什么是挤压膜阻尼器？振动控制装置 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。 什么是挤压膜阻尼器？振动控制装置 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。

什么是挤压膜阻尼器？振动控制装置

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了解挤压膜阻尼器

定义：什么是挤压膜阻尼器？

A 挤压膜阻尼器 （SFD）是一种被动式 减震 用于旋转机械中以耗散振动能量和控制的装置 振动 振幅，尤其是在 临界速度. 阻尼器由包裹在轴承座周围的环形间隙空间内的一层薄油膜组成。当轴承（以及连接的部件）…… 动盘当转子振动时，轴承座会在阻尼器间隙内往复运动，挤压油膜。这种挤压运动产生的粘性阻力会耗散能量，从而为转子系统提供阻尼，而不会显著增加刚度。.

挤压膜阻尼器广泛应用于飞机发动机、工业燃气轮机和其他高速机械中，这些设备需要增强阻尼来控制振动并防止过载。 转子不稳定性.

物理工作原理

挤压动作

不像 滑动轴承 油膜承受稳定的径向载荷，而挤压油膜阻尼器则通过循环挤压来工作：

  1. 转子振动： 不平衡转子会对轴承产生振动力。
  2. 住房动议： 轴承座在阻尼器间隙内径向振荡
  3. 油膜挤压： 当壳体向内移动时，油膜被压缩；当壳体向外移动时，油膜膨胀。
  4. 粘性阻力： 油具有抗挤出性，从而产生阻尼力。
  5. 能量耗散： 油中的振动能转化为热能

与滑动轴承的主要区别

  • 轴颈轴承： 通过油膜压力承受静载荷和动载荷；兼具刚度和阻尼。
  • 挤压膜阻尼器： 仅提供阻尼作用，刚度极小；不能承受持续载荷。
  • 组合： 滚动轴承（承载载荷）+ SFD（提供阻尼）= 某些应用的最佳系统

施工与设计

基本组件

  • 内圈（轴承座）： 滚动轴承座外表面，可自由径向移动
  • 外圈（阻尼器壳体）： 带有精密圆柱孔的固定式壳体
  • 环状间隙： 内圈和外圈之间的径向间隙（通常为 0.1-0.5 毫米）
  • 石油供应： 加压油被输送到间隙空间
  • 端封： O形圈或其他密封件用于轴向密封油。
  • 中心元素： 弹簧或保持装置可防止过度运动

设计参数

  • 径向间隙（c）： 决定阻尼系数（系数越小，阻尼越大）
  • 长度（L）： 阻尼器的轴向长度（越长阻尼越大）
  • 直径（D）： 阻尼器直径（越大，阻尼越大）
  • 油粘度（µ）： 粘度越高，阻尼越大。
  • 端封类型： 影响漏油和有效阻尼

挤压膜阻尼器的优点

  • 增加阻尼而不增加刚度： 在不显著提高临界速度的情况下增加能量耗散
  • 降低临界转速振动： 将共振幅度限制在安全范围内
  • 防止不稳定： 有助于预防 油膜涡动, 轴鞭, 以及其他自激振动
  • 隔离传递力： 减少传递到地基的振动
  • 接纳临时人员： 有助于控制启动、关闭和负载变化期间的振动
  • 改造能力： 无需进行重大重新设计即可添加到现有机器中
  • 被动操作： 无需控制系统或电源

应用

飞机燃气涡轮机

  • 现代飞机发动机中几乎普遍采用这种设计
  • 对于控制临界速度过弯时的振动至关重要
  • 允许在高速应用中使用滚动轴承
  • 紧凑轻巧的设计对航空航天至关重要

工业燃气轮机

  • 与滚动轴承或倾斜瓦轴承配合使用
  • 控制启动和关闭过程中的振动
  • 减少传递到支撑结构的振动

高速压缩机

  • 除了轴承阻尼外，还提供额外的阻尼。
  • 防止轻载条件下的不稳定性
  • 允许更宽的操作范围

改造应用

  • 添加到现有机械中，导致其临界转速振动过大
  • 当平衡和对准不足以充分减少振动时，可采用以下解决方案
  • 无需对转子或轴承进行重大重新设计

设计考虑

阻尼系数计算

挤压膜阻尼器提供的阻尼力约为：

  • F减震 = C × 速度
  • 其中阻尼系数 C ∝ (µ × D × L³) / c³
  • 对间隙 (c) 非常敏感：间隙减半，阻尼增加 8 倍。
  • 设计最优阻尼需要仔细选择参数。

