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·机械研究与应用·2013年第4期(第26卷，总第126期)应用与试验WL一355卧式螺旋沉降离心机振动分析范强，张敏，****宇(西南石油大学机电工程学院，四川成都610500)摘要：在建立卧式螺旋沉降离心机振动模型的基础上，推导出卧式螺旋沉降离心机临界转速的一般公式。并对石油矿场普遍的使用的wL一355卧式螺旋沉降离心机的临界转速进行了分析计算，计算结果通过实验验证，对该型离心机合理使用和设计具有一定的实际意义。关键词：离心机；临界转速；振动中图分类号：THI23文献标志码：A文章编号：1007—4414(2013)04—0085—02VibrationAnalysisofWL一355HorizontalDecantingCentrifugeFANQiang，ZHANGMin，LIPeng—yu(SchoolofMechatronicEngineering，SouthwestPetroleumUniversity，ChengduSichuan610500，China)Abstract：Bybuildingthevibrationmodelofhorizont~decantercentrifuge，thegeneralformulaofthecentrifugecriticalspeedhasbeeninferred．ThecriticalspeedoftheWL一355horizontalspiralcen~ifugewhichwidelyusedinoilfieldhasbeenana—lyzedandcalculated．Calculationresultisverifiedbyexperiment．Thishassomepracticalsignificancetothecentrifugesrea—sonableuseanddesign．Keywords：centrifuge；criticalspeed；vibration1引言如图1所示，卧式螺旋沉降离心机主要部件包括转鼓、螺旋输送器、差速器及支承装置、传动装置等几部分所组成[I-21。12345678图l卧螺离心机机构简图1．进料管2．皮带轮3．左轴承4．螺旋推进器5．进料孔6．机壳7．右轴承8．行星差速器9．溢流孔1O．排渣口11．底座l2．过载保护设施研究离心机的振动特性，最大的目的在于减小离心机在运转过程中产生的振动。而计算临界转速是十分重要的内容。在卧式螺旋沉降离心机的设计和改进时，合理确定其几何结构参数，使其工作转速远离卧式螺旋沉降离心机的临界转速，避免系统产生共振。2卧式螺旋沉降离心机临界转速计算模型回转机械的临界转速是指，当机器的转速和转子的固有频率发生共振时的那一特定转速。临界转速的大小与转子的材料、几何形状、尺寸、结构及形式、支承情况、工作环境等许多因素相关。考虑回转效应，卧式螺旋沉降离心机的简化计算模型，如图2所示。图2卧式螺旋沉降离心机计算模型转轴方程为：y=，(+)11一11(1)=(Y+e)11一l1(2)式中：OL，指作用在图2位置①上的单位力在图2位置①产生的挠度；，指作用在图2位置①上的单位力在图2位置①产生的转角；y指作用在图2位置①上的单位力矩在图2位置①产生的转角；为转子倾角；为回转力矩。转轴临界转速的条件(频率方程式)：m(．，一J￡)(卢1一l1l1)60+[(．，一J∈)y11一m11]+1：0(3)又因为离心机回转体的转动惯量由转鼓部分和螺旋部分所组成，所以，得到卧式螺旋沉降离心机的临收稿日期：2013一o6—17作者简介：范强(1964一)，男，河南平顶山人，副教授，主要是做石油钻采设备的教学与科研工作。·85·应用与试验2013年第4期(第26卷，总第126期)·机械研究与应用·界转速计算公式为：厂～¨_===：．／(4)临√一一一L斗式中：A=，孔[(4I·i+／4f)一(1+B)](一l卢¨)B=[(Al·i+Af)一(BI+Bf)](l1一ml1)：1【1+dz2+]]E{)式中：E指轴的弹性模量，E=210GPa；J、J2分别为左端轴和右端轴的极惯性矩；A、A为转鼓和螺旋绕轴的转动惯量；B、8为转鼓和螺旋分别绕其重心的直径转动惯量；i为螺旋和转鼓的转速之比。3卧式螺旋沉降离心机的临界转速计算石油矿场普遍的使用的WL一355卧式螺旋沉降离心机，回转体部件质量、质心计算结果如表1、2所列。表1转鼓部件质量和质心计算结果转鼓部件总质量：M=245．52kg；转鼓部件质心(距右端主轴承中心距离)：=763．63mm。表2螺旋部件质量和质心计算结果螺旋部件总质量：Mz=93．8kg；螺旋部件质心(距右端主轴承中心距离)：=440．16film；回转体总质量：=339．32kg；回转体质心(距右端主轴承中心距离)：=729．77lTlm。将以上参数代入式(4)求得wL一355卧式螺旋沉降离心机的临界转速为n=1209r／min，n2：6647r／min·86-4WL-355卧螺离心机临界转速实验验证由振动理论可知，当质量上承受敲击激扰时，将作自由衰减振动。通过采集的波形 ，可直接算出对数 衰减比6 = In ( A ／A2) ，相对阻尼系数 = H／p；然后根 据 n：6／Ta 可计算 出 n；根据衰减振动 的周期 ： = 1／L =27r／,／p 一n ，计算出P；最后可根据 ． = p／2 ,rr 计算出无阻尼时系统 的固有频率 ． 。 WI 一355 卧式 螺旋沉降离心机的敲击实验结果如表 3 所列。 表 3 WL- 355 卧式螺旋离心机敲击实验结果 通过计算数据得 ：fo= 121．9 Hz；所 以，离 心机实 测临界转速为 ：09=1 165 r／ra in；而理论 计算临界转速 nl= 1 209 r／min，二者误差仅为 卵= 3．8％。 5 结 论 ( 1) 通过建 立 WL一355 卧式 螺 旋沉 降 离 心 机 临 界转速的计算模型 ，汁算出其临界转速。并通过钻井 液固控综合试验系统 ，采用敲击法，得出该离心机的 临界转速 ，验证了计算结果的正确性。 (2) 为了能够更好的保证机械能够安全和平稳地运转 ，轴的 工作转速必须处于该轴各 阶临界转速的一定范 围之 外 。一般要求分别是 ：对刚性轴 ：n
