基础振动（共4篇）
基础振动 篇1
引言
随着全球气候恶化和环境破坏的日益严重, 节能减排和发展新能源已成为一个世界上的共识。由世界气象组织的资料可知, 在太阳对地球辐射的能量中, 有将近3%的能量会转变为风能, 每年在全球范围内的风能总量将近3×109MW, 这些能量中可利用的能量也可达到2×107MW, 每年地球上可供开发利用的风能的总量也仅仅是这些能量的十分之一。风能资源极大程度地取决于地形, 大多处于大陆的收缩地带和沿海地区。我国的风力资源位列美国和俄罗斯之后, 即为世界第三。根据中国气象科学研究院的资料可以了解到, 中国的风能储量也十分丰富, 可达4000GW。
海洋环境不同于陆上, 风机桩基础处于半埋入状态, 桩基除受风力作用而产生的振动荷载作用以外, 还受到了浪、流等的冲击载荷, 其桩基振动无法避免。因此, 有必要对水平和竖向荷载耦合作用下部分埋入群桩的振动特性作进一步的研究。如果能将这一部分振动合理运用转化为电能, 则能大幅提高风机的发电效率, 使发电成本大幅降低。且由于部分振动能转化为电能, 也减少了振动能在桩基上累积形成的疲劳破坏。这必将推动风电的大力发展。
1振动发电背景
振动发电机主要有压电式、静电式和电磁式三种。电磁式微型发电机是通过电场将机械能转化为电能。分布在振动质量块的周围的线圈在固定磁体产生的磁场中, 根据法拉第定律, 由于通过绕组线圈的磁通量发生变化, 会产生电势差。但是这个电压值很小, 所以必须增大到可以被使用的能源。增大的方法包括增大磁场或增加绕组线圈的圈数。
1.1磁化环形永磁体振动发电装置
图1中的结构是《一种新型振动发电机装置及其建模与实验研究》中提出的振动发电装置, 主要由内圆筒、外圆筒、外侧线圈、内侧线圈和钕铁硼永磁体和空心轴六个部分组成。振动发电装置的圆柱型外圆筒上缠绕着外侧绕组, 管中放置着环形永磁体。共有三个环形永磁体用两个用词弹簧连接, 位于中部的环形永磁体, 由于受斥力作用位于上下两固定的环形永磁体之间, 永磁体中相对的两面具有相同的极性, 两端永磁体固定。在环形永磁体内侧的空心轴上也缠绕了一定匝数的线圈, 以便提高振动产生磁场能量的利用效率, 同时为了提高输出电压等级, 可以将内外线圈绕组串联。当受到外部的激振后, 中间的环形永磁体由于受到两端固定的环形永磁体的斥力的作用, 做往复的振动, 从而改变内外绕组线圈的磁通量, 从而产生电动势。
输出电压与功率的特性曲线如图2所示, 在电流为10.6m A, 电压为2.7V时, 最大有效输出功率为28.3m W[1]。
1.2悬臂式振动发电装置
永磁体振动发电技术不仅在汽车活塞, 人行道等较为宏观的振动中有所应用, 在微机电领域也得到广泛应用。通过将永磁体和感应线圈, 整流稳流等电能处理电路集成到微机电系统中, 通过外部的振动使集成电路中的线圈与永磁体产生相对和往复的运动, 从而产生感应电动势。但是由于微机电系统中的振动的振幅相对于其他领域要小很多, 从而产生的感应电动势也很小, 所以必须多采用一些特殊结构对振动的幅值进行放大, 比如悬臂梁结构。永磁振动发电机典型悬臂梁结构如图3所示。
永磁振动发电机悬臂梁的自然频率为3.5-4.5k Hz, 所用钕铁硼永磁体尺寸为8mm×8mm×8mm、剩磁为1.18T。线圈电阻为580Ω, 负载电阻为250Ω, 最大输出电压和功率分别为50m V和0.4μW[2]。
1.3内置式振动发电装置
