[發明專利]基于振動控制的超重力離心機滑動軸承設計方法

有效

• 申請號: 202110302302.4
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113145324B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 汪玉冰;邱冰靜;鄭建靖;凌道盛;謝海波;趙宇;蔣建群;陳云敏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B04B9/12
• 分類號: B04B9/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于振動控制的超重力離心機滑動軸承設計方法。通過超重力離心機導軸承在結構設計參數及軸承一定安裝間隙下的動態特性系數，獲得軸承的剛度及阻尼特性，通過轉子動力學仿真計算獲得超重力離心機吊籃內的振動特性，與機載裝置的振動需求進行對比并進一步優化，最終獲得在滑動軸承使用過程中保持結構參數不變，通過安裝間隙調整達到滿足機載裝置離心模擬試驗安全有效。本發明有利于解決現有超重力離心機采用滾動軸承時振動控制較為被動的問題，為超重力離心機或相似機械用滑動軸承的設計及使用提供了一種思路，對提升轉動軸系的振動水平具有一定的指導意義和實用價值。

技術領域

本發明屬于超重力離心機設計與運行技術領域的滑動軸承軸承設計方法，涉及一種基于滑動軸承設計及使用方法的超重力離心機運行質量調控優化方法，以有效控制超重力離心機振動控制。

背景技術

超重力離心機以其具有縮時、縮尺、縮時的效果在科學研究中得到了廣泛的應用，各國學者已利用機載裝置在超重力離心機上開展的超重力試驗在重大工程防災減災、深地深海資源開發、地下空間利用、新材料研制、地質過程研究、航空航天等領域中取得了許多具有深遠影響的科學突破和顯著的經濟設計效益。國內外超重力離心機發展趨勢為：大容量、高離心加速度、搭載的機載裝置類型多、機載裝置對超重力離心機的振動要求更極端。

超重力離心機的安全運行不僅體現在振動模態和臨界轉速方面，還體現在其振動特性上，由于機載裝置搭載在超重力離心機上進行離心試驗模擬，超重力離心機的振動特性將直接反饋至機載裝置上，其振動特性直接影響到離心模擬的試驗品質及有效性，如材料制備裝置使用的熔煉坩堝為脆性材料，在超重力離心機振動過大時會導致坩堝的破裂，嚴重時將引起安全事故。已有的超重力離心機由于容量不大、轉速不高，多采用滾動軸承結構，滾動軸承是標準件，在軸承的選用上面主要依據為載荷及轉速要求，其剛度因素在以往超重力離心機軸承選用時是鮮有考慮的，而軸承的剛度直接影響超重力離心機的動力穩定性及振動特性，因此已有超重力離心機振動的控制較為被動，只能通過控制超重力離心機上的不平衡力來控制，難以在本質上起到抑制振動達到提高試驗環境品質的效果。

隨著超重力離心機容量要求的增大，由于強度剛度等方面的安全性要求，新建超重力離心機的尺寸也隨之增大，導致設計軸系在尺寸、轉速及承載能力要求方面無法選擇到合適的滾動軸承型號，采用不受尺寸限制及具備更大承載能力的滑動軸承支承方式將成為一種趨勢，如CN109253872A號發明專利申請公開了一種高速土工超重力離心機，其中也提到為了適應土工超重力離心機高負載、高轉速的工況，將超重力離心機的中導及下導軸承采用液體動靜壓滑動軸承。相比于滾動軸承，滑動軸承具有一定的減震作用且多為定制設計，其支承剛度可控性較大，承載能力高，但承載能力與剛度之間存在一定的制約關系，通過合理的設計可實現較好的振動抑制效果，同時可通過安裝時的間隙調整進一步實現振動控制。目前跟超重力離心機相似的應用背景為水輪機，同樣為立式機組，采用滑動軸承支承結構，但其結構接近于盤式轉子，工作轉速、荷載相對較穩定，對于轉子振動的控制主要體現在主軸支承位置擺度幅值上，且轉子上無搭載實驗裝置，對轉子振動特性無特殊要求，而超重力離心機為臂式結構，機載裝置試驗需求的轉速變化范圍較大、產生的不平衡力亦是變量，對振動的要求也存在多樣性。水輪機的滑動軸承設計思路已經較為成熟，但直接用于超重力離心機的設計可能難以滿足機載裝置對轉子振動控制的要求。

掌握超重力離心機轉子在運行過程中的動力特性及關鍵部件的設計方法對整個機組的安全運行及試驗品質的提高具有重要作用。

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