整体齿轮增速式离心压缩机动力学特性研究

发布时间：2017-09-23 07:32

  本文关键词：整体齿轮增速式离心压缩机动力学特性研究

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【摘要】：近年来,整体齿轮增速式离心压缩机在全球范围内迅猛发展。与此同时,我国对这种型号的压缩机需求量也很大,并广泛应用于石油、化工、冶金、制药等各个领域中。目前,虽然国内能够生产制造一些简单型号的齿轮式压缩机,但高端产品仍主要依靠进口。整体齿轮增速式离心压缩机中的齿轮一转子一轴承系统是一个典型的耦合轴系,但国外一些大型压缩机制造厂商在对整体齿轮增速式离心压缩机进行设计时,将耦合轴系分离,分别对单根齿轮轴转子进行设计。齿轮-转子-轴承系统的动力学特性更为复杂,会耦合出新的模态频率、产生新的临界转速与振动峰值。对于该型号压缩机动力学特性的研究,需要以齿轮-转子-轴承系统为研究对象,研究耦合轴系在升速、提升负荷两个过程中的动力学特性。因此,本文以某台四轴六级整体齿轮增速式离心压缩机为研究对象,建立了齿轮-转子-轴承系统有限元模型,并研究了耦合系统在20%-100%负荷功率范围内的以下三方面内容：(1)首先,计算耦合系统在柔性支撑下升速过程中的动力学特性。对耦合系统进行模态分析时发现,模态频率主要为单轴弯曲频率、单轴弯扭耦合频率、多轴弯扭耦合频率。对耦合系统进行不平衡响应分析时发现,轴承处出现了新的振动峰值,轴承处及叶轮处临界转速也发生了改变。(2)其次,分析齿轮-转子-轴承系统在工作转速下不断提升负荷过程中的动力学特性。研究发现,随着负荷不断增大,耦合系统模态频率随之增大,低速轴、中速轴的弯曲扭转耦合频率与其各自激振频率相交于75%负荷处。在80%负荷时,耦合系统不平衡响应中的低速轴、中速轴轴承处出现振动峰值,从理论上解释了工厂中该型号压缩机在提升负荷过程中出现临界负荷的现象。随着负荷增大,单轴弯曲模态频率对应的对数衰减率减小、单轴弯扭耦合频率对应的对数衰减率部分减小、部分增大,多轴弯扭耦合频率对应的对数衰减率增大。(3)研究轴承参数对齿轮-转子-轴承系统动力学特性的影响。研究发现,可倾瓦轴承瓦块排布形式对耦合系统振动特性影响较大,LBP(瓦块间载荷排布形式)要优于LOP(瓦块上载荷排布形式)。随着可倾瓦轴承瓦块数目的增大,耦合系统中轴承处振动幅值减小、叶轮处振动量增大,从振动幅值的角度解释了工程中常选用四瓦、五瓦可倾瓦轴承作为整体齿轮增速式离心压缩机输出齿轮轴的支撑。随着可倾瓦轴承预负荷的增大,耦合系统轴承处振动增大,叶轮处振动减小。
【关键词】：整体齿轮增速式离心压缩机 齿轮-转子-轴承系统 模态分析 不平衡响应分析 临界负荷 轴承参数
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 绪论17-25
• 1.1 课题来源及研究背景17
• 1.1.1 课题来源17
• 1.1.2 研究背景及意义17
• 1.2 齿轮-转子-轴承系统动力学研究现状17-23
• 1.2.1 耦合系统固有特性及不平衡响应研究19-21
• 1.2.2 齿轮及轴承等因素对耦合系统动力学特性影响21-22
• 1.2.3 负荷对耦合系统动力学特性影响22-23
• 1.3 本文主要工作23-25
• 第二章 齿轮-轴承-转子系统动力学基础25-41
• 2.1 有限元法简介25
• 2.2 轴单元25-28
• 2.3 刚性圆盘单元28-29
• 2.4 轴承动力学及轴承单元29-31
• 2.4.1 雷诺方程29-30
• 2.4.2 轴承静载和轴承动力特性30-31
• 2.4.3 轴承单元31
• 2.5 齿轮动力学及啮合刚度矩阵31-36
• 2.5.1 齿轮-转子-轴承系统耦合振动概述31-32
• 2.5.2 齿轮接触点运动32-34
• 2.5.3 齿轮啮合动态力34-35
• 2.5.4 齿轮啮合刚度矩阵35-36
• 2.6 齿轮-转子-轴承系统运动微分方程36-40
• 2.6.1 运动微分方程求解38-39
• 2.6.2 不平衡响应求解39-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第三章 整体齿轮增速式离心压缩机升速过程中动力特性分析41-59
• 3.1 压缩机转子系统模型41-42
• 3.2 压缩机转子系统有限元模型42-47
• 3.2.1 齿轮-轴承载荷计算42-43
• 3.2.2 轴承动力学系数计算43-46
• 3.2.3 啮合刚度矩阵计算46-47
• 3.3 齿轮-转子-轴承系统模态分析47-49
• 3.4 齿轮-转子-轴承系统不平衡响应分析49-56
• 3.4.1 不平衡量大小的确定49-50
• 3.4.2 单轴不平衡响应分析50-52
• 3.4.3 耦合系统不平衡响应分析52-56
• 3.5 本章小结56-59
• 第四章 负荷对整体齿轮增速式离心压缩动力学特性影响59-75
• 4.1 负荷对轴承动力学系数的影响59-63
• 4.2 负荷对齿轮-转子-轴承系统固有频率的影响63-66
• 4.3 负荷对齿轮-转子-轴承系统不平衡响应的影响66-71
• 4.4 负荷对齿轮-转子-轴承系统稳定性的影响71-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第五章 轴承参数对整体齿轮增速式离心压缩机动力学特性影响75-87
• 5.1 轴承瓦块安装形式对齿轮-转子-轴承动力学特性的影响75-80
• 5.2 轴承瓦块数对齿轮-转子-轴承动力学特性的影响80-83
• 5.3 预负荷对齿轮-转子-轴承动力学特性的影响83-86
• 5.4 本章小结86-87
• 第六章 结论与展望87-89
• 6.1 结论87-88
• 6.2 展望88-89
• 参考文献89-91
• 致谢91-93
• 研究成果及发表学术论文93-95
• 作者与导师简介95-96
• 附件96-97

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本文编号：903999