搜索壓縮機機組的橫向振動和扭轉振動分析
2013-06-17 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
透平壓縮機轉子在啟停機的升速或降速過程中,轉速達到某一數值時,轉子發生強烈振動,轉速高于這一數值后,振幅又減小;振幅出現峰值的轉速稱為臨界轉速。如果轉子的轉速停滯在臨界轉速附近,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,透平壓縮機轉子的轉速應避開臨界轉速。
隨著流程工藝復雜化,介質類型多樣化,機械設備朝著大型化、精密化、高效化和高可靠性方向發展。跨度較大、剛性較小、外伸端較長的軸被大量采用,壓縮機轉子臨界轉速都有不同程度的降低,更加容易引起共振。對于“轉子-齒輪-軸承”系統,整個軸系的扭轉臨界轉速相對降低了很多,壓縮機機組扭轉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子動力學軟件。能夠進行橫向振動、扭轉振動等方面的分析。可以考慮多種數據: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。可以對“轉子-齒輪-軸承”系統進行橫向振動、扭轉振動、軸向振動等方面的仿真分析。包括有臨界轉速分析、不平衡響應分析、阻尼特征值分析及轉子穩定性分析、瞬態分析及非線性分析等。可以考慮陀螺效應的影響、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構,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振動分析。
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動慣量,考慮了滑動軸承8個動態特性系數。計算模型如圖1所示。
計算模型建立之后,可立即計算出轉子的總質量、總轉動慣量、重心位置等,便于進行數據核對。
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果如圖2所示,二階不平衡響應分析結果如圖3所示。
圖2 一階不平衡響應分析結果
圖3 二階不平衡響應分析結果
在不平衡響應分析結果里,可直接顯示出橫向臨界轉速等數據,使用非常方便。
該離心壓縮機的工作轉速為11700r/min,經過計算,可得到一階臨界轉速為4099r/min,二階臨界轉速為21590 r/min,該轉子在設計轉速下運行時不會發生橫向振動。
2 扭轉振動分析
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軸器組成。高速軸轉速:4545 r/min,低速軸轉速:1500 r/min,速比為3.030。計算程序采用MADYN 2000軟件,模型共分2個連續軸系,模型分布圖如圖4所示。
圖4 機組的模型分布圖
圖5 扭轉振動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,扭轉振動CAMPBELL圖如圖5所示,扭轉振動一階振型圖如圖6所示,扭轉振動二階振型圖如圖7所示,扭轉振動三階振型圖如圖8所示。
圖6 扭轉振動一階振型圖
圖7 扭轉振動二階振型圖
圖8 扭轉振動三階振型圖
計算的一階扭轉臨界轉速為1173 r/min(19.55 Hz),二階扭轉臨界轉速為3810 r/min(63.50 Hz),三階扭轉臨界轉速為18217r/min(303.62 Hz)。根據有關標準,要求機組各階扭轉臨界轉速應避開1倍,2倍工作轉速±10%這一范圍,從機組的扭振CAMPBELL圖和各階扭轉臨界轉速振型圖可以看出,該機組扭轉振動計算結果滿足了相關要求。
3 結論
目前,各個方面對轉子動力學分析的要求都在不斷提高,進行橫向振動、扭轉振動等方面的分析也越來越多,振動特性測試、振動監測保護等方面的工作也增加了很多。這樣,轉子動力學分析、試車測試、監測保護等工作可以有機地結合起來,以便機組更平穩地運行。
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