一种用于工业风机的动力吸振器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于工业风机的动力吸振器，有两类结构形式。第一类结构形式包括框架1、谐振质量块2、弹性元件3、阻尼元件4。第二类结构形式包括框架1、谐振质量块2、弹性元件3、阻尼场（比如流体或磁场）或摩擦阻尼。以上组成一个振动系统，谐振质量块2相对于框架1可在三个正交方向振动。谐振质量块2的质量m，以及弹性元件3的刚度系数k经过优化设计，使得谐振质量块2在三个方向上的固有频率等于风机主振动频率。当工业风机在运转中产生振动时，该振动通过固定连接传递到框架1，根据谐振原理，谐振质量块2将产生与风机主振动频率一致的振动，这个振动经过阻尼元件4或阻尼场进行能量转化，进而起到降低风机结构振动幅值的作用。进而起到降低风机结构振动幅值的作用。进而起到降低风机结构振动幅值的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于工业风机的动力吸振器


[0001]本专利技术涉及通用工业设备的振动消减系统领域，尤其涉及一种用于工业风机的动力吸振器。

技术介绍

[0002]工业风机在运转过程中会产生振动，振动的激振力来自于气流压力波动、零部件弹性形变、制造偏差等因素。这些因素在实际中是不可完全消除或避免的。
[0003]风机的振动会产生一些不利影响，例如噪音、结构疲劳、降低轴承使用寿命等。降低风机整体的振动值是风机制造中的关键要求之一。这需要在风机的设计以及制造工艺上不断改进，这些措施在降低振动的同时，也可能提高风机的成本。
[0004]从原理来讲，降低风机振动分为两条思路：降低振动的激振力，优化风机的振动响应。降低激振力主要是从包括叶轮在内的风机转子入手，提高制造精度以及增加转子刚度等。优化风机振动响应主要包括风机结构模态分析，提高结构刚度，增加阻尼等。风机的振动阻尼目前主要是靠安装在风机底座的减震器来实现。
[0005]本专利技术从风机阻尼的角度切入，引入振动力学中的谐振质量原理，通过在风机上安装谐振质量，将风机的振动传递到谐振质量上，然后对谐振质量施加阻尼，起到降低风机振动的效果。这种设计在学术上叫做动力吸振器（dynamic vibration damper），也叫动力阻尼器(dynamic damper)，在建筑土木工程领域又称调谐质量阻尼器（tuned mass damper,简称TMD）。这种设计在建筑结构以及机床中有应用，但在其余的工业设备领域罕见应用，尤其在工业风机中未见应用。
[0006]将该技术原理应用于工业风机需要针对工业风机的减振要求，对动力吸振器的结构和参数进行应用化的优化设计。