另一种永磁体内置式振动发电机的结构如图4所示, 机构内部放置着圆柱形的永磁铁, 该永磁铁是主要的运动部件, 同时永磁体四周缠绕着电枢绕组, 绕组与发电机的外壁通过非导磁的零件连接。圆柱形永磁体与弹簧之间通过发电机外壳上固定着的非导磁弹簧座连接。该发电机振动发电的原理是:当外部的振动引起该发电机的振动时, 外部的振动将会由磁体4和弹簧5共同构成的拾振系统转变为永磁体在上下方向上的振动, 电枢绕组3与永磁体之间会在这个过程中产生位置的相对运动, 电枢绕组3会产生由切割磁感线引起的感应电动势, 通过电磁感应产生的电流由桥式整流和引线9传输到储存电能的设备或用电设备, 进而达到将机械能转变为电能的目的[3]。
2原理
考虑到海上风机的振动特性以及发电机是否适用于海上风机, 内置式振动发电机更加适用于通过海上风机的振动发电。应用永磁体与外壳的相对运动进行发电。永磁振动发电装置是指在外部机械振动过程中, 装置中的永磁体和感应线圈产生相对位移, 线圈在磁场中不断切割磁感线, 从而将机械能转化为电能。
基于桩基的机械振动, 永磁体和感应线圈之间产生相对位移, 感应线圈上会产生感应电动势这种设计模式是用拾振机构将线圈振子或永磁振子连接起来, 线圈会在外部振动的影响下反复切割磁感线, 通过线圈内部磁通量的变化产生电动势, 实现机械能到电能的转换。由于不同的磁体和线圈, 永磁体式振动发电装置输出功率一般在m W级以上, 有的甚至能达到k W级。
阻尼的大小可以运用次生阻尼和结构阻尼来调节。由于装置的尺寸有一定的限制, 装置所允许的最大位移也相应由一定的限制, 可以用ζ来调节装置所允许的最大位移。由相关公式可得到, 应将质量块的振幅以及振源的振幅和频率等都纳入考虑的范围。系统的品质因子会在外部作用的减速度较大的情况下随着阻尼的增加而减小, 进而该机构对于振动频率的灵敏度也会减小。容易忽视的一点是, 由于振动会在振幅过大的情况下产生非线性效应, 机构将不再轻易地持续出现共振。这将使得装置更加难以维持在共振状态。为了使装置振动发电的输出功率最大化, 以下几个方面值得注意:
(1) 所设计的振动发电机系统的结构特点应与环境中的振动特点相配。在设计一个新的振动发电机时, 应首要考虑该装置所处环境的振动特性, 如振幅、频率等。输出的功率反比于系统固有的角频率。所以, 在加速度的峰值随着频率减小或不变的情况下, 应设计合理的机构进而降低该机构工作时的固有频率, 同时也要满足机构的固有频率在振源频率的范围内的要求。
(2) 尽可能增大装置质量块的质量, 同时也满足装置要求的尺寸。
(3) 使ζ尽可能小, 同时也满足装置要求的尺寸。
3结束语
该装置通过接受桩基础振动, 采用永磁体内置式结构的电磁式发电机。将机械能转化为电能, 在一定程度上提高了海上风机的发电效率。对于清洁能源的利用、推广做出了贡献。
同时还存在一定的问题:
(1) 发电量较小, 有待进一步实验的进行, 对线圈、永磁体的尺寸进行调整、改进。提高输出电压、能量转化效率。
(2) 需要通过实验验证增加该装置后对风机桩基础强度、稳定性的影响。极其能量转化后对桩基础的保护效果。
(3) 如装置效率过低、在海上风机桩基础上收益较低, 可考虑将该装置投入到其他领域。例如, 地下通道置埋式振动发电、心脏起搏器微型电源等。
参考文献
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[3]成化彩, 张学义, 史立伟, 等.永磁体内置式微型振动发电机的研究[J].微电机, 2010, 45 (1) :16-25.
