【教学课件】第四章过程机器的安全可靠性.ppt

第四章第四章 过程机器的安全可靠性过程机器的安全可靠性4.1 4.1 高速转子轴的临界转速高速转子轴的临界转速4.2 4.2 机器的振动与隔振机器的振动与隔振4.3 4.3 高速转盘与转鼓的强度高速转盘与转鼓的强度4.4 4.4 机器的故障诊断机器的故障诊断4.5 4.5 流体密封技术流体密封技术14.1 4.1 高速转子轴的临界转速高速转子轴的临界转速 一、临界转速的概念一、临界转速的概念 高速回转机械的转子轴系，其轴心与高速回转机械的转子轴系，其轴心与质心不可能完全重合，总有一定的偏心距质心不可能完全重合，总有一定的偏心距存在。当机器运转时，整个系统会受到周存在。当机器运转时，整个系统会受到周期性的离心力干扰而发生振动。期性的离心力干扰而发生振动。如果离心干扰力的频率与转子轴系的如果离心干扰力的频率与转子轴系的固有频率相等时，系统就会发生共振，此固有频率相等时，系统就会发生共振，此时的转速称为轴的时的转速称为轴的临界转速临界转速。24.1 4.1 高速转子轴的临界转速高速转子轴的临界转速 一、临界转速的概念一、临界转速的概念 转轴的临界转速不止一个，与系统的转轴的临界转速不止一个，与系统的自由度数目有关。如果忽略轴本身的质量自由度数目有关。如果忽略轴本身的质量而把转子转化为集中载荷时，自由度数目而把转子转化为集中载荷时，自由度数目与转子数量相同；当轴的质量远大于转子与转子数量相同；当轴的质量远大于转子的质量或是一根不带转子的光轴时，理论的质量或是一根不带转子的光轴时，理论上有无穷多个临界转速。上有无穷多个临界转速。临界转速中数值最小的为一阶临界转速临界转速中数值最小的为一阶临界转速，依次类推。，依次类推。34.1 4.1 高速转子轴的临界转速高速转子轴的临界转速 二、临界转速的求解二、临界转速的求解 临界转速的大小与轴的直径、长度、临界转速的大小与轴的直径、长度、材质、支承形式，以及转子的质量、形状材质、支承形式，以及转子的质量、形状和在轴上的位置等因数有关。和在轴上的位置等因数有关。临界转速的求解方法很多，有特征值临界转速的求解方法很多，有特征值法，影响系数法等。现在已有专用程序计法，影响系数法等。现在已有专用程序计算。算。44.1 4.1 高速转子轴的临界转速高速转子轴的临界转速 三、刚性轴和挠性轴三、刚性轴和挠性轴 刚性轴刚性轴是指轴的转速处于一阶临界转是指轴的转速处于一阶临界转速之下；速之下；挠性轴挠性轴是指轴的转速高于一阶临是指轴的转速高于一阶临界转速。界转速。设计轴的转速时，一般要求：设计轴的转速时，一般要求：54.2 4.2 机器的振动与隔振机器的振动与隔振 一、隔振的基本原理一、隔振的基本原理 机器由于有未被平衡的惯性力及力矩，机器由于有未被平衡的惯性力及力矩，不可避免地会引起振动，振动会传递给基础不可避免地会引起振动，振动会传递给基础及相连接的装置，造成基础的破坏和振动。及相连接的装置，造成基础的破坏和振动。隔振装置的基本原理就是在机器与基础隔振装置的基本原理就是在机器与基础之间安装一弹性装置，通过合理地设计隔振之间安装一弹性装置，通过合理地设计隔振器，减弱机器传给基础的干扰力。器，减弱机器传给基础的干扰力。隔振措施：采用软弹簧隔振措施：采用软弹簧减小系统刚度、减小系统刚度、增大机器质量、改变隔振器尺寸增大机器质量、改变隔振器尺寸等。等。64.2 4.2 机器的振动与隔振机器的振动与隔振 二、隔振器二、隔振器 隔振器由弹性元件构成，有橡胶隔振隔振器由弹性元件构成，有橡胶隔振器、弹簧隔振器和组合型隔振器。器、弹簧隔振器和组合型隔振器。74.3 4.3 高速转盘和转鼓的强度高速转盘和转鼓的强度一、高速转盘的强度一、高速转盘的强度 转盘除受离心惯性力以外，还受到过转盘除受离心惯性力以外，还受到过盈安装在轴上而产生的应力，是一个三维盈安装在轴上而产生的应力，是一个三维问题。问题。二次计算法二次计算法是把转盘简化为轴对称平是把转盘简化为轴对称平面问题，有一定的近似性。面问题，有一定的近似性。对转盘的应力计算常采用对转盘的应力计算常采用有限元法有限元法，计算精度较高。计算精度较高。84.3 4.3 高速转盘和转鼓的强度高速转盘和转鼓的强度二、转鼓的强度二、转鼓的强度 可以近似地把转鼓简化成受内压的容可以近似地把转鼓简化成受内压的容器，只不过内压是由鼓壁、筛网和物料引器，只不过内压是由鼓壁、筛网和物料引起的离心压力而组成。起的离心压力而组成。如果无挡液板和鼓底，只有周向应力如果无挡液板和鼓底，只有周向应力 ，否则有两项应力，否则有两项应力 和和 。