透平压缩机机组的横向振动和扭转振动分析CAE.doc

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1、透平压缩机机组的横向振动和扭转振动分析CAECAE,压缩机,机组,振动分析采用转子动力学分析软件MADYN2000，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，讨论了转子动力学分析的重要性。0引言    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

2、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

3、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“MADYN2000”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。    “MADYN2000”软件包主要采用梁结构，采用的梁理论

4、是铁木辛柯梁(TimoshenkoBeam)；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

5、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。    采用转子动力学分析软件MADYN2000，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，讨论了转子动力学分析的重要性。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

6、21590r/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：4545r/min，低速轴转速：1500r/min，速比为3.030。计算程序采用MADYN2000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

7、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1173r/min（19.55Hz），二阶扭转临界转速为3810r/min（63.50Hz），三阶扭转临界转速为18217r/min（303.62Hz）。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

8、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