旋转设备基础振动故障诊断及处理 篇2
一、问题的提出
广东大鹏液化天然气有限公司一台海水增压卧式离心泵, 由额定转速为2939r/min的电机驱动, 其额定功率为37kW。该机组在投产运行4年后, 渐渐出现振动偏大超标的现象, 而且有升高的趋势。电机的振动较大, 振动总值最高达到了16mm/s, 泵的振动较小, 为4mm/s左右 (表1) 。为此, 对电机进行振动数据采集及频谱分析, 结果发现电机的水平和垂直方向频谱图上都出现了以1倍转速频率为主的振动频率 (图1) 。单从频谱图上看, 似乎为不平衡故障。但是有些故障如机体变形、基座松动、基础共振等, 也会出现以转速频率为主的振动频率。因此, 需要采取其他方法作进一步分析, 才能确定故障源。
mm/s
二、定向振动与不平衡振动故障的识别
定向振动与不平衡振动故障的特点见表2, 可从两个方面进行比较识别: (1) 同一轴承水平方向 (H) 与垂直方向 (V) 1倍频振幅的比值, 如果H/V接近3或者大于3, 则表明是定向振动问题, 如果H/V接近1, 即水平方向与垂直方向1倍频振幅比较接近, 则很可能是不平衡故障;从图1可以得知水平方向1倍频振幅是14.8mm/s, 垂直方向为5.5mm/s, 两者的比值接近3, 因此定向振动的可能性较大; (2) 相位差比较。同一轴承水平方向 (H) 与垂直方向 (V) 的相位差, 如果接近90°, 说明是不平衡问题, 如果相位差接近0°或180°, 说明是定向振动问题, 经过对电机的测量, 其同一轴承水平方向与垂直方向的相位差等于2.8°, 即接近0°。由此, 可以判断该离心泵的1倍频与不平衡振动无关, 而是属于定向振动问题。
三、查找定向振动故障的根源
确定了设备的振动偏大是属于定向振动问题后, 还需找到振动的真正根源, 才能有的放矢, 消除振动故障。为此, 测量了设备底脚及基座各连接点 (图2) 垂直方向振动值 (表3、表4) 。
从测量结果可以看出: (1) 在1～12连接点处, 同一连接点的设备底脚与机座底板的振动值很接近, 机座底板与工字梁基础的振动值也很接近, 说明它们之间的连接没有松动, 现场检查各地脚连接螺栓也没有发现松动现象, 因此, 松动问题可以排除; (2) 在测点13和14处, 机座底板与工字梁基础的振动值相差很大, 出现了突变, 说明它们之间接触不好, 有间隙; (3) 基础A侧的振动值较小, B侧的振动值比A侧的大得多, 特别是测点2、4、6、14四处的振动值尤其大, 说明机座底板与工字梁基础之间的间隙不均匀, B侧的比A侧的大。通过现场检查, 发现B侧工字梁基础有不同程度的下沉和变形现象, 其中测点13处较小, 测点14处最大, 该处的工字梁基础与混凝土基础之间的平垫铁出现松动, 工字梁没有得到有效的支撑, 出现了悬空情况, 而机座底板与工字梁之间由于没有螺栓连接, 故也因基础下沉而出现了间隙, 正是由于基础下沉, 导致测点14处的支撑刚性不足, 从而引起机座底板与设备一起振动。
四、处理措施及效果
根据基础振动偏大的原因, 采取了以下处理措施: (1) 在测点13和14处, 机座底板与工字梁基础之间增加了薄垫片, 消除了原先的间隙; (2) 在测点14处的工字梁基础与混凝土基础之间增加了一组斜垫铁, 确保支撑稳固到位。通过以上两项措施, 基础的刚性得到了增强, 调整后离心泵振动大的现象消失, 各测点的振动总值均下降到5mm/s以下, 效果十分明显 (表5) 。
mm/s
五、结论
通过以上机组振动分析诊断实例说明, 采用1倍转速频率在水平与垂直方向的振幅比值及相位分析方法, 可以较好地识别旋转设备的定向振动问题, 经过测量比较和分析设备基础、机座等各连接点的振动值, 就能准确地找到振动的故障根源, 有针对地采取处理措施来消除振动故障。
参考文献
基础振动 篇3
