基于弯扭组合模型的压缩机曲轴扭振分析

曲轴作为压缩机的关键部件,其扭转振动是引起压缩机共振故障的重要因素。针对大型往复式压缩机曲轴复杂的结构特点和曲轴扭转振动的实际情况,提出具有连续分布质量的等截面轴和弯曲梁相组合的曲轴扭振模型,以曲柄臂和等截面轴的扭转振动微分方程为基础,推导给出了计算曲轴扭振固有频率的状态方程。大型曲轴实例分析结果表明,此方法的计算精度优于传统的集中质量模型、阶梯轴模型,非常接近有限元结果,适合大型往复式压缩机轴系的快速设计计算。     

一种确定压缩机轴系弹簧质量模型参数的方法

压缩机轴系扭振问题在工业应用中十分常见,大型压缩机组通常要进行轴系扭转振动分析,以防止轴系破坏。集中质量模型是求解轴系扭振问题的一种简便且有效的方法,准确的弹簧质量模型是开展分析工作的基础。结合扭振模型的数学特性,提出了一种利用已知系统固有频率和振型,计算轴系集中质量和刚度数据的方法。     

往复式压缩机轴系扭振参数优化设计

往复式压缩机轴系的扭转振动是影响其可靠性的重要因素,而轴系各部分扭振参数的合理配置对其扭振特性具有较大的影响,因此对其扭振参数优化设计具有重要意义。基于刚柔耦合多体动力学理论,以飞轮的转动惯量、联轴器的转动惯量及其扭转刚度为设计变量,分析其对轴系扭振特性的影响。采用最优拉丁超立方试验方法进行采样,获取25组样本点,建立刚柔耦合多体动力学模型,通过仿真计算其扭振响应;根据试验结果建立最大扭振角位移和一阶扭转固频与倍频程的中心频率分开裕度的二阶响应面模型;采用多目标遗传算法对建立的近似模型寻优,得到前沿解集。结果表明,所建立响应面模型能够有效的描述影响因素与目标间的关系,且优化后的轴系扭振特性得到了有效的改善。     

往复压缩机轴系扭振谐响应分析

往复压缩机是石油化工行业关键的动力设备,轴系动力学特性直接影响压缩机机组运转的可靠性。以某6列往复压缩机为例,利用有限单元法对轴系进行模态和谐响应分析。结果表明:轴系存在弯曲、扭转以及弯扭组合等多种模态振型;扭转共振是轴系动力学特性主要表现形式;轴系扭转共振通常只考虑一阶扭转模态振型,二阶及以上扭转模态可忽略不计。该结论对大型往复压缩机研制及故障诊断有重要的指导作用。     

透平压缩机轴系扭振与齿轮啮合刚度影响

以大型透平压缩机组轴系为对象,提出了以连续质量的传递矩阵法求解在计及齿轮啮合刚度情况下轴系扭转振动的固有频率和振型的计算方法;并以某工业透平压缩机组轴系为例,探讨了齿轮啮合刚度对轴系扭振频率特性的影响。     

ANSYS在多列往复压缩机轴系扭振分析中的应用

随着石油化工流程规模的不断扩大,往复压缩机向超大型多列方向发展。压缩机列数的增加,导致轴系扭转固有频率降低,轴系出现扭转振动的可能性变大;经验表明,研制6列以上大型往复压缩机,必须进行轴系扭振分析。有限元技术的发展,为压缩机轴系的动力分析提供了新的解决方案。以6M50型往复压缩机为分析对象,利用ANSYS软件对轴系进行了静力分析、模态分析和动态响应分析。结果表明,该分析技术可以全面系统地分析轴系各项动力特性,可以直观准确地获得轴系不同部位、不同时刻的应力分布,为大型往复压缩机轴系设计提供可靠的理论依据。     

风电增速箱综合性能试验台传动系统扭振分析

为研究风电增速箱综合性能试验台扭转振动特性,采用集中参数法建立了风电增速箱试验台传动系统的扭转振动模型,通过求解轴系的扭转振动微分方程,得到了试验台轴系的扭振频率及对应振型,进而研究了扭转振动模式和行星轮振动模式下风电增速箱台架系统的振动特征。结果表明,额定转速下风电增速箱综合性能试验台不会出现轴系扭振故障。     

某航空发动机扭振减振器失效机理分析

为了探究某航空发动机曲轴扭振减振器的失效机理,采用有限元法对该发动机轴系进行了模态分析,并进行了试验验证;基于轴系扭纵耦合振动理论和谐响应分析计算了该轴系的轴向振动位移幅值;在此基础上对扭振减振器进行了失效分析。研究结果表明,因该航空发动机经常工作在过渡工况,引起轴系扭转共振和扭纵耦合振动,使得轴系轴向位移较大,轴系产生的轴向力是造成该扭振减振器失效的最主要原因。     

往复压缩机轴系动力学结构改进

以某大型4列往复压缩机曲轴系为研究对象,用Ansys有限元建模的方式,对曲轴进行模态分析和谐响应分析。分析发现原曲轴系存在扭转振动隐患,通过调整设计参数,改善了曲轴系扭振状况,改进了曲轴动力学特性。     

