一种皮带消振装置的制作方法

本实用新型涉及大型压缩机的动力传动领域，尤其涉及一种皮带消振装置。

背景技术：

在通用机械领域，大型中高压压缩机的动力传动中，常用皮带传动与直联驱动的两种型式，这两种驱动方式各有优缺点与适用场合。

直联驱动效率高（效率系数约为99%），其应用范围广，特别在大功率（如1000KW级)领域中非它莫属。大型压缩机由于作用在曲柄销上的作用力有脉动性，直联驱动不允许采用柔性联轴节，以避免引发扭转振动，必须采用刚性联轴节。因此要求电机轴与被驱动的压缩机主轴有很高精度的同轴度，否则会出现径向附加力，使磨损加速，降低传动效率。主机和电动机直联驱动使得压缩机机组宽度加大，外形超宽，运输困难。为解决运输的问题，多采用分开运输到用户现场进行组装。安装成本高，对安装地基础要求很高，还要定期检查校正，确保上述的同轴度在允许范围内。此外直联驱动只能依靠改变电动机极数来适应主机转速，变化转速比较困难。

皮带驱动，是应用很广的驱动方式，效率系数为97%，改变转速很方便，便于撬架整体运输与安装，基础少量变形，对传动不构成影响，皮带驱动对主轴产生的径向力，可以增加主轴轴承来承受，应用很广。但是，对于大型压缩机，如M型机型等，电机轴与压缩机主轴（曲轴的主轴）中心距往往较长，使皮带的长度增大，自振频率下降，当皮带的自振频率与主机的转速接近或相等时会产生共振。一旦产生共振，皮带剧烈跳动，振幅很大。皮带的振动（跳动）仅发生在皮带与两轮相切接触点之间的那一段，其自振频率与该段的长度成反比，与皮带的质量成反比，与该段皮带的内应力（拉力）成正比。皮带的自振频不是固定不变的，而是在一定范围内扫描。当压缩机加载或提速时，驱动侧的皮带内拉力上升，自振频上升，而从动侧的皮带内张力下降，自振频下降；当压缩机卸载或减速时，情况正好相反。因此常常出现驱动侧皮带和从动侧皮带交替跳动的情况。在变频驱动的大型压缩机上，这种情况尤为突出。皮带因共振产生的跳动很强烈，振幅很大，能将皮带打翻，高速运动的皮带由于跳动幅度大与防护罩摩擦，导致皮带燃烧，皮带与电机轮打滑摩擦发热烧坏电机。即使不产生如此严重事故，皮带共振跳动也会大大缩短皮带的工作寿命，增加能耗，使压缩机不能正常工作。进入中国市场的某外国品牌为解决此难题，采用多联皮带。由于多联皮带质量大，自振频率较底，消除了共振现象。但多联皮带，价格昂贵，安装困难，且常常为了满足驱动功率需要，附加单根皮带，振动依然存在，且用户不接受。在无法彻底解决此问题的情况下，该厂商改用直联驱动。但由于压缩机已定型其转速不能随意改变，只能增设变速箱来解决。此举使压缩机成本上升，能耗增加，虽然压缩机能正常工作，但非佳策。

皮带的跳动只发生在驱动边和从动边两侧皮带与两带轮相切接触点之间的一段皮带，如图1中的ab、cd段；显然，与两带轮相接触的包角范围内的皮带是不会跳动的，但会产生蠕变。驱动边和从动边的皮带与两带轮相切接触点之间的一段皮带，其自振频率与各自内部张力（拉力）成正比，与自身的质量和长度（即两接触切点之间的长度）成反比。虽然，其长度和质量近似恒定，但其内部的张力（拉力）是变化的。当主机转速提升或加载时，驱动边的皮带张力增大，使其自振频率上升，从动边由于包角范围内皮带的蠕变使其张力下降，其自振频率下降。因此压缩机在运行过程中，皮带的驱动边和从动边的频率也随之变化。当皮带的频率(不论驱动边和从动边)的变化，一旦与主轴转速相近或一致时就会出现共振。共振发生时皮带剧烈跳动，这对于输出气量（负载）变化较大的或者是变频驱动的压缩机尤其严重。

