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1、透平壓縮機(jī)機(jī)組的橫向振動和扭轉(zhuǎn)振動分析賈亞妮/西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院周亞鋒周聰勇/陜西鼓風(fēng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司3摘要：采用轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析軟件MADYN2000，對一臺離心壓縮機(jī)進(jìn)行了橫向振動分析，對一套軸流壓縮機(jī)機(jī)組進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)振動分析，討論了轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析的重要性。關(guān)鍵詞：透平式壓縮機(jī)機(jī)組振動中圖分類號：TH43文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1006-8155（2007）03-0063-03AnalysisonLateralandTorsionalVibrationforTuro-compres
2、sorUnitAbstract:UsingrotordynamicsanalysissoftwareMADYN2000,lateralvibrationanalysisforacentrifugalcompressorisgiven,torsionvibrationanalysisforasuitofaxial-flowcompressorisgiven,theimportanceofrotordynamicsanalysisisdiscussed.KeyWords:turo-compresso
3、runitvibration0引言透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在啟停機(jī)的升速或降速過程中，轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值時，轉(zhuǎn)子發(fā)生強(qiáng)烈振動，轉(zhuǎn)速高于這一數(shù)值后，振幅又減??；振幅出現(xiàn)峰值的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速停滯在臨界轉(zhuǎn)速附近，軸的變形將迅速增大，以至軸或軸上零件乃至整個機(jī)器遭到破壞。因此，透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速應(yīng)避開臨界轉(zhuǎn)速。隨著流程工藝復(fù)雜化，介質(zhì)類型多樣化，機(jī)械設(shè)備朝著大型化、精密化、高效化和高可靠性方向發(fā)展?？缍容^大、剛性較小、外伸端較長的軸被大量采用，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速都有不同程度的降低，更加容易引起共
4、振。對于“轉(zhuǎn)子-齒輪-軸承”系統(tǒng)，整個軸系的扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速相對降低了很多，壓縮機(jī)機(jī)組扭轉(zhuǎn)振動問題也引起了極大的重視。對于這些，需要采用功能相對完備的轉(zhuǎn)子動力學(xué)軟件。能夠進(jìn)行橫向振動、扭轉(zhuǎn)振動等方面的分析?？梢钥紤]多種數(shù)據(jù)：包括軸的幾何尺寸，葉輪、葉片、盤套等的位置以及相關(guān)屬性，軸承的位置以及相關(guān)屬性，聯(lián)軸器相關(guān)屬性，齒輪的相關(guān)屬性，支撐的位置以及相關(guān)屬性，材料屬性，轉(zhuǎn)子速度，不平衡量的大小、相位角和位置，附加的外部載荷的位置以及與時間相關(guān)的屬性，外部激勵的位置以及諧波等。轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析軟件“MAD
5、YN2000”軟件包，具有較強(qiáng)的功能和快捷的性能。該軟件包界面友好，易學(xué)易用、具有豐富的前處理、后處理功能?？梢詫Α稗D(zhuǎn)子-齒輪-軸承”系統(tǒng)進(jìn)行橫向振動、扭轉(zhuǎn)振動、軸向振動等方面的仿真分析。包括有臨界轉(zhuǎn)速分析、不平衡響應(yīng)分析、阻尼特征值分析及轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性分析、瞬態(tài)分析及非線性分析等。可以考慮陀螺效應(yīng)的影響、軸承的影響、基礎(chǔ)的影響及密封的影響及齒輪的影響等。“MADYN2000”軟件包主要采用梁結(jié)構(gòu)，采用的梁理論是鐵木辛柯梁(TimoshenkoBeam)；采用的計算分析方法是有限元法；采用的多項式是
6、埃爾米特多項式。這里，對一臺離心壓縮機(jī)進(jìn)行了橫向振動分析，對一套軸流壓縮機(jī)機(jī)組進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)振動分析。總的轉(zhuǎn)子質(zhì)量為762.1345kg總的極轉(zhuǎn)動慣量為8.5242kg·m2總的直徑轉(zhuǎn)動慣量為231.3688kg·m2重心位置為1129mm轉(zhuǎn)速為195.00r/s，即11700r/min圖1計算模型1橫向振動分析1.1計算模型的建立這里計算分析一臺離心壓縮機(jī)。計算模型考慮了各軸段及葉輪的轉(zhuǎn)動慣量，考慮了滑動軸承8個動態(tài)特性系數(shù)。計算模型如圖1所示。3計算模型建立之后，可立即計算出轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量、總轉(zhuǎn)動
7、慣量、重心位置等，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)核對。1.2計算及分析在分析計算時，進(jìn)行了剛性支承下的特征值計算、滑動軸承支承下的特征值計算、不平衡響應(yīng)分析等。一階不平衡響應(yīng)分析結(jié)果如圖2所示，二階不平衡響應(yīng)分析結(jié)果如圖3所示。結(jié)構(gòu)阻尼為0%圖中上半部分：振幅(μm)——轉(zhuǎn)速(r/min)圖圖中下半部分：相位(deg)——轉(zhuǎn)速(r/min)圖圖2一階不平衡響應(yīng)分析結(jié)果結(jié)構(gòu)阻尼為0%圖中上半部分：振幅(μm)——轉(zhuǎn)速(r/min)圖圖中下半部分：相位(deg)——轉(zhuǎn)速(r/min)圖圖3二階不平衡響應(yīng)分析結(jié)果在不平
8、衡響應(yīng)分析結(jié)果里，可直接顯示出橫向臨界轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，使用非常方便。該離心壓縮機(jī)的工作轉(zhuǎn)速為11700r/min,經(jīng)過計算，可得到一階臨界轉(zhuǎn)速為4099r/min,二階臨界轉(zhuǎn)速為21590r/min，該轉(zhuǎn)子在設(shè)計轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時不會發(fā)生橫向振動。2扭轉(zhuǎn)振動分析2.1計算模型的建立計算和分析了一套軸流壓縮機(jī)機(jī)組，該壓縮機(jī)機(jī)組由電機(jī)、齒輪箱、軸流壓縮機(jī)和膜片聯(lián)軸器組成。高速軸轉(zhuǎn)速：4545r/min，低速軸轉(zhuǎn)速：1500r/min，速比為3.030。計算程序采用MADYN2000軟件，模型共分2個連續(xù)軸系，
