壓縮機機組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析

2013-06-17 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

透平壓縮機轉(zhuǎn)子在啟停機的升速或降速過程中,轉(zhuǎn)速達到某一數(shù)值時,轉(zhuǎn)子發(fā)生強烈振動,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機器遭到破壞。因此,透平壓縮機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速應避開臨界轉(zhuǎn)速。

隨著流程工藝復雜化,介質(zhì)類型多樣化,機械設備朝著大型化、精密化、高效化和高可靠性方向發(fā)展?？缍容^大、剛性較小、外伸端較長的軸被大量采用,壓縮機轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速都有不同程度的降低,更加容易引起共振。對于“轉(zhuǎn)子-齒輪-軸承”系統(tǒng),整個軸系的扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速相對降低了很多,壓縮機機組扭轉(zhuǎn)振動問題也引起了極大的重視。

對于這些,需要采用功能相對完備的轉(zhuǎn)子動力學軟件。能夠進行橫向振動、扭轉(zhuǎn)振動等方面的分析?？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屬性,軸承的位置以及相關屬性,聯(lián)軸器相關屬性,齒輪的相關屬性,支撐的位置以及相關屬性,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間相關的屬性,外部激勵的位置以及諧波等。

轉(zhuǎn)子動力學分析軟件“MADYN 2000”軟件包,具有較強的功能和快捷的性能。該軟件包界面友好,易學易用、具有豐富的前處理、后處理功能?？梢詫Α稗D(zhuǎn)子-齒輪-軸承”系統(tǒng)進行橫向振動、扭轉(zhuǎn)振動、軸向振動等方面的仿真分析。包括有臨界轉(zhuǎn)速分析、不平衡響應分析、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]陀螺效應的影響、軸承的影響、基礎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);采用的計算分析方法是有限元法;采用的多項式是埃爾米特多項式。

這里,對一臺離心壓縮機進行了橫向振動分析,對一套軸流壓縮機機組進行了扭轉(zhuǎn)振動分析。

壓縮機機組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析+學習資料圖片1

圖1 計算模型

1 橫向振動分析

1.1 計算模型的建立

這里計算分析一臺離心壓縮機。計算模型考慮了各軸段及葉輪的轉(zhuǎn)動慣量,考慮了滑動軸承8個動態(tài)特性系數(shù)。計算模型如圖1所示。

計算模型建立之后,可立即計算出轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量、總轉(zhuǎn)動慣量、重心位置等,便于進行數(shù)據(jù)核對。

1.2 計算及分析

在分析計算時,進行了剛性支承下的特征值計算、滑動軸承支承下的特征值計算、不平衡響應分析等。一階不平衡響應分析結(jié)果如圖2所示,二階不平衡響應分析結(jié)果如圖3所示。

壓縮機機組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析+學習資料圖片2

圖2 一階不平衡響應分析結(jié)果

壓縮機機組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析+學習資料圖片3

圖3 二階不平衡響應分析結(jié)果

在不平衡響應分析結(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。

該離心壓縮機的工作轉(zhuǎn)速為11700r/min,經(jīng)過計算,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)子在設計轉(zhuǎn)速下運行時不會發(fā)生橫向振動。

2 扭轉(zhuǎn)振動分析

2.1 計算模型的建立

計算和分析了一套軸流壓縮機機組,該壓縮機機組由電機、齒輪箱、軸流壓縮機和膜片聯(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。計算程序采用MADYN 2000軟件,模型共分2個連續(xù)軸系,模型分布圖如圖4所示。

壓縮機機組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析+學習資料圖片4

圖4 機組的模型分布圖

壓縮機機組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析+學習資料圖片5

圖5 扭轉(zhuǎn)振動CAMPBELL圖

2.2 計算及分析

在分析計算時,進行了特征值分析、阻尼特征值分析等,扭轉(zhuǎn)振動CAMPBELL圖如圖5所示,扭轉(zhuǎn)振動一階振型圖如圖6所示,扭轉(zhuǎn)振動二階振型圖如圖7所示,扭轉(zhuǎn)振動三階振型圖如圖8所示。

壓縮機機組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析+學習資料圖片6

圖6 扭轉(zhuǎn)振動一階振型圖

壓縮機機組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析+學習資料圖片7

圖7 扭轉(zhuǎn)振動二階振型圖

壓縮機機組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析+有限元仿真分析相關圖片圖片8

圖8 扭轉(zhuǎn)振動三階振型圖

計算的一階扭轉(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)有關標準,要求機組各階扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速應避開1倍,2倍工作轉(zhuǎn)速±10%這一范圍,從機組的扭振CAMPBELL圖和各階扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速振型圖可以看出,該機組扭轉(zhuǎn)振動計算結(jié)果滿足了相關要求。

3 結(jié)論

目前,各個方面對轉(zhuǎn)子動力學分析的要求都在不斷提高,進行橫向振動、扭轉(zhuǎn)振動等方面的分析也越來越多,振動特性測試、振動監(jiān)測保護等方面的工作也增加了很多。這樣,轉(zhuǎn)子動力學分析、試車測試、監(jiān)測保護等工作可以有機地結(jié)合起來,以便機組更平穩(wěn)地運行。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術文章,助你自學成才