组装型整体齿轮增速离心式压缩机动力学特性研究

发布时间：2017-04-22 23:09

  本文关键词：组装型整体齿轮增速离心式压缩机动力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：组装型整体齿轮增速离心式压缩机以其结构紧凑、承载能力强和工作效率高的特点,广泛应用于石化、空分、冶金和动力站等诸多领域。但是,由于其复杂的动力学特性,目前我国对于六级以上的压缩机组还不能自主生产,基本依赖进口。组装型整体齿轮增速离心式压缩机是一个典型的齿轮转子耦合系统,表现出非常复杂的耦合特性：转子与齿轮的耦合作用、转子与轴承的耦合作用、转子自身的弯扭耦合振动以及转子与转子的振动传递等。因此,传统的单轴转子动力学分析已很难满足设计准则与工程需求,本文以一台在役的三轴六级式离心压缩机为研究对象,建立了完整的齿轮-轴承-转子系统模型,将齿轮动力学与转子动力学理论相结合,主要进行了以下内容的研究： (1)建立齿轮-轴承-转子系统的有限元模型：对刚性支撑下未耦合转子进行模态分析。然后考虑轴承刚度和阻尼的影响,进行柔性支撑下未耦合转子不平衡响应分析。研究耦合转子系统的模态特征,对耦合转子系统进行不平衡响应分析,与未耦合不平衡响应曲线对比,发现临界转速和共振幅值都有所增大,并且由于振动传递的作用,轴系出现了新的临界转速。 (2)探究齿轮和轴承参数的改变对耦合轴系动力特性的影响：齿轮螺旋角在8°-30°之间变化时,耦合轴系固有频率基本保持不变,稳定性随着螺旋角的增大出现波动,最稳定值出现在15°；改变齿轮啮合刚度数量级,耦合轴系固有频率随之增大,稳定性随之出现波动；对轴系在不同轴承支撑形式下进行理论与仿真分析,揭示可倾瓦轴承抑制振动的本质原因。模拟轴系选用不同螺旋角的振动情况,发现选取螺旋角为15°可以降低弯曲和轴向振动,提高系统稳定性。 (3)开展叶轮模态的仿真分析和实验测试,阐述了叶轮频谱分析的理论知识,并绘制了叶轮频谱(SAFE)图,研究了叶轮在叶片通过频率和导叶通过频率激励下,共振的可能性以及失效的模式,为叶轮的可靠性研究提供了理论指导。并通过减少叶片的方法,对该叶轮进行了优化设计,再次对优化叶轮进行频谱(SAFE)分析,得出优化叶轮可以稳定运行的结论。 本文建立了耦合转子有限元模型,分别进行了未耦合与耦合轴系的动力特性分析,对比计算结果探究耦合轴系的动力学特征。研究系统参数对耦合轴系动力特性影响,寻找多轴压缩机最优系统参数。开展叶轮模态的仿真分析与实验测试,并对叶轮进行频谱分析,为叶轮的可靠性研究提供理论指导。
【关键词】：整体齿轮增速式离心压缩机 耦合轴系 模态分析 不平衡响应分析 叶轮频谱图
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH452
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 课题来源及研究背景13-14
• 1.1.1 课题来源13
• 1.1.2 研究背景及意义13-14
• 1.2 转子动力学与齿轮动力学发展历程14-19
• 1.2.1 转子动力学研究进展14-16
• 1.2.2 齿轮动力学研究进程16-17
• 1.2.3 齿轮-轴承-转子系统动力学发展17-19
• 1.3 叶轮振动特性分析概述19-23
• 1.4 本文主要工作23-25
• 第二章 齿轮-轴承-转子系统动力学基础及有限元模型25-43
• 2.1 转子动力学理论25-28
• 2.1.1 转子动力学运动微分方程25-26
• 2.1.2 无阻尼系统模态分析26-27
• 2.1.3 含阻尼系统模态分析27
• 2.1.4 强迫响应计算27-28
• 2.2 轴承动力学28-30
• 2.3 齿轮动力学30-38
• 2.3.1 几何模型与加载条件31-33
• 2.3.2 齿轮啮合坐标系33-34
• 2.3.3 位移法34-37
• 2.3.4 力和力矩的节点方程37
• 2.3.5 影响系数法37-38
• 2.4 动力学建模的基本原则38-39
• 2.5 单元分析39-42
• 2.5.1 轴单元的质量矩阵39-41
• 2.5.2 轴单元陀螺矩阵41
• 2.5.3 惯性单元质量矩阵与陀螺矩阵41-42
• 2.6 齿轮-轴承-转子系统实体结构与有限元单元42
• 2.7 本章小结42-43
• 第三章 组装型整体齿轮增速离心式压缩机动力特性分析43-69
• 3.1 压缩机转子系统模型43-48
• 3.1.1 转轴有限元模型43-47
• 3.1.2 叶轮和齿轮参数47
• 3.1.3 轴承参数47-48
• 3.2 刚性支撑下单轴模态分析48-51
• 3.3 柔性支撑下单轴动力特性分析51-57
• 3.4 负荷对单轴转子动力特性影响57-58
• 3.5 耦合轴系动力特性分析58-67
• 3.5.1 耦合轴系模态分析60-62
• 3.5.2 耦合轴系不平衡响应分析62-67
• 3.6 本章小结67-69
• 第四章 系统参数对耦合轴系动力学特性影响69-87
• 4.1 螺旋角对耦合轴系稳定性影响69-74
• 4.2 啮合刚度对耦合轴系稳定性影响74-75
• 4.3 不同支撑系统对耦合轴系振动特性影响75-80
• 4.4 直齿轮与斜齿轮分析80-82
• 4.5 负荷对耦合轴系动力特性影响82-84
• 4.6 本章小结84-87
• 第五章 叶轮振动特性分析87-101
• 5.1 引言87
• 5.2 叶轮模态的数值计算与实验验证87-91
• 5.2.1 叶轮几何模型87-88
• 5.2.2 叶轮模态仿真计算88-89
• 5.2.3 叶轮模态实验测试89-90
• 5.2.4 叶轮仿真与实验对比90-91
• 5.3 叶轮静模态与动模态分析91-92
• 5.4 叶轮频谱图分析92-97
• 5.4.1 叶轮频谱(SAFE)图理论知识92-94
• 5.4.2 叶轮频谱(SAFE)图绘制方法94
• 5.4.3 叶轮频谱(SAFE)图分析94-97
• 5.5 叶轮优化设计97-98
• 5.6 叶轮强度分析98-100
• 5.7 本章小结100-101
• 第六章 结论与展望101-103
• 6.1 结论101-102
• 6.2 展望102-103
• 参考文献103-107
• 致谢107-109
• 研究成果及发表学术论文109-111
• 作者与导师简介111-112
• 附件112-113

【参考文献】

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本文编号：321438