步传递到工控机,建立在线故障诊断系统,以达到了解设备的运行状态、预知故障、杜绝事故、延长设备运行周期、缩短维修时间、最大限度的发挥设备的生产潜力,节约成本的目的。

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罗茨风机数学模型:罗茨风机降低噪声的根本途径

  噪声的控制方法是尽力避免和减少噪声源产生的噪声辐射,即尽量减少脉冲力。通常各厂家所采用的噪声控制方法,不仅增加了投资,而且在风机运行过程中会由于消声器等的压力损失而造成能量损失,这对于节约能量是很不利的。因此,改进风机的气动设计、进行风机的最佳选择、采取合适的安装及运行方式是降低罗茨风机噪声的最根本的途径。锦工发现对于离心式和轴流式风机,从结构本身的改进来降低噪声的报道已有很多,并取得了较大的成效,但对罗茨风机的报道却很少见。为此,锦工风机科研人员对罗茨风机降低噪声的根本途径又作了一些深入研究。

  由上篇文章风机噪声产生的机理分析可知,当工作轮旋转时,叶片出口区内气流具有很大的不均匀性,这种不均匀性气流周期地作用于周围介质,产生压力脉动而形成噪声。且气流的不均匀性愈强,噪声愈大。将罗茨风机转子直叶叶轮改为扭叶叶轮,能改善排气的不均匀性,因而能降低噪声。

  把机壳内圆周面出风口做成与叶轮顶端素线成一定大小的夹角气流沿工作轮出口圆周方向的不均匀性,产生了随时间变化的压力脉动,反过来,它又影响叶轮中气流的脉动,产生噪声。把机壳内圆周面出风口做成与叶轮顶端素线成一定大小的夹角,能改善气流的不均匀性,从而降低罗茨风机的噪声。此方法对于二叶叶轮因几何尺寸大小会受到限制,而对于三叶叶轮则完全可以办到。

  将二叶叶轮改为三叶叶轮,增加了罗茨风机转子的头数,同样能改善风机排气的不均匀性,因此可以降低噪声。将二叶叶轮改为三叶叶轮,其关键是确定三叶叶轮渐开线叶轮的径距比(K=D/A,其中D为叶轮直径,A为两叶轮中心距)。经过改造后的罗茨风机具有气流脉动小、噪音低等优良性能,目前已为各罗茨鼓风机厂家所关注。

  罗茨风机的噪声不仅靠改进设计来控制,对于给定的任务,可以用优化风机型式和尺寸,以及合理安装和运行来降低风机的噪声。

  在实际管网系统中,为了保证低的噪声,应选择最佳的风机型式和尺寸,进行正确的安装,保持合理的运行。大多数风机的最小声功率和最佳效率与所对应的工况点是吻合的,这样,合理的风机选择无论从降噪还是从经济上都会得到收益;叶轮顶端圆周速度应尽可能地低;尽可能地保证风机进口处气流的均匀;风机与管网的匹配不仅要从气动的观点,而且也要从声学的观点来考虑;通过合理选择风机直径、速度及叶片数,使叶片通过频率噪声的辐射效率最小。

  风机的声功率级或A声级,随着流量和压力的增大而增大,安装时应尽量减少不必要的阻力损失。在流道中及叶轮前尽量避免障碍物产生的尾迹吸入到叶轮中而产生噪声。消声器的安装应与叶轮保持一定的安装距离,以避免对叶轮产生影响。

  由于多数风机是在变工况下运行的,风机的风量和风压都要根据管网的需要进行调节,因而调节方式应尽量采用变转速等产生附加噪声小的高效调节系统(如变频调速)。

  1、采用消声、隔声、吸声、隔振等方法,虽能取得一定的噪声综合治理成效,但只是从传播途径上采取了措施,增加了投资,对于节约能源也不利。

  2、为了使噪声得到更有效的控制,需从声源上根本解决问题,即选择最佳设计,提高制造精度和装配质量,选用合理的调节方式,并采取有效的减振措施,才能取得令人满意的降噪效果。