定心弹簧

  • 目的： 防止阻尼器“触底”（金属与金属接触）
  • 刚度选择： 必须足够柔软以允许阻尼器运动，但又必须足够坚硬以保持居中。
  • 常见类型： 鼠笼式结构（多根环形钢丝）、螺旋弹簧、弹性体元件

石油供应与排放

  • 加压供油以维持油膜（通常为 1-5 巴）
  • 足够的流速以带走产生的热量
  • 妥善排水以防止油污淹没
  • 排气以防止薄膜中出现空化现象

挑战与局限性

设计挑战

  • 气蚀： 油膜会发生空化（形成气泡），从而降低有效阻尼。
  • 吸入空气： 夹带空气会降低阻尼效果
  • 频率依赖性： 阻尼效果随振动频率而变化
  • 非线性行为： 性能随振幅变化（大幅运动可能超出间隙）

运营挑战

  • 温度敏感性： 油液粘度随温度变化会影响阻尼性能。
  • 清洁要求： 污染会阻碍供水或损坏表面。
  • 石油供应依赖度： 油压损失会导致阻尼失效。
  • 密封件磨损： 端封会随时间推移而老化，降低其有效性。

维护要求

  • 监测供油压力和温度
  • 定期检查端封
  • 大修期间检查间隙是否合适
  • 检查定心弹簧状况
  • 清洁油路和过滤器

先进设计

活塞环减震器

  • 使用活塞环代替O型密封圈
  • 允许少量漏油，以改善压力分布。
  • 降低空化倾向

开放式阻尼器

  • 无端部密封，油沿轴向流动
  • 设计更简单，没有密封件磨损问题
  • 需要更高的油流量
  • 更稳定的阻尼特性

整体式阻尼器

  • 轴承座与轴承后壁之间形成的阻尼膜
  • 没有单独的阻尼器部件
  • 结构紧凑但阻尼能力有限

效能与绩效

减少振动

  • 可将临界转速振动降低 50-80%
  • 尤其适用于控制共振
  • 拓宽临界速度峰值（使其变得不那么尖锐）
  • 允许更安全地通过临界速度

稳定性增强

  • 提高阈值速度 不稳定性
  • 可以预防 油膜涡动 与滚动轴承一起使用时
  • 增加正阻尼以抵消不稳定力

设计和分析工具

合理的挤压膜阻尼器设计需要：

  • 转子动力学分析： 转子-轴承-阻尼器系统的集成建模
  • 流体膜分析： 雷诺方程压力分布解
  • 非线性分析： 考虑空化和振幅依赖性行为
  • 热分析： 油温和散热
  • 专业软件： DyRoBeS、XLTRC 等工具包含 SFD 模型

何时使用挤压薄膜阻尼器

推荐应用

  • 高速机械： 接近或超过临界速度运行
  • 滚动轴承系统： 在轴承阻尼最小的情况下增加阻尼
  • 柔性转子： 高于第一临界速度运行
  • 稳定性问题： 当转子不稳定时，风险就会增加。
  • 瞬态振动控制： 减少启动/关闭振动

不建议这样做

  • 低速运行，阻尼要求不高
  • 空间限制导致无法安装
  • 石油供应系统不可用或不可靠
  • 维护资源有限（阻尼器需要油系统维护）
  • 更简单的解决方案（平衡、校准）就足够了。

挤压膜阻尼器是高速旋转机械振动控制的一种巧妙解决方案。它们在不增加刚度的情况下提供显著的阻尼，使设备能够在临界转速下运行，防止破坏性不稳定性，并扩展旋转设备的运行范围，同时保持紧凑、被动式设计。.

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