大型往复式压缩机轴系动力学特性研究

发布时间：2021-08-29 19:30

　　往复式压缩机是石油化工行业关键的动力设备。曲轴作为往复式压缩机的关键核心部件,在机组运转过程中承受着随时间进行周期性变化的交变载荷。正是这种交变载荷的作用,使得曲轴产生弯曲、扭转以及弯扭组合等各种振动。曲轴高速旋转产生的振动是引发压缩机机组共振的重要因素,轴系动力学特性不仅影响着曲轴的使用寿命,而且直接关系到机组的安全性和稳定性,对压缩机其他零部件的寿命和性能也将产生很大的负面影响,尤其对连杆瓦、主轴瓦以及气阀等零部件的影响最为明显。随着化工流程的不断扩大,往复式压缩机向大型多列方向发展,曲轴列数的增加,轴系扭转固有频率减小,轴系共振现象频繁发生,轴系动力学问题已成为往复式压缩机向多列、高转速方向发展的技术瓶颈,大型往复式压缩机轴系动力学分析与研究已受到广大科技工作者的高度重视。本文针对6M50型往复式压缩机运转过程中以及后续产品改进过程中出现的断轴、烧连杆瓦问题,对大型往复式压缩机轴系动力学进行分析与研究。利用德国博尔齐格（BORSIG）公司BX系列压缩机专用KOL热-动力分析平台,获得连杆传递到曲柄销上的切向力、法向力、谐波载荷以及电动机转子承受的扭转力矩等外部激励载荷。采用有限单... 

【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 国内外往复式压缩机技术研究现状及发展动态
        1.2.1 国内外往复式压缩机研究现状
        1.2.2 国内外往复式压缩机发展动态
    1.3 国内外轴系动力学研究现状
        1.3.1 轴系动力学研究概况
        1.3.2 轴系动力学常用分析方法
        1.3.3 轴系动力学研究常用试验方法
    1.4 曲轴轴系的动力学问题
    1.5 本文研究的主要内容
第二章 结构动力学基本理论及其分析方法
    2.1 引言
    2.2 结构动力学基本理论
        2.2.1 达朗伯原理
        2.2.2 虚位移原理
        2.2.3 变分法
        2.2.4 动力学方程的求解方法
    2.3 有限单元法
    2.4 常用有限元分析软件
    2.5 本章小结
第三章 往复式压缩机曲轴静力学分析
    3.1 引言
    3.2 问题描述
    3.3 曲轴交变载荷的确定
    3.4 曲轴静力学分析模型的构建
        3.4.1 几何模型的建立
        3.4.2 单元类型的选择
        3.4.3 材料属性的定义及有限元网格的划分
    3.5 曲轴交变载荷及位移约束的施加
    3.6 应力求解及数据处理
        3.6.1 曲轴等效应力及主应力的确定
        3.6.2 曲轴正应力和剪应力的确定
        3.6.3 曲轴强度分析
    3.7 本章小结
第四章 往复式压缩机轴系模态分析
    4.1 引言
    4.2 考虑惯性质量轴系动力分析模型的构建
    4.3 轴系转速阻尼及位移约束的施加
    4.4 轴系模态分析
    4.5 轴系额定转速下的共振分析
    4.6 轴系变转速下的共振分析
    4.7 本章小结
第五章 往复式压缩机轴系动态响应分析
    5.1 引言
    5.2 轴系谐响应分析
        5.2.1 轴系谐频与稳态载荷的分离
        5.2.2 稳态载荷作用下轴系静力学分析
        5.2.3 谐频载荷作用下轴系谐响应分析
        5.2.4 综合载荷作用下谐响应分析
    5.3 轴系瞬态响应分析
        5.3.1 瞬态载荷的确定
        5.3.2 瞬态载荷与位移约束的施加
        5.3.3 问题求解及数据分析
        5.3.4 轴系不同转速的瞬态响应分析
        5.3.5 轴系"拍"振分析
    5.4 轴系附加应力分析
    5.5 本章小结
第六章 往复式压缩机轴系改进前后动力学性能对比分析
    6.1 引言
    6.2 结构参数对压缩机轴系动力特性的影响
    6.3 轴系结构改进与往复式压缩机总体设计方案
    6.4 轴系改进前后模态分析与比较
    6.5 改进轴系动力学分析与比较
    6.6 改进后轴系动力学运转实验
    6.7 本章小结
第七章 结论
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]压缩机曲轴断裂破坏分析[J]. 许宝森.  压缩机技术. 2009(03)
[2]往复压缩机管线的振动分析方法探究[J]. 郭文涛,肖明鑫.  压缩机技术. 2009(02)
[3]活塞压缩机曲轴的强度计算[J]. 张秀兰,邢万坤.  压缩机技术. 2009(02)
[4]活塞式压缩机曲轴有限元分析[J]. 张勇,陈浩.  通用机械. 2009(02)
[5]压缩机曲轴的模态分析和疲劳分析[J]. 赵斌.  石油化工设备. 2008(05)
[6]瞬态动力学计算轴系强制扭转振动[J]. 马逢峻,郁其祥.  柴油机. 2007(05)
[7]发动机曲轴动态响应分析技术研究[J]. 张艳岗,张保成.  柴油机设计与制造. 2006(04)
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博士论文
[1]大型压缩机动力学分析与噪声预测[D]. 刘成武.南京理工大学 2006
[2]铰接式自卸车橡胶悬架系统多体动力学分析、试验研究与优化[D]. 许志华.东南大学 2005
[3]依维柯汽车多体动力学仿真分析、优化研究及工程实现[D]. 苏小平.南京理工大学 2004

硕士论文
[1]脉动流中振动圆管外对流换热的数值分析及实验研究[D]. 李宝兴.山东大学 2010
[2]大型工业压缩机曲轴动态特性分析[D]. 张弘钧.南京理工大学 2007
[3]KM385BZL曲轴动态特性模拟[D]. 金运涛.哈尔滨工业大学 2006
[4]大型压缩机曲轴特性研究[D]. 张海峰.南京理工大学 2005
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本文编号：3371245