往复压缩机管线振动耦合特性分析与控制

发布时间：2017-04-11 23:14

  本文关键词：往复压缩机管线振动耦合特性分析与控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：往复式压缩机在石化、电力、采矿等多个工业领域应用广泛,但是其工作原理本身引发的管道内周期性的压力脉动激励,会使管道系统产生剧烈振动,严重影响了装置的安全运行。近年来,对流固耦合的研究已经逐渐成为工程应用的热点。本文主要借助有限元分析软件ANSYS对充气管道进行流固耦合分析和工程实际问题的研究,主要做了以下五个方面的工作:1、对往复式压缩机管线的机械结构系统振动理论和管内气柱系统有限元分析理论进行了阐述。对于单独分析流体域和固体域存在的不足,引出了气固耦合理论,基于伽辽金法建立了气固耦合有限元方程,为基于ANSYS Workbench建立充气管道的流固耦合振动数值模型和边界条件的合理设置提供支撑。2、搭建了管道振动特性测试实验平台,对孔板+缓冲罐消振进行了实验研究,实验结论最佳孔板孔径比选取区间为0.4~0.5,与工程中推荐的孔径比区间相吻合。此外,通过对实验管道系统充气前后的对比分析,得出耦合因素造成的振动响应,为气固耦合仿真模拟的正确性提供验证。为后续耦合场模拟提供基础数据。3、基于上述实验系统建立数值模型,通过实验脉动值对模型施加边界条件进行仿真,验证了模拟方案的可行性。并讨论了气固耦合对典型复杂管线系统模型模态特性的影响,结果表明,随介质密度、流速、压力和弹性模量增加,固有频率显著升高,但振型基本不变。4、就工程实际中一套在役压缩机机组及进出口管线的剧烈振动问题进行了分析,基于上述分析,在可忽略耦合效应的前提下,提出了引入结合部等效参数修改的技术建立还原真实振动现场模型的思路。实测结果验证了模型的准确性,对一体化模型提出增加6个支撑的结构动力优化方案,数值验证结果表明,优化后系统最大振动位移降幅达到97%,振动能量分布均匀。
【关键词】：压缩机管线 气固耦合 有限元 动力特性 振动控制
【学位授予单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 管道流固耦合研究现状和发展趋势16-25
• 1.2.1 理论研究16-21
• 1.2.2 数值计算21-22
• 1.2.3 耦合场模拟22-23
• 1.2.4 实验研究23-24
• 1.2.5 工程应用24-25
• 1.3 本文研究主要内容25-27
• 第二章 往复式压缩机管道振动基本理论27-45
• 2.1 管道结构动力学理论27-32
• 2.1.1 力学运动方程28
• 2.1.2 单元动力学方程28-30
• 2.1.3 动力学有限元分析30
• 2.1.4 载流管控制方程30-31
• 2.1.5 管系控制方程31-32
• 2.2 管内气柱系统分析理论32-38
• 2.2.1 连续性方程33-34
• 2.2.2 运动方程34
• 2.2.3 平面波动方程34-36
• 2.2.4 管内气柱有限元方程36-38
• 2.3 流固耦合模型38-43
• 2.3.1 管内流固耦合模型假设38
• 2.3.2 基本方程38-40
• 2.3.3 采用伽辽金法建立气固耦合有限元方程40-41
• 2.3.4 ANSYS流固耦合分析简介41-43
• 2.4 小结43-45
• 第三章 管道振动耦合特性实验研究45-63
• 3.1 实验系统搭建45-46
• 3.2 振动实验装置及测试系统46-52
• 3.2.1 压缩机及管路系统46-48
• 3.2.2 硬件测试系统48-51
• 3.2.3 软件测试系统51-52
• 3.3 实验方法52-62
• 3.3.1 限流孔板对压力脉动消减作用研究54-59
• 3.3.2 耦合场动态响应实验研究59-62
• 3.4 小结62-63
• 第四章 耦合场仿真模拟63-77
• 4.1 实验管路系统仿真63-68
• 4.2 典型管线耦合场模态分析68-76
• 4.2.1 介质密度对管道固有频率的影响70-73
• 4.2.2 介质压力对管道固有频率的影响73-74
• 4.2.3 介质流速对管道固有频率的影响74-75
• 4.2.4 弹性模量对管道固有频率的影响75-76
• 4.3 小结76-77
• 第五章 管线系统振动控制技术研究77-99
• 5.1 管线振动控制方法77-80
• 5.2 工程案例分析80-81
• 5.3 管线精确建模技术研究81-83
• 5.4 管系结构动力优化83-92
• 5.4.1 建立数值模型83
• 5.4.2 现场实测数据83-85
• 5.4.3 结合部等效参数求解85-87
• 5.4.4 使用等效参数前后振动特性分析87-90
• 5.4.5 管道系统结构改进90-92
• 5.5 优化模型振动能量分布校验92-98
• 5.5.1 一体化模型的建立93-94
• 5.5.2 整体改造方案94-95
• 5.5.3 实施控制方案后系统振动特性分析95-97
• 5.5.4 能量分布评价97-98
• 5.6 小结98-99
• 第六章 结论与展望99-101
• 6.1 工作总结及结论99-100
• 6.2 课题研究展望100-101
• 参考文献101-107
• 研究成果及发表的学术论文107-108
• 致谢108-109
• 作者及导师简介109

【参考文献】

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本文编号：300214