《机械振动基础》课程是我院面向机械类本科生开设的一门专业选修课, 本课程是为解决机械系统的振动问题提供必要的基础理论和方法的一门学科, 它综合应用高等数学、线性代数、信号分析、计算机技术等学科知识, 与工程实际问题有着紧密的联系[1,2]。
我院《机械振动基础》课程理论教学仅有30学时, 课程内容较多而且抽象难懂, 涉及到许多力学知识以及微分方程组与行列式和矩阵运算。由于我院三本学生较多, 先修的理论力学、材料力学和高等数学及线性代数等课程基础薄弱, 讲授过程中, 完全使学生的注意力陷入了复杂难懂的数学计算中, 而忽略了对本课程内容理论体系及重点、难点的把握, 尤其在多自由度系统的学习中, 随着自由度数目的增加, 微分方程数的增加, 导致学生对这门课程的理论学习很迷茫, 甚至逐渐丧失了学习的信心, 更别说能把这门课的知识转化为解决实际问题的能力了。由于师资力量、实验教学条件等多方面原因, 使教学质量和效果受到严重制约。在多年的教学实践中深深体会到采用常规的课堂、黑板的教学方法学生接受起来非常困难, 尽管在教学中也进行了多媒体课件和板书相结合的教学方法, 并收集了很多工程实例, 但是, 很难达到理想的教学效果。
基于课程的独特特点, 将从教学内容组织上、教学手段运用上、学生实践报告撰写上以及考核方式改革上采取一定的措施。采用Matlab/Simulink软件进行机械振动系统仿真, 以增加课程学习的趣味性, 最大限度地提高课程的教学效率和质量。不仅弥补了实验条件的不足, 还更好地培养了学生的专业兴趣和理论与工程实际相结合的能力。
二、教学改革的措施
针对以往“多媒体+板书、理论教学+课堂作业”的传统教学模式, 加上试验条件有限的因素, 使学生不能很好地理解机械振动的复杂概念和原理, 也不能很好地将机械振动理论与工程实际相结合。因此, 在《机械振动基础》课程教学中, 拟采取以下措施, 调动学生的学习积极性, 提高课堂教学效率和质量, 培养学生实践能力。
1. 精心组织教学内容。
在对各种振动系统进行讲授时, 要注重物理模型的简化、振动微分方程的建立过程和方法, 并对求解结果分析其振动特性以及求解结果在实际生产中的运用详细讲解, 而对数学模型的求解过程只讲求解思路和求解过程中的注意事项即可。既减少了数学计算在课堂的占用时间, 同时削弱了课程的枯燥乏味性。在讲授机械振动的基本概念、基本理论时, 简要介绍机械振动学的发展简史、机械振动的广泛应用以及与其他学科的交叉关系、有关历史事件和历史人物, 增强学生的学习兴趣。在分析振动系统特性时, 多结合工程实例, 并且多留课堂作业做练习, 增强学生的工程意识。同时, 也介绍一些振动理论的最新发展和最新应用, 使学生更多地了解机械振动理论和实际应用的前沿知识, 提高学生的创新和实践能力。课后, 让学生自己收集一些机械振动理论在工程中应用的例子, 并进行课内与课外的讨论, 使枯燥的理论与生动的实例相结合, 调动学生上课的积极性, 让学生们感到学有所用。
2. 采取更多的教学手段———引入MAT-LAB/Simulink仿真软件的仿真模拟。
MATLAB语言是一款将数据结构、编程特性以及图形界面完美地结合到一起的工程应用软件。MATLAB语言的核心就是矩阵和数组, 而机械振动分析中多自由度系统所建立的数学模型的求解正是需要矩阵进行计算。因此, 运用数学工具MATLAB, 可以使繁杂的数学运算变得简单, 可以使教师和学生把注意力更多地放在机械振动系统特性分析和实际应用上。
Simulink是用于MATLAB下建立系统框图和仿真的环境, 可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真, 它的建模范围广泛, 可以针对任何能用数学来描述的系统进行建模。它把Matlab的许多功能都设计成一个个直观的功能模块, 把需要的功能模块用连线连起来就可以实现需要的仿真功能了。
