搜索壓縮機(jī)機(jī)組的橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析
2013-06-17 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在啟停機(jī)的升速或降速過程中,轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值時(shí),轉(zhuǎn)子發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng),轉(zhuǎn)速高于這一數(shù)值后,振幅又減小;振幅出現(xiàn)峰值的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速停滯在臨界轉(zhuǎn)速附近,軸的變形將迅速增大,以至軸或軸上零件乃至整個(gè)機(jī)器遭到破壞。因此,透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速應(yīng)避開臨界轉(zhuǎn)速。
隨著流程工藝復(fù)雜化,介質(zhì)類型多樣化,機(jī)械設(shè)備朝著大型化、精密化、高效化和高可靠性方向發(fā)展?？缍容^大、剛性較小、外伸端較長(zhǎng)的軸被大量采用,壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速都有不同程度的降低,更加容易引起共振。對(duì)于“轉(zhuǎn)子-齒輪-軸承”系統(tǒng),整個(gè)軸系的扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速相對(duì)降低了很多,壓縮機(jī)機(jī)組扭轉(zhuǎn)振動(dòng)問題也引起了極大的重視。
對(duì)于這些,需要采用功能相對(duì)完備的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)軟件。能夠進(jìn)行橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等方面的分析?？梢钥紤]多種數(shù)據(jù):包括軸的幾何尺寸,葉輪、葉片、盤套等的位置以及相關(guān)屬性,軸承的位置以及相關(guān)屬性,聯(lián)軸器相關(guān)屬性,齒輪的相關(guān)屬性,支撐的位置以及相關(guān)屬性,材料屬性,轉(zhuǎn)子速度,不平衡量的大小、相位角和位置,附加的外部載荷的位置以及與時(shí)間相關(guān)的屬性,外部激勵(lì)的位置以及諧波等。
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析軟件“MADYN 2000”軟件包,具有較強(qiáng)的功能和快捷的性能。該軟件包界面友好,易學(xué)易用、具有豐富的前處理、后處理功能?？梢詫?duì)“轉(zhuǎn)子-齒輪-軸承”系統(tǒng)進(jìn)行橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、軸向振動(dòng)等方面的仿真分析。包括有臨界轉(zhuǎn)速分析、不平衡響應(yīng)分析、阻尼特征值分析及轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性分析、瞬態(tài)分析及非線性分析等?？梢钥紤]陀螺效應(yīng)的影響、軸承的影響、基礎(chǔ)的影響及密封的影響及齒輪的影響等。
“MADYN 2000”軟件包主要采用梁結(jié)構(gòu),采用的梁理論是鐵木辛柯梁(Timoshenko Beam);采用的計(jì)算分析方法是有限元法;采用的多項(xiàng)式是埃爾米特多項(xiàng)式。
這里,對(duì)一臺(tái)離心壓縮機(jī)進(jìn)行了橫向振動(dòng)分析,對(duì)一套軸流壓縮機(jī)機(jī)組進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析。
圖1 計(jì)算模型
1 橫向振動(dòng)分析
1.1 計(jì)算模型的建立
這里計(jì)算分析一臺(tái)離心壓縮機(jī)。計(jì)算模型考慮了各軸段及葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,考慮了滑動(dòng)軸承8個(gè)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。計(jì)算模型如圖1所示。
計(jì)算模型建立之后,可立即計(jì)算出轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量、總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、重心位置等,便于進(jìn)行數(shù)據(jù)核對(duì)。
1.2 計(jì)算及分析
在分析計(jì)算時(shí),進(jìn)行了剛性支承下的特征值計(jì)算、滑動(dòng)軸承支承下的特征值計(jì)算、不平衡響應(yīng)分析等。一階不平衡響應(yīng)分析結(jié)果如圖2所示,二階不平衡響應(yīng)分析結(jié)果如圖3所示。
圖2 一階不平衡響應(yīng)分析結(jié)果
圖3 二階不平衡響應(yīng)分析結(jié)果
在不平衡響應(yīng)分析結(jié)果里,可直接顯示出橫向臨界轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù),使用非常方便。
該離心壓縮機(jī)的工作轉(zhuǎn)速為11700r/min,經(jīng)過計(jì)算,可得到一階臨界轉(zhuǎn)速為4099r/min,二階臨界轉(zhuǎn)速為21590 r/min,該轉(zhuǎn)子在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)不會(huì)發(fā)生橫向振動(dòng)。
2 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析
2.1 計(jì)算模型的建立
計(jì)算和分析了一套軸流壓縮機(jī)機(jī)組,該壓縮機(jī)機(jī)組由電機(jī)、齒輪箱、軸流壓縮機(jī)和膜片聯(lián)軸器組成。高速軸轉(zhuǎn)速:4545 r/min,低速軸轉(zhuǎn)速:1500 r/min,速比為3.030。計(jì)算程序采用MADYN 2000軟件,模型共分2個(gè)連續(xù)軸系,模型分布圖如圖4所示。
圖4 機(jī)組的模型分布圖
圖5 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)CAMPBELL圖
2.2 計(jì)算及分析
在分析計(jì)算時(shí),進(jìn)行了特征值分析、阻尼特征值分析等,扭轉(zhuǎn)振動(dòng)CAMPBELL圖如圖5所示,扭轉(zhuǎn)振動(dòng)一階振型圖如圖6所示,扭轉(zhuǎn)振動(dòng)二階振型圖如圖7所示,扭轉(zhuǎn)振動(dòng)三階振型圖如圖8所示。
圖6 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)一階振型圖
圖7 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)二階振型圖
圖8 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)三階振型圖
計(jì)算的一階扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速為1173 r/min(19.55 Hz),二階扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速為3810 r/min(63.50 Hz),三階扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速為18217r/min(303.62 Hz)。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),要求機(jī)組各階扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)避開1倍,2倍工作轉(zhuǎn)速±10%這一范圍,從機(jī)組的扭振CAMPBELL圖和各階扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速振型圖可以看出,該機(jī)組扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算結(jié)果滿足了相關(guān)要求。
3 結(jié)論
目前,各個(gè)方面對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析的要求都在不斷提高,進(jìn)行橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等方面的分析也越來越多,振動(dòng)特性測(cè)試、振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)等方面的工作也增加了很多。這樣,轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析、試車測(cè)試、監(jiān)測(cè)保護(hù)等工作可以有機(jī)地結(jié)合起來,以便機(jī)組更平穩(wěn)地運(yùn)行。
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