大型压缩机的转速（以M型为例）通常在每分钟500转～980转范围内，其频率为8.3Hz～16.3Hz范围内。M型压缩机由于列数较多（如4列、6列），电机轮轴与主轴之间距离较长，因此，皮带驱动边和从动边与两带轮相切接触点之间距离较长，降低了驱动边和从动边皮带的自振频率，使皮带的自振频率范围与主轴转速（频率）范围相重合或部分重叠。此外，也不允许过度拉紧或放松皮带使内张力提高或降低，从而避免共振；有人设计将主机抬高，电动机安置在主机轮的斜下方，缩小两带轮中心距，虽然能有效消除皮带共振，但对于大型压缩机来说，这会带来重心抬高，装、拆、维修困难、制造成本上升等缺点，显然欠妥，因此很少有人采用。这样，M型大型压缩采用皮带驱动时，由于中心距较长，其驱动边和从动边的皮带自振频率范围正好与主机转速频率范围部分重叠。例如， M型四列对置平衡无油压缩机，主电机功率260KW,转速600转/分（即10HZ),采用进口V型三角皮带，中心距A为2585mm,在规定的拉紧状态下，实测自振频率为11～12Hz。可见，皮带的自振频率与主机的转速（频率）很接近。当压缩机的转速与负载变化时，皮带的自振频率随之变化，一旦出现皮带(不论是驱动边还是从动边)的自振频率扫描到主机频率时，共振发生，皮带激烈跳动，幅度与能量均很大，且无法停息。这时只有停机降速使皮带的频率远离共振点，才能使振幅降下来消除共振现象。对压缩机而言属故障停机，这是不允许的。

因此，设计一种简单可靠，能有效消除在大型压缩机长中心距皮带驱动中的共振，确保皮带平稳驱动的消振装置显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是设计一种皮带消振装置，解决现有技术存在的共振问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的皮带消振装置包括两组消振轮组件，所述消振轮组件包括消振轮和消振轮轮架；一组消振轮组件通过上支架安装在皮带从动边的上方防护罩骨架角钢的内侧；另一组消振轮组件通过下支架与机组撬架安装防护罩的对应槽钢顶面相连接；所述消振轮和与其相邻的一组皮带的顶面保持δ的平行间隙；所述消振轮包括消振轮体、锁紧防尘螺母、防尘套、深沟球轴承、轮轴和轴端螺栓；所述消振轮轮架包括两件相同的轮架垂直板、轮架水平连接板和压紧螺栓；所述消振轮体为中空圆柱体，消振轮体两侧内腔设有轴承安装孔安装深沟球轴承,并套装在轮轴的轴颈上；所述轮轴的轴颈安装于两端的深沟球轴承孔内，所述防尘套套装在轮轴两端的外侧轴颈上，其内端面抵住深沟球轴承的内环外端面，深沟球轴承的内环内端面借助压紧螺栓、垫圈和防尘套压紧在轮轴的肩台上。在消振轮体两侧内腔轴承安装孔的外侧设有同轴螺纹孔安装锁紧防尘螺母，其作用是将轴承的外环轴向固定压紧在消振轮体轴承安装孔的内台肩处；所述轮架垂直板设有同轴孔，轮轴两端的防尘套的外圆安装在垂直焊板的同轴孔内。

进一步的，所述消振轮组件安装在皮带与电机皮带轮及主机皮带轮相切接触点之间距离的中点处对应的防护罩和撬架上。

进一步的，所述消振轮和与其相邻一组的皮带的顶面平行间隙δ为皮带稳定运行时扰动平均幅度的1.5～2倍。

进一步的，所述消振轮体的轴向长度大于皮带的宽度，且消振轮体两侧均超出皮带，以确保皮带跳动时必定碰擦消振轮。

进一步的，所述锁紧防尘螺母的内侧端面压住深沟球轴承外环的外端面，使外环内端面紧贴消振轮体轴承安装孔的内侧端面上。

进一步的，所述锁紧防尘螺母的外圆上设有环形槽，并在环片端面上作有多个螺纹孔,拧紧内六角螺钉，使螺母环片轴向产生微量形变从而夹住并锁紧在消振轮体的内螺牙上，亦可用螺纹防松胶代替螺钉锁紧。

进一步的，所述锁紧防尘螺母内孔有阶梯环槽，与防尘套外圆上的环槽凸凹对应，径向与轴向均设有均匀的间隙，形成迷宫结构，可有效防止灰尘进入轴承，而不增加旋转阻力，使旋转轻松。

进一步的，所述轮架水平连接板设有长腰形安装孔，用于皮带消振轮组件的安装连接，长腰形孔满足消振轮轴向位置的调节，使消振轮两端伸出一组安装皮带两侧（宽度方向）的长度相等，并且，通过增减紧固螺栓的垫圈，使消振轮母线与一组皮带顶面保持δ的平行间隙。

进一步的，所述消振轮体由轻质材料制成，例如铝材、尼龙等；所述锁紧防尘螺母由轻质材料制成，例如铝等。

进一步的，所述深沟球轴承为全封闭脂润滑轴承。

进一步的，轮架垂直板是焊接结构，两侧垂直焊板的同轴孔沿水平中心线分开成两部分，借助4个压紧螺栓将防尘套压紧。由于防尘套与垂直板安装孔相配的轴套设计成薄壁，并且其外圆有一定过盈量，压紧后产生变形将轮轴一起压紧。因此，工作时轮轴不转，消振轮体、深沟球轴承的外环、防尘套及锁紧防尘螺母一起转动。由于转动部分的零件均采用轻质材料，迷宫间隙防尘，故旋转轻松，转动惯量小，启动力矩微小。