技术实现思路

[0007]为解决降低风机结构振动的问题，本专利技术提出了一种用于工业风机的动力吸振器，技术原理简要描述如下：本专利技术涉及的动力吸振器，有两类结构形式。第一类结构形式包括框架1、谐振质量块2、弹性元件3、阻尼元件4。框架1通过焊接或者螺栓等方式固定安装在工业风机结构主体上，在相互正交的三个方向上各具有两个弹性元件3和阻尼元件4，谐振质量块2通过弹性元件3和阻尼元件4跟框架1连接。其中阻尼元件4的两端均为球形铰链连接。采用六个等刚度圆柱螺旋弹簧以形成六个方向的谐振振动。
[0008]第二类结构形式包括框架1、谐振质量块2、弹性元件3、阻尼场（比如流体或磁场）或摩擦阻尼。框架1通过焊接或者螺栓等方式固定安装在工业风机结构主体上，在相互正交的三个方向上各具有两个弹性元件3，谐振质量块2通过弹性元件3跟框架1连接。其场阻尼的设计采用内部封闭空间填充机油或润滑脂的方式。其场阻尼的设计采用谐振质量块切割磁力线的电磁阻尼的方式。其摩擦阻尼的设计采用在空心谐振质量块内部不完全填充高密
度粉末，利用在振动中的非同步运动形成内部摩擦的摩擦阻尼方式。
[0009]以上组成一个振动系统，谐振质量块2相对于框架1可在三个正交方向振动。谐振质量块2的质量m，以及弹性元件3的刚度系数k经过优化设计，使得谐振质量块2在三个方向上的固有频率等于风机主振动频率。当工业风机在运转中产生振动时，该振动通过固定连接传递到框架1，根据谐振原理，谐振质量块2将产生与风机主振动频率一致的振动，这个振动经过阻尼元件4或阻尼场进行能量转化，进而起到降低风机结构振动幅值的作用。
[0010]一种用于工业风机的动力吸振器，其参数设计按照下式进行：其中：为动力吸振器的有阻尼谐振固有频率，为要消减的风机振动主要频率成分（通常情况下为风机稳定转速下的转动频率）。如图1所示的二自由度振动系统，幅值为F1的激振力施加于质量为M的结构上，M与地面通过弹性系数为k的弹性体和阻尼系数为c的阻尼相连接，质量为m
a
的结构通过弹性系数为k
a
的弹性体和阻尼系数为c
a
的阻尼与质量为M的结构体相连接，U1和U2分别为质量为M和m
a
的两个结构体的振动响应。
[0011]通过振动的微分方程求解得到U1的无阻尼解如下：可知，当满足如下关系式时，U1为零。
[0012]。
[0013]以上即本专利技术的技术原理。质量为M的结构体与幅值为F1的激振力、以及弹性系数为k的弹性体和阻尼系数为c的阻尼组成的系统可以代表风机本体，质量为m
a
的结构与弹性系数为k
a
的弹性体和阻尼系数为c
a
的阻尼组成的系统可以代表本专利所述的动力吸振器。
[0014]在运转正常无明显故障的情况下，风机本体振动的主要激振力来自于叶轮残余不平衡量。图2即一台转速为3000转/分钟（50Hz）的风机所测的振动速度频谱图，可见主要振动频率成分为50Hz。所以，可以针对该激振力所引起的振动进行动力吸振器的参数设计，以减弱或消除风机本体因为叶轮不平衡而引起的振动，以实现降低风机的整体振动。
[0015]附图说明：图1是二自由度振动系统示意图，也是本专利的原理性技术依据。
[0016]图2是实测一台风机的振动速度频谱，该风机转速为3000转/分钟，转换成频率为50Hz，测试结果显示改风机的振动主要成分也是在50Hz。
[0017]图3是工业风机整体振动六个方向的示意图。
[0018]图4是动力吸振器不安装阻尼元件，运用场阻尼或摩擦阻尼的设计结构示意图。
[0019]图5是动力吸振器安装伸缩阻尼元件的设计结构示意图。
[0020]其中，框架1、谐振质量块2、弹性元件3（3
‑
1到3
‑
6）、阻尼元件4（4
‑
1到4
‑
6）。
[0021]具体实施方式：风机在运转中，整体可以产生六个方向的振动，如图3所示，有X，Y，Z三个方向以及
分别绕X，Y，Z的旋转方向。
[0022]本专利技术设计的动力吸振器可以同时在六个方向上吸收风机的振动。通过X，Y，Z三个方向的六个弹性元件的连接，使得质量为m的谐振质量块可以在六个方向进行振动。具体如图4所示：1为框架，采用密封箱体结构。并与风机本体结构采用焊接或螺栓连接的方式进行固定。
[0023]2为谐振质量块，采用整体方形或其他形状的实心或空心结构。
[0024]3为弹性元件，采用6个等刚度圆柱螺旋弹簧（轴向刚度系数为k，横向刚度系数为k
’
），两端分别跟谐振质量块和框架进行固定连接。这样在X，Y，Z方向分别得到相等的等效刚度K
eq
，如下式：(其中，横向刚度系数
푘
′
由测试得到)对六个方向的阻尼的设计，也考虑到六个方向的阻尼作用并且保证谐振质量块m在六个方向的自由度。阻尼的设计有四种方案：阻尼设计方案一，安装阻尼元件，如图5所示，在三个方向上分别安装两个伸缩阻尼器。伸缩阻尼器的两端采用球形铰链连接的方式，以保证谐振质量块2在六个振动方向上的自由度。当谐振质量块2振动时，6个伸缩阻尼器不同程度的拉伸或收缩，产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于工业风机的动力吸振器，包括框架1、谐振质量块2、弹性元件3、伸缩阻尼元件4，其特征在于框架1通过焊接或者螺栓等方式固定安装在工业风机结构主体上，在相互正交的三个方向上各具有两个弹性元件3和伸缩阻尼元件4，谐振质量块2通过弹性元件和伸缩阻尼元件4跟框架1连接，伸缩阻尼元件4的两端均为球形铰链连接。2.一种用于工业风机的动力吸振器，，包括框架1、谐振质量块2、弹性元件3、阻尼场（流体或磁场）或摩擦阻尼，其特征在于框架1通过焊接或者螺栓等方式固定安装在工业风机结构主体上，在相互正交的三个方向上各具有两个弹性元件3，谐振质量块2通过弹性元件跟框架1连接。3.根据权利要求1所述的一种用于工业风机的动力吸振器，采用六个等刚度圆柱螺旋弹簧以形成六个方向的谐振振动。4.根据权利要求2所述的一种用于工业...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新武，宋合川，
申请(专利权)人：豪派福风机科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：