边缘应力的计算需采用有限元方法。边缘应力的计算需采用有限元方法。94.3 4.3 高速转盘和转鼓的强度高速转盘和转鼓的强度二、转鼓的强度二、转鼓的强度 对应力的校核采用第三强度理论对应力的校核采用第三强度理论 另外考虑焊缝系数另外考虑焊缝系数 和开孔系数和开孔系数 的影响的影响 104.4 4.4 机器的故障诊断机器的故障诊断一、参数的检测（信号采集）一、参数的检测（信号采集）振声诊断、振动诊断、超声波诊断、热振声诊断、振动诊断、超声波诊断、热像诊断、功率测定诊断等。像诊断、功率测定诊断等。二、信号处理二、信号处理 根据收集到的信息，进行参数对比。根据收集到的信息，进行参数对比。三、评价决策三、评价决策 对所确定的故障进行防治处理或控制。对所确定的故障进行防治处理或控制。114.5 4.5 流体密封技术流体密封技术一、填料函密封一、填料函密封 填料填料函函密封常用作密封常用作离心泵、压缩机、真空离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机等转轴密封泵、搅拌机等转轴密封。当轴与填料有相对当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。并与轴紧密接触。1-外壳；外壳；2-填料；填料；3-液封圈液封圈4-填料压盖；填料压盖；5-底衬套底衬套124.5 4.5 流体密封技术流体密封技术二、机械密封（端面接触密封）二、机械密封（端面接触密封）机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。的轴封装置。134.5 4.5 流体密封技术流体密封技术二、机械密封二、机械密封 优点：优点：(1)(1)密封可靠，泄露量很小，其泄漏约为软填料密密封可靠，泄露量很小，其泄漏约为软填料密 封的封的1%1%；(2)(2)使用寿命较长；使用寿命较长；(3)(3)擦功率消耗小，其摩擦功率仅为软填料密封的擦功率消耗小，其摩擦功率仅为软填料密封的10%10%50%50%；(4)(4)抗振性好，对旋转轴的振动以及轴对密封腔的抗振性好，对旋转轴的振动以及轴对密封腔的偏斜不敏感；偏斜不敏感；(5)(5)适用范围广，能用于高低温、高压、及腐蚀介适用范围广，能用于高低温、高压、及腐蚀介质的密封。质的密封。144.5 4.5 流体密封技术流体密封技术二、机械密封二、机械密封 缺点：缺点：(1)(1)结构较复杂，对加工要求高；结构较复杂，对加工要求高；(2)(2)安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的技安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的技术水平；术水平；(3)(3)造价高。造价高。154.5 4.5 流体密封技术流体密封技术三、迷宫密封三、迷宫密封 工作原理：工作原理：当气流通过梳齿状密封当气流通过梳齿状密封片间隙时，气流近似地经历了一个等片间隙时，气流近似地经历了一个等熵膨胀过程，其压力下降，流速增加；熵膨胀过程，其压力下降，流速增加；当气流进入两个密封片之间的空腔时，当气流进入两个密封片之间的空腔时，由于截面积的突然扩大，形成剧烈的由于截面积的突然扩大，形成剧烈的旋涡，速度几乎完全损失，而压力没旋涡，速度几乎完全损失，而压力没有变化；随后气流每流经一个密封片有变化；随后气流每流经一个密封片的间隙和空腔时，压力逐渐降低。从的间隙和空腔时，压力逐渐降低。从而可减少泄漏损失，起到密封的作用。而可减少泄漏损失，起到密封的作用。迷宫密封原理迷宫密封原理164.5 4.5 流体密封技术流体密封技术三、迷宫密封三、迷宫密封 迷宫密封的结构形式迷宫密封的结构形式17思考题思考题1.1.何为轴的临界转速？何为轴的临界转速？2.2.刚性轴与挠性轴的区别？刚性轴与挠性轴的区别？3.3.隔振装置的基本原理？隔振装置的基本原理？4.4.机器的隔振措施？机器的隔振措施？5.5.机器的故障诊断系统包括哪几部分？机器的故障诊断系统包括哪几部分？6.6.高速转盘和转鼓的强度计算方法有高速转盘和转鼓的强度计算方法有_，_。7.7.为什么填料函密封要进行润滑？为什么填料函密封要进行润滑？8.8.机械密封也称为机械密封也称为_？9.9.简述迷宫密封原理？简述迷宫密封原理？10.10.迷宫密封的动件和静件之间是否有接触？迷宫密封的动件和静件之间是否有接触？18