本实用新型的皮带消振装置的工作原理：

压缩机在启动、停机及运行过程中的加载、卸载，都将导致皮带驱动边和从动边皮带内应力（拉力）发生变化，而皮带的自振频率与皮带内张力（拉力）成正比，当压缩机在启动、停机、加载、卸载及变频驱动的调速过程中，皮带内的拉力都发生变化，这就意味着相应的自振频率发生变化，一旦频率扫描到主机转动频率时，共振发生。共振发生时皮带剧烈跳动，其振幅最大处位于皮带与两轮相切接触长度的中间点。将两组结构相同的消振轮借助消振轮轮架安装在驱动边和从动边的中点处对应的防护罩和撬架上；消振轮外圆母线与皮带运动方向垂直，与一组皮带的顶面平行，并且与皮带顶面留有间隙δ。这样，当皮带的自振频率一旦扫描到与主机转动频率相近或一致时，发生共振跳动，由于有消振轮的存在，皮带刚起跳就与消振轮碰擦，在碰擦瞬间，相当于在皮带与两带轮相切接触点之间的中点处增加了一个接触点，皮带接触（支撑）点之间的长度突降1/2，使皮带的自振频率瞬间突变，增大了将近一倍，破坏了共振条件，消除了共振现象。由于消振轮转动部分均采用轻质材料制成，且转动灵活，阻力很小，与皮带碰擦后迅速旋转，与皮带碰擦部位的相对运动速度很低，接触应力也很小，不会形成摩擦磨损，动力消耗微小，可忽略不计。当皮带驱动进入稳定运行，皮带虽有微小的扰动性跳动，但幅度很小，不与或偶与消振轮碰擦，消振轮处于静止或偶尔转动状态。这样，不改变压缩机驱动系统的基本结构，也不改变压缩机设计参数的情况下，在皮带发生共振的初始状态瞬间，通过消振轮增加接触点，使皮带的自振频率突变式上升，破坏或消除了皮带共振条件。

本实用新型的有益效果：采用这样的结构后，彻底解决了皮带驱动的大型压缩机由于电机轴与主机轴中心距较大，传动过程中因速度或负载的变化引发共振导致皮带的剧烈跳动的难题，使压缩机平稳运行，有着结构简单、效果明显、成本低廉和安全可靠的优点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步阐明。

图1为本实用新型的皮带消振装置结构示意图；

图2为图1中的A-A向视图；

图3为本实用新型的皮带消振装置的皮带消振轮及轮架结构图；

图4为图3中的A向视图。

具体实施方式

结合图1、图2、图3和图4进一步说明。本实用新型的皮带消振装置包括两组消振轮组件，所述消振轮组件包括消振轮3和消振轮轮架2；一组消振轮组件通过上支架1安装在皮带从动边的上方防护罩骨架角钢的内侧，另一组消振轮组件通过下支架4与机组撬架安装防护罩的对应槽钢顶面相连接；所述消振轮3和与其相对应的一组皮带顶面保持δ的平行间隙。所述消振轮3包括消振轮体3-1、锁紧防尘螺母3-2、防尘套3-3、深沟球轴承3-4、轮轴3-5和轴端螺栓3-6；所述消振轮轮架2包括两件相同的轮架水平连接板2-1、轮架垂直板2-2和压紧螺栓2-3。所述消振轮体3-1为中空圆柱体，消振轮体3-1两侧内腔设有轴承安装孔，内装深沟球轴承3-4,并套装在轮轴3-5的轴颈上。轮轴3-5的轴颈安装于两端的深沟球轴承孔内；所述防尘套3-3套装在轮轴3-5两端的外侧轴颈上，其内端面抵住深沟球轴承3-4的内环外端面，深沟球轴承3-4的内环内端面借助压紧螺栓2-3、垫圈和防尘套3-3压紧在轮轴3-5的肩台上。在消振轮体3-1两侧内腔轴承安装孔的外侧设有同轴螺纹孔，孔内安装锁紧防尘螺母3-2，其作用是将轴承的外环轴向固定压紧在消振轮体轴承安装孔的内台肩处。所述轮架两端垂直焊板2-2设有同轴孔，轮轴3-5两端的防尘套3-3的外圆安装在垂直焊板的同轴孔内。

进一步的，所述消振轮组件安装在皮带与电机皮带轮及主机皮带轮相切接触点之间距离的中点处。如图1所示，本实施例中的消振轮组件安装在ab和cd段的中点处对应的防护罩和撬架上。

