搜索压缩机机组的横向振动和扭转振动分析
2013-06-17 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线
透平压缩机转子在启停机的升速或降速过程中,转速达到某一数值时,转子发生强烈振动,转速高于这一数值后,振幅又减小;振幅出现峰值的转速称为临界转速。如果转子的转速停滞在临界转速附近,轴的变形将迅速增大,以至轴或轴上零件乃至整个机器遭到破坏。因此,透平压缩机转子的转速应避开临界转速。
随着流程工艺复杂化,介质类型多样化,机械设备朝着大型化、精密化、高效化和高可靠性方向发展。跨度较大、刚性较小、外伸端较长的轴被大量采用,压缩机转子临界转速都有不同程度的降低,更加容易引起共振。对于“转子-齿轮-轴承”系统,整个轴系的扭转临界转速相对降低了很多,压缩机机组扭转振动问题也引起了极大的重视。
对于这些,需要采用功能相对完备的转子动力学软件。能够进行横向振动、扭转振动等方面的分析。可以考虑多种数据:包括轴的几何尺寸,叶轮、叶片、盘套等的位置以及相关属性,轴承的位置以及相关属性,联轴器相关属性,齿轮的相关属性,支撑的位置以及相关属性,材料属性,转子速度,不平衡量的大小、相位角和位置,附加的外部载荷的位置以及与时间相关的属性,外部激励的位置以及谐波等。
转子动力学分析软件“MADYN 2000”软件包,具有较强的功能和快捷的性能。该软件包界面友好,易学易用、具有丰富的前处理、后处理功能。可以对“转子-齿轮-轴承”系统进行横向振动、扭转振动、轴向振动等方面的仿真分析。包括有临界转速分析、不平衡响应分析、阻尼特征值分析及转子稳定性分析、瞬态分析及非线性分析等。可以考虑陀螺效应的影响、轴承的影响、基础的影响及密封的影响及齿轮的影响等。
“MADYN 2000”软件包主要采用梁结构,采用的梁理论是铁木辛柯梁(Timoshenko Beam);采用的计算分析方法是有限元法;采用的多项式是埃尔米特多项式。
这里,对一台离心压缩机进行了横向振动分析,对一套轴流压缩机机组进行了扭转振动分析。
图1 计算模型
1 横向振动分析
1.1 计算模型的建立
这里计算分析一台离心压缩机。计算模型考虑了各轴段及叶轮的转动惯量,考虑了滑动轴承8个动态特性系数。计算模型如图1所示。
计算模型建立之后,可立即计算出转子的总质量、总转动惯量、重心位置等,便于进行数据核对。
1.2 计算及分析
在分析计算时,进行了刚性支承下的特征值计算、滑动轴承支承下的特征值计算、不平衡响应分析等。一阶不平衡响应分析结果如图2所示,二阶不平衡响应分析结果如图3所示。
图2 一阶不平衡响应分析结果
图3 二阶不平衡响应分析结果
在不平衡响应分析结果里,可直接显示出横向临界转速等数据,使用非常方便。
该离心压缩机的工作转速为11700r/min,经过计算,可得到一阶临界转速为4099r/min,二阶临界转速为21590 r/min,该转子在设计转速下运行时不会发生横向振动。
2 扭转振动分析
2.1 计算模型的建立
计算和分析了一套轴流压缩机机组,该压缩机机组由电机、齿轮箱、轴流压缩机和膜片联轴器组成。高速轴转速:4545 r/min,低速轴转速:1500 r/min,速比为3.030。计算程序采用MADYN 2000软件,模型共分2个连续轴系,模型分布图如图4所示。
图4 机组的模型分布图
图5 扭转振动CAMPBELL图
2.2 计算及分析
在分析计算时,进行了特征值分析、阻尼特征值分析等,扭转振动CAMPBELL图如图5所示,扭转振动一阶振型图如图6所示,扭转振动二阶振型图如图7所示,扭转振动三阶振型图如图8所示。
图6 扭转振动一阶振型图
图7 扭转振动二阶振型图
图8 扭转振动三阶振型图
计算的一阶扭转临界转速为1173 r/min(19.55 Hz),二阶扭转临界转速为3810 r/min(63.50 Hz),三阶扭转临界转速为18217r/min(303.62 Hz)。根据有关标准,要求机组各阶扭转临界转速应避开1倍,2倍工作转速±10%这一范围,从机组的扭振CAMPBELL图和各阶扭转临界转速振型图可以看出,该机组扭转振动计算结果满足了相关要求。
3 结论
目前,各个方面对转子动力学分析的要求都在不断提高,进行横向振动、扭转振动等方面的分析也越来越多,振动特性测试、振动监测保护等方面的工作也增加了很多。这样,转子动力学分析、试车测试、监测保护等工作可以有机地结合起来,以便机组更平稳地运行。
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