在课件制作过程中, 采用MATLAB/Simulink仿真语言对单自由度系统的无阻尼、有阻尼和受迫振动三种振动条件下建立微分方程和求解振动体的位移随时间的运动规律。通过Simulink中各种模块的建立, 用线连接各模块, 做好流程图, 设置好各模块的参数后, 再设置好系统环境变量, 点击运行, 通过示波器模块就可以模拟出振动体的物理量随时间变化关系图像曲线, 从而分析出系统特性。这个过程可以在课堂上进行, 不仅弥补了实验条件的不足, 更好地与工程实际相结合, 还可以为学生将来完成实践报告打下良好的学习基础。同时, 课件中增加色彩丰富的图片和生动的动画与视频以及大量的工程实例和练习, 使抽象、晦涩、复杂和呆板的专业理论内容变为具体、清晰、简单和生动的趣味教学, 从而最大限度地提高课程的教学效率和质量。
3. 安排学生撰写实践报告, 培养学生的创新精神和实践能力。
在《机械振动基础》教学中, 具体采取以下措施, 调动学生学习的积极性, 发挥学生的主观能动性, 培养学生合作精神、创新意识和实践能力。 (1) 让学生自发组成5~6人一组的学习小组。首先, 通过第二课堂指导学生学习Matlab/Simulink软件, 达到一定熟练程度后, 再对线性单自由度系统的无阻尼、有阻尼和受迫振动三种振动条件下进行数学模型的建立、求解和仿真模拟。这种以小组共同上机学习软件的过程, 不仅可以消除学生对本课程的迷茫, 使学生抓住了本课程的学习要点, 增加了学生学习的灵活性, 还可以更好地将振动理论与工程实际相结合。 (2) 振动理论在工程和生活中应用广泛, 在处理实际工程问题时, 必须根据所研究问题的实际情况, 抓住主要影响因素, 忽略次要影响因素, 把复杂的振动系统简化和抽象为合理的力学模型, 并对产生振动的力学模型即振动系统受力分析、建立数学模型、求解, 得出振动体的物理量 (如位移、速度和加速度) 随时间的变化规律。在Simulink环境中建好模型, 设定振动体的运动参数如:质量、刚度、阻尼、激振力、激振频率、运动演示最大时间等。根据设定的参数, 用图形窗口实时演示振动体的运动情况, 即模拟出振动体的物理量 (如位移、速度和加速度) 随时间的变化曲线。模拟结果与工程实际结构的运动情况作对比, 从而确定仿真研究方法的可信度。把小组分析研究的结果, 以实践报告的形式上交。通过两个步骤, 培养了学生合作的精神, 提高了实践能力。
4. 改进考核机制。
为了培养学生的综合能力及工程意识, 采用多种形式的考核方式代替过去以课堂作业和卷面考核为主的考核机制。考核分值的设置为:平时作业20分+实践报告20分+期末考试60分。平时作业一般为每个章节课后习题, 重点考查学生是否掌握课堂知识点。实践报告旨在激发学生的钻研精神, 培养学生理论联系实践的能力。期末考试的命题有客观性和主观性两种。客观性考题占60%, 题目覆盖面较广, 但难度和灵活性稍低, 旨在考查学生对基础知识的掌握程度, 主观性考题占40%, 题型为计算题, 涉及面广、难度大、灵活性高。
三、教学改革的初步成果
本次改革对象为机械设计专业和机械制造专业的本科生, 两届共13个班级。无论是在教学效果上, 还是学生素质培养上, 都有了很大进步。
1. 教学效果和质量显著提高。
由于在课堂教学中, 更新了教学内容体系, 使学生对明确了课程的要点、重点和难点, 能正确处理本课程与相关课程之间的衔接, 同时, 对机械振动最新研究成果有了初步认识。将MATLAB/Simulink仿真软件与振动分析相结合调动了学生的学习积极性, 活跃了课堂教学气氛, 从而最大限度地提高课程的教学效率和质量。卷面考试命题中主观题和客观题相结合, 使学生既注重了机械振动基本概念的掌握, 又注重了分析问题和解决问题能力的提高。通过新的考核机制, 使学生既注重了对机械振动基础概念的掌握, 又提高了学生理论联系实践的能力。期末成绩的优良率明显提高, 也避免了大量的不及格人数过多现象。
2. 学生实践能力明显增强。