  3、将罗茨风机的叶轮做成扭叶叶轮、把机壳内圆周面出风口做成与叶轮顶端素线成一定大小的夹角以及将二叶叶轮改为三叶叶轮等,均可以降低罗茨风机的噪声。

  4、应继续进行罗茨风机噪声的理论研究,较精确地预估噪声级,在风机的气流和结构参数与气动噪声级之间建立起数学关系式。这样,就可在风机的设计阶段利用这些关系式,与气动计算一起进行寻找最小噪声和最佳气动性能的方案,从而在根本上降低风机本身的噪声。

  5、进行风机噪声的测量,建立起相应的数据库。利用这些数据库,产生经验性设计准则和预示风机噪声的数学模型,并估算风机的平均性能,从而在满足用户的流量、压力要求的情况下,从降低噪声的角度合理地选择风机。

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罗茨风机数学模型:罗茨鼓风机叶轮数学模型的建立

  罗茨鼓风机叶轮数学模型的建立 史庭足 (常州刘国钧高等职业技术学校,江苏常州 ) 摘 要:罗茨鼓风机叶轮的传统设计方法是图解法,这种方法误差较大,浪费时间,在加工过程中需要反复进行修改,而且叶轮运转时容易产生噪声,效率低。针对这一问题,根据啮合原理中求解共轭曲线的解析法来求解叶轮的共轭曲线并构建精确的数学模型,以缩短叶轮的设计时间,提高叶轮的设计效率和设计品质。 关键词:叶轮;数学模型;共轭曲线 中图分类号:TH432.1 文献标识码: A 文章编号:1001- 4462(2011)05- 0031- 03 EstablishmentofaMathematicModelofRootsBlowerImpellers SHI Ting-zu (ChangzhouLiuguojunHigherVocationalandTechnicalschool,ChangzhouJiangsu,China) Abstract:The traditional design method of Roots blower impeller is the diagrammatic method featuring a large margin of error, waste of time, repeated revision in the process, noise easily caused by designed impellers and lowefficiency. In viewof the problem, the conjugate curve ofimpellers is solved byusingthe analytical method intended for solvingconjugate curves to establish a precise mathematical model with the aim to simplify the design work of impellers and improve design efficiency and quality. Key words:impeller; mathematical model; conjugate curve 1 罗茨鼓风机简述 罗茨鼓风机被广泛应用于冶金、化工、电力等行业。作为罗茨鼓风机“心脏”的叶轮,其结构尺寸是否合理将直接影响到鼓风机的工作性能。随着工业的进一步发展,叶轮所扮演的角色越来越重要,对其需求量也越来越多,同时对其精度的要求也越来越高。 罗茨鼓风机属于容积回转鼓风机,其是利用叶形转子在气缸内作相对运动来实现压缩和输送气体的回转压缩机。靠转子轴端的同步叶轮可使两转子保持啮合,转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁形成工作容积,在转子回转过程中从吸气口带走气体,当移到排气口附近与排气口相连通的瞬间,因有较高压力的气体回流,这时工作容积中的压力会突然升高,然后将气体输送到排气通道。 罗茨鼓风机叶轮互错 90°相位安装,以相反方向同步转动。常见的叶轮形状见图 1,主要有圆弧线叶轮、渐开线 叶轮和摆线叶轮等,本文仅以渐开线叶轮为例进行介绍。 叶轮的传动角速比为定值,其接触面的接触曲线称为共轭曲线。本文根据齿轮啮合原理中求解共轭曲线的解析法来求解叶轮的共轭曲线,采用微分几何来推导共轭曲线方程式,建立用方程式表示的叶轮外形数学模型。 若进一步借助计算机软件配合叶轮分析技术来进 行各种状况的模拟和分析,可判断叶轮设计是否理想。收稿日期: 201

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