基于扭矩测试的轴系扭转振动研究

对于低转速定频压缩机来说,激励倍频之间比较接近,采用集中参数法计算轴系固有频率时,容易因为计算误差导致分析结果与激励倍频重合,从而引发扭转振动共振导致压缩机故障,因此如何有效的计算并测试验证压缩机轴系扭转振动模型具有非常大的工程价值。本文利用无线应变测试仪测试了某压缩机轴系的动态扭矩并进行频谱分析,得到电机轴产生裂纹的原因。然后建立轴系集中参数模型,计算了轴系无阻尼固有频率值,判断出轴系发生了扭转振动共振。通过修改飞轮的转动惯量,避开了扭转振动共振,采用瑞利(Rayleigh)阻尼结合热动力计算结果计算了非共振工况下的扭转振动,在相同的压缩机工况及相同的位置再次对轴系扭转振动进行测试,对比测试结果和扭转振动计算结果进行分析,得到误差小于5%的结论,验证了轴系扭转振动模型有效。本文为压缩机轴系发生扭转振动过大或产生裂纹的故障提供了解决思路。     

往复压缩机曲轴扭振计算软件的开发与应用

利用Visual Basic 6.0和MATLAB混合编程技术开发了往复压缩机轴系扭振计算程序.该程序能够进行曲轴扭振的模态计算和动态响应计算,同时,还可以进行压缩机动力计算.其中,对自由振动采用了传递矩阵法;对强迫振动,则在考虑转速波动对激振力影响的基础上,采用了瞬态动力学的计算方法.通过对相关实例进行分析和结果对比,验证了该程序的可行性及工程实用价值.     

大型活塞压缩机曲轴振动分析（一）——模态分析

随着往复压缩机向大型化和高速化方向发展,曲轴因扭振而产生破坏的可能性在迅速增大,对压缩机曲轴扭振研究的要求越来越迫切。而影响曲轴扭振的最主要因素是曲轴的模态。以某大型压缩机曲轴为例,对曲轴进行简化,利用ANSYS软件以Timoshenko 3-节点梁单元为基础,考虑轴承油膜的作用,对压缩机曲轴模态进行了计算。该模型还可以用来对曲轴进行谐响应分析和强迫振动分析。利用Lanzos方法提取了曲轴前7阶模态,结果显示曲轴的第一阶模态为29.073Hz,振型为整体扭转振动。考虑吸排气过程中气阀阀片运动产生的气流脉动对激振力的影响,对激振力进行傅里叶分解,得出激振力的功率谱密度图,以判断该曲轴在工作条件下是否会发生扭转共振。     

往复压缩机轴系扭振有限元分析

某6列往复压缩机因曲轴扭振,出现烧连杆瓦和断轴现象,调整压缩机曲轴转速及行程后,问题得到解决。利用Ansys有限元软件,建立调整前、后轴系有限元模型,分别对各轴系进行模态和瞬态动力分析。结果发现,轴系第1列曲柄销上节点振幅共振时远大于第6列,在压缩机第1、2列连杆瓦处产生冲击载荷的可能性很大,从理论上揭示曲轴多次在第2列曲柄根部断裂的原因;在同等共振状态下,压缩机行程的减小与曲柄振幅的降低成非线性关系得到确认。     

曲轴轴系的扭转振动计算

以一款自主研制的CFA系列压缩机的曲轴为例,介绍如何把实际的曲轴扭振系统换算成当量系统,如何进行曲轴轴系的扭转振动计算。     

一种分体式海洋平台用往复式天然气压缩机解决方案

某海洋平台需要3台往复式天然气压缩机,并对压缩机橇块尺寸、重量、运行方式、安装型式等提出了特殊要求,针对用户的这些特殊需求,以及压缩机设计的一般规律,对机组进行了气流脉动及扭转振动分析,对各底座进行了强度分析,形成了满足实际使用需求的分体式海洋平台用往复式天然气压缩机解决方案。     

四列氮氢气往复压缩机外力及其平衡的分析与计算

以4M50-27.3/18.5-260型氮氢气往复压缩机为研究对象,分析了作用在其曲柄连杆机构上的各作用力,从振动的角度对其受力进行分析与分类,可知往复惯性力、旋转惯性力及倾覆力矩能传到机器外部而引起压缩机的振动,属于“外力（或外力矩）”,并用Matlab软件,计算分析且绘制了压缩机列的气体力、往复惯性力、往复摩擦力和活塞力图.利用添加基础或弹性支承或者通过各列曲拐错角的合理配置的方法,对引起振动的外力进行平衡,有效减小机器的振动与噪声.     

往复式甲烷压缩机曲轴断裂原因

某往复式甲烷压缩机曲轴在运行过程中发生断裂,通过断口宏观和微观形貌观察、化学成分分析、显微组织观察和力学性能测试等方法,研究了曲轴断裂的原因。结果表明:曲轴发生了扭转疲劳断裂;在交变扭转应力的作用下,曲轴主轴颈不规则且粗糙的过渡圆角和油孔附近粗糙的机械加工痕迹处产生应力集中,导致微裂纹萌生;组织中严重的带状回火屈氏体、大小不均匀的晶粒以及非金属夹杂物导致曲轴的力学性能变差,加速了疲劳裂纹的扩展;建议严格控制曲轴的热处理和制造工艺,优化曲轴结构设计,防止类似事故的再次发生。     

解决往复压缩机振动的两个方案

针对大型往复压缩机振动大的问题,提出了两种完全可以平衡掉一阶惯性力和一阶不平衡惯性力矩的方法,最大限度地降低机组的振动值,提高曲轴转速。     

往复压缩机强度、扭振及驱动电机计算软件的开发

介绍了基于Visual Basic 6.0开发,主要用于工艺用大型往复压缩机分析的计算软件。软件人机交互界面友好,易于操作。软件可以完成压缩机曲轴的强度分析、轴系扭转振动计算以及驱动电机电流波动的计算。