让学生自发组成学习小组, 选择自己感兴趣的题目, 通过MATLAB/Simulink仿真软件实现理论与实践相结合的过程, 将模拟结果以实践报告的形式上交, 并计入考试成绩中。既培养了学生分析问题和解决问题的能力, 又培养了学生的合作精神和创新精神。
四、结论
本文针对学生普遍认为该课程抽象、枯燥、难学和教师普遍认为课时少、内容多、难教的现象, 通过教学内容体系的精心组织, 多媒体课件中增加色彩丰富的图片和生动的动画与视频以及大量的工程实例和练习, 运用MATLAB/Simulink仿真对单 (多) 自由度系统的仿真制作课件, 不仅弥补了实验条件的不足, 还调动了学生的学习积极性和增强了学生的工程意识。通过学生自由选题, 运用MATLAB/Simulink仿真软件, 分组完成实践报告, 培养了合作精神, 提高了实践能力。
摘要：对《机械振动基础》课程的教学内容体系、教学手段的运用和考核方式进行初步改革, 使枯燥、难学的课程变得生动、简单。将工程应用软件MATLAB/Simulink与振动理论相结合, 改善实验条件的不足, 提高教学质量。让学生运用MATLAB/Simulink仿真软件对实际工程结构进行仿真模拟完成实践报告, 培养学生理论联系实际的工程能力。
关键词：机械振动,教学内容,考核方式,实践
参考文献
[1]崔志琴, 景银萍.《机械振动学》课程教学改革初探[J].中北大学学报, 2005, (4) :86-87.
[2]郭荣, 张敏, 张立军, 等.《机械振动学》的教学内容、模式及考评方式改革探索[J].佳木斯教育学院学报, 2012, (9) :140-141.
基础振动 篇4
中速磨煤机是大型火力发电厂主厂房除氧煤仓间重要的辅助动力设备,其功能是将煤块破碎并磨成煤粉用于燃烧。中速磨煤机工作扰力会引起设备基础和主厂房振动,为了控制其振动大小,通常采用弹簧隔振基础。
中速磨煤机一般采用大块式刚性基础。弹簧隔振基础布置如图1所示,由基础上、下台板、弹簧隔振器组成。弹簧隔振器将基础上、下台板隔开。
设计人员在设计中速磨煤机基础时,一般只是简单的通过保证设备基础与磨煤机的质量比、调整磨煤机设备与基础中心重合来控制其振动大小[1]。这种简化的方法虽然是建立在长期的设计经验基础上的,但是却忽略了振动这种现象很多本质的问题,值得深思。另外,磨煤机与其设备基础之间存在复杂的动力相互作用,在设计中不仅要控制设备基础的振动位移,同时也要控制磨煤机自身的振动位移,这样才能充分保证中速磨煤机及其基础的振动安全性。本文基于动力相互作用,通过现场振动测试和有限元分析研究弹簧隔振基础中速磨煤机的振动特性。
1 振动测试
本文测试了河南省某火力发电厂两台中速磨煤机的振动反应。振动测试采用891—II型测振仪器、INV306型智能信号采集系统。根据弹簧隔振基础中速磨煤机的结构布置及数据的可测性,布置4个测点测试水平位移和加速度;布置2个测点测试竖向位移和加速度,如图2所示。水平测点1测试基础下台板或地面的振动,水平测点2测试基础上台板顶面的振动,水平测点3测试磨煤机本体中部的振动,水平测点4测试磨煤机本体顶部的振动。竖向测点1测试基础下台板或地面的振动,竖向测点2测试基础上台板顶面的振动。
中速磨煤机平稳工作后,测试其振动位移和加速度。振动物理量的最大值见表1所示。
2 振动安全性评估
根据我国《隔振设计规范》(GB50463—2008)[2]和《动力机器基础设计规范》[3]规定,中速磨煤机转速小于300 r/min,故振动容许位移为0.25 mm。3D磨煤机隔振基础顶面最大水平振动位移为0.418 23 mm,超出了规范容许值,不满足振动安全性要求。3D磨煤机弹簧隔振基础振动超限,可能是设备本体设计、制造及安装,基础设计与施工、弹簧隔振器调校、煤质不稳定等因素所致,需综合考虑[4]。
3A磨煤机设备本体最大水平振动位移为0.230 82 mm,3D磨煤机为1.444 08 mm。设备本体的振动位移限值缺乏相关规范的指导,因此很难对设备本体的振动安全性做出合理的评估。设备本体振动位移过大会导致磨煤机系统中的部分刚性连接疲劳破坏,密封性变差,从而会出现漏粉、粉尘污染,甚至影响磨煤机的正常使用。
