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往复式压缩机扭振分析程序开发及应用

文章出处:空压机网作者:徐宜桂 卢福志 孙成宪人气:发表时间:2017-02-27 09:44【

 1.前言

  往复式压缩机成撬设计时需要考虑扭振控制设计。如果机组的扭振控制不好,轻则引起机组可靠性降低、能耗增加和使用寿命缩短等问题,严重时引起联轴器破坏、机轴断裂等事故。进行扭振分析可极大地避免扭振事故的发生,因而成为机组成撬设计中不可或缺的一部分。

  目前,行业中用于扭振分析的方法和软件大多是基于单一的频域分析或时域分析的。其中大多数是使用频域分析方法,即在一个给定的加载步内,分析扭振系统在整个运行转速范围内(包括共振转速)的动态响应,并与相关标准进行比较,从而确定扭振控制措施是否符合要求。频域分析的优点是可以准确计算系统的扭振频率、模态以及直观的显示整个运行转速范围内的动态响应等。相对使用频域分析,目前行业中应用时域分析的较少。但时域分析有其独特长处,那就是计算的系统动态响应更加准确,从而避免过于保守或过于冒险的扭振控制设计。两者结合,就可充分发挥各自方法的优点长处,同时避免彼此的不足。

  为此,我们提出了使用时域和频域相结合的扭振分析方法,并开发了相应的分析软件。该软件具备如下功能:

  ·计算机组系统的无阻尼扭振固有频率和模态
  ·自动生成Campbell图
  ·模拟和分析机组系统的变频驱动
  ·模拟和分析机组系统的启动过程
  ·计算机组系统在全运行转速范围内的动态响应
  ·计算机组系统在特定工况运行转速下的动态响应
  ·模拟和分析机组系统在非理想运行工况(包括发动机点火失效和压缩机阀门失效等)下的动态响应

  该软件既可应用于新机组的扭振分析,也可用于扭振事故机组的整改。下面通过对时、频域扭振分析程序的介绍和实例展示,说明如何运用该程序得到合理、有效的扭振控制措施。

  2、时、频域扭振分析原理

  2.1 系统模型和方程

  对由电机(发动机)-联轴器压缩机组成的系统,首先建立多自由度质量-弹簧模型,即将该系统离散为只有转动惯量而无弹性变形的转盘和只有弹性变形而无转动惯量的弹簧构成。系统的扭转振动方程为
往复式压缩机扭振分析程序开发及应用

  式中往复式压缩机扭振分析程序开发及应用为角位移,T为激振力,[I]为系统的惯量矩阵,[C]为系统的阻尼矩阵,[K]为系统的刚度矩阵。

  2.2 频域分析

  频域分析是利用传递函数法得到系统的各阶固有频率、振型以及稳态下系统的响应。
  先考虑无阻尼且外力等于0时的自由振动齐次解,即往复式压缩机扭振分析程序开发及应用

  式中往复式压缩机扭振分析程序开发及应用为系统转速,可得到系统的固有频率
  i(i=1,2,……n),利用固有频率可得到振动模态{往复式压缩机扭振分析程序开发及应用  } (i=1,2,……n)。在外加扭矩作用下,系统的动态响应通过模态叠加原理得到
往复式压缩机扭振分析程序开发及应用

  2.3 时域分析