进一步的，所述消振轮3和与其相对应的一组皮带的顶面平行间隙δ为皮带稳定运行时扰动平均幅度的1.5～2倍。本实施例优选的，消振轮3和与其相邻的一组皮带的顶面平行间隙δ为8～10mm。

进一步的，所述消振轮体3-1的轴向长度大于皮带的宽度，且消振轮体3-1两侧均超出皮带，以确保皮带跳动时必定碰擦消振轮3。

进一步的，所述锁紧防尘螺母3-2的端面压住深沟球轴承3-4外环的外端面，使外环内端面紧贴消振轮体3-1轴承安装孔的内侧端面上。

进一步的，所述锁紧防尘螺母3-2的外圆上设有环形槽，并在环片端面上作有多个螺纹孔,拧紧内六角螺钉，使螺母环片轴向产生微量形变而夹住并锁紧在消振轮体3-1的内螺牙上。

进一步的，所述锁紧防尘螺母3-2内孔有阶梯环槽，与防尘套3-3外圆上的环槽凸凹对应，径向与轴向均设有均匀的间隙，形成迷宫结构，可有效防止灰尘进入轴承，而不增加旋转阻力，旋转轻松。

进一步的，所述轮架水平连接板2-1设有长腰形安装孔，用于皮带消振轮组件的安装连接，长腰形孔满足消振轮轴向位置的调节，使消振轮3两端伸出一组安装皮带两侧（宽度方向）的长度相等，并且可以通过增减紧固螺栓的垫圈，使消振轮母线与一组皮带顶面保持δ的平行间隙。

进一步的，所述消振轮体3-1由轻质材料制成，例如铝材、尼龙等；所述锁紧防尘螺母3-2由轻质材料制成，例如铝等。

进一步的，所述深沟球轴承3-4为全封闭脂润滑轴承。

进一步的，轮架垂直板2-2是焊接结构，两侧垂直焊板的同轴孔沿水平中心线分开成两部分，借助4个压紧螺栓2-3将防尘套3-3压紧。由于防尘套3-3与垂直板安装孔相配的轴套设计成薄壁，并有一定过盈量，压紧后产生变形将轮轴3-5一起压紧。因此，工作时轮轴不转，消振轮体3-1、深沟球轴承3-4的外环、防尘套3-3及锁紧防尘螺母3-2一起转动。由于转动部分的零件均采用轻质材料，迷宫间隙防尘，故旋转轻松，转动惯量小，启动力矩微小。

本实施例的皮带消振装置的工作原理：

压缩机在启动、停机及运行过程中的加载、卸载，都将导致皮带驱动边和从动边皮带内应力（拉力）发生变化，而皮带的自振频率与皮带内张力（拉力）成正比，当压缩机在启动、停机、加载、卸载及变频驱动的调速过程中，皮带内的拉力都发生变化，这就意味着相应的自振频率发生变化，一旦频率扫描到主机转动频率时，共振发生。共振发生时皮带剧烈跳动，其振幅最大处位于皮带与两轮相切接触长度的中间点。将两组结构相同的消振轮3借助消振轮轮架2安装在皮带驱动边和从动边外侧的中点处对应的防护罩和撬架上，消振轮3外圆母线与对应的皮带运动方向垂直，与一组皮带的顶面平行，并且与皮带顶面留有间隙δ。这样，当皮带的自振频率一旦扫描到与主机转动频率相近或一致时，发生共振跳动，由于有消振轮3的存在，皮带刚起跳就与消振轮3碰擦，在碰擦瞬间，相当于在皮带与两带轮相切接触点之间的中点处增加了一个接触点，皮带接触（支撑）点之间的长度突降1/2，使皮带的自振频率瞬间突变，增大了将近一倍，破坏了共振条件，消除了共振现象。由于消振轮3转动部分均采用轻质材料制成，且转动灵活，阻力很小，与皮带碰擦后迅速旋转，与皮带碰擦部位的相对运动速度很低，接触应力也很小，不会形成摩擦磨损，消耗动力微小，可忽略不计。当皮带驱动进入稳定运行，皮带虽有微小的扰动性跳动，但幅度很小，不与或偶与消振轮3碰擦，消振轮3处于静止或偶尔转动状态。这样，不改变压缩机驱动系统的基本结构，也不改变压缩机设计参数的情况下，在皮带发生共振的萌芽状态瞬间，通过消振轮3增加接触点，使皮带的自振频率突变式上升，破坏或消除了皮带共振条件。

本实施例的皮带消振装置彻底解决了皮带驱动的大型压缩机由于电机轴与主机轴中心距较大，传动过程中因速度或负载的变化引发共振导致皮带的剧烈跳动的难题，使压缩机平稳运行，有着结构简单、效果明显、成本低廉和安全可靠的优点。经在M型4列260kW压缩机进行试验，有效消除了共振导致皮带剧烈跳动的问题，确保了压缩机运行平稳。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。