现场测试发现,3D磨煤机设备漏煤粉现象较为严重,这主要是设备本体振动位移过大导致设备本体与煤粉管接口处密封不严造成的。
由于中速磨煤机为中低频振动,同时相关规定并不是很成熟,故建议在磨煤机设计时可以不将加速度作为设计振动控制指标。
3 有限元数值模拟
3.1 建模与模态分析
采用ANSYS®软件进行建模分析。通常情况下,设计人员仅建立中速磨煤机的基础平台模型,并将其工作扰力作为动荷载施加在模型上进行振动分析。为了合理反应中速磨煤机与其基础的动力相互作用,本文建立了中速磨煤机与基础的耦合振动模型,这样在有限元分析时可以同时获得设备本体的振动指标,便于设计参照。有限元整体模型如图3所示。
3.2 谐响应分析
进行中速磨煤机工作荷载作用下的谐响应分析,并与现场测试结果进行对比分析。谐响应计算中得到0～15Hz的振动幅值与频率曲线,可以涵盖磨煤机的工作转速[5]。在谐响应曲线上提取磨煤机稳定工作,即扰力频率为7Hz时的混凝土台板和磨煤机上不同标高处的位移值,见表3所示。各点的布置如图4所示。
建立磨煤机与基础耦合的有限元模型后,进行模态分析,计算结果如表2所示。
有限元计算结果与现场实测结果基本一致,这验证了有限元建模和谐响应分析的有效性。
3.3 减振参数分析
为了分析减小磨煤机及其基础振动的主要因素,分别进行了不同隔振器数量、不同基础台板与磨煤机质量比情况下模型的谐响应分析。隔振器的数量分为16、20、24、28、32、36六组,基础台板与磨煤机质量比分为1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0六组。分析结果表明,随着隔振器数量的增加,磨煤机—基础耦合体系基本自振频率逐渐增大;增加隔振器数量,体系的振动反应显著减小;隔振器从现有的24组增加到28组,振动位移大约可降低40%。设计时可以通过控制磨煤机隔振基础台板水平振动位移来确定隔振器的数量。基础台板与磨煤机质量比从2.5增加到3.0,基础台板顶面最大振动位移约减小16%。
4 结 论
火力发电厂弹簧隔振基础中速磨煤机设备本体的振动位移普遍较大,主要是因为在基础设计时没有考虑控制设备自身的振动位移,为此本文基于动力相互作用研究弹簧隔震基础中速磨煤机的振动特性。得到如下主要结论:
(1)弹簧隔振基础中速磨煤机设计时需要考虑设备本体的振动位移,建议建立磨煤机—基础耦合体系进行计算分析,并进行设计控制。
(2)采用有限元方法分析弹簧隔振中速磨煤机振动特性是可行的;通过模态分析和谐响应分析可以较准确地评估磨煤机与基础耦合体系的动力特性和在扰力作用下的振动位移,从而为磨煤机基础设计动力优化提供依据。
(3)适当增加隔振器的数量,可以显著减小基础台板顶面的振动位移;增加基础台板与磨煤机质量比,也可以有效减小基础台板顶面的振动位移。
摘要：基于结构与设备动力相互作用,现场测试弹簧隔振基础中速磨煤机的振动反应。根据测试结果评估了中速磨煤机的振动安全性。采用ANSYS程序建立有限元模型,进行模态分析和谐响应分析。测试结果与数值计算结果基本一致。分析了隔振器数量、基础台板与磨煤机质量比对其振动的影响。研究结果对中速磨煤机的减振设计能提供一定参考。
关键词：中速磨煤机,振动测试,谐响应分析,弹簧隔震基础
参考文献
[1]侯兴民,马小燕,吴汉生,田启强.动力机器基础振动与设计若干问题的讨论[J].地震工程与工程振动,2008,28(3):131-137.
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[3]GB50040-1996动力机器基础设计规范[S].
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