一种往复式压缩机曲轴系统扭振计算方法技术方案

本发明专利技术提供一种往复式压缩机曲轴系统扭振计算方法，包括以下步骤：S1、分析压缩机轴系激励载荷；S2、建立压缩机轴系三维几何模型及轴系集中参数模型，获取轴系结构参数；S3、采用拉格朗日法建立轴系扭振动力学模型；S4、分析轴系无阻尼自由振动，求解轴系固有频率，根据API618标准判断轴系是否共振；S5、分析轴系强迫振动，掌握轴系扭振响应规律。本发明专利技术方法考虑压缩过程中存在的泄露、气阀延迟、外界热交换等因素对激励载荷的影响，通过ANSYS、Matlab软件，结合拉格朗日法、龙格库塔法建立轴系扭振动力学模型，求解轴系固有频率，掌握轴系扭振响应规律，提高压缩机建立动力学模型的准确性，为轴系扭振的计算提供一种可靠方法。为轴系扭振的计算提供一种可靠方法。为轴系扭振的计算提供一种可靠方法。

【技术实现步骤摘要】
一种往复式压缩机曲轴系统扭振计算方法


[0001]本专利技术提供一种往复式压缩机曲轴系统扭振计算方法，属于往复式压缩机曲轴扭振研究领域。

技术介绍

[0002]往复式压缩机是石油化工领域的重要动力设备，在油气开采、集输增压等方面发挥着重要作用。曲轴系统是压缩机内的关键零部件，在工作过程中，受到复杂交变载荷，加之曲轴各轴颈间转速不一致，导致曲轴发生扭转振动，若轴系固有频率和激励力频率重合或相近时，轴系会产生共振，使振动加剧，容易引发烧瓦、联轴器连接螺栓断裂和曲轴断裂等现象，降低生产效率，严重时会引发安全事故。因此，开展往复式压缩机曲轴系统扭振特性的研究必不可少。
[0003]在轴系扭振机理研究方面，传统方法上主要从固有频率、复杂载荷作用下的时域响应以及结合多体动力学的方式得到轴系的应力分布，但分析过程存在载荷过度简化的问题，不能对轴系扭振现象做出合理准确预测；因此，考虑实际压缩过程中存在的泄露、气阀延迟、外界热交换等因素对激励载荷的影响，建立轴系扭振动力学模型，求解轴系固有频率，掌握实际压缩过程的轴系扭振响应规律，提高压缩机建立动力学模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种往复式压缩机曲轴系统扭振计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定压缩机实际工作情况下的循环P
‑
V图，掌握气缸内压力随曲柄转角的变化规律；对曲轴系统简化后的曲柄连杆机构进行受力分析，掌握轴系阻力矩和驱动力矩随曲柄转角的变化规律；S2：根据往复式压缩机轴系结构参数，利用三维建模软件SolidWorks建立往复式压缩机轴系的三维几何模型，其中包括：电机、联轴器、曲轴；S3：根据S2中建立的三维几何模型，结合往复式压缩机轴系结构特点，建立轴系的集中参数模型；S4：根据S3中的集中参数模型，利用三维建模软件SolidWorks、有限元软件ANSYS和理论公式计算各圆盘对应转动惯量、扭转刚度以及各圆盘间相对扭转阻尼及外部阻尼，得到轴系结构参数；S5：在S3中所得轴系集中参数模型的基础上，建立轴系广义坐标，利用拉格朗日法，建立轴系扭振动力学模型，将轴系扭振动力学模型进行拆解，表达成一阶微分方程组的形式，得到轴系扭振响应方程组：式中：J为各圆盘转动惯量，c为圆盘间阻尼，k为圆盘扭转刚度，T为激励力矩，θ为位移向量；S6：在S5中所建立的轴系扭振动力学模型的基础上，忽略阻尼的影响，令S6：在S5中所建立的轴系扭振动力学模型的基础上，忽略阻尼的影响，令得到轴系无阻尼自由振动微分方程：式中：J为转动惯量矩阵，K为刚度矩阵，θ为角位移向量；在无阻尼多自由度系统引入轴系各圆盘振动解析解求轴系特征方程[[K]
‑
p2[J1]][A
P
]＝0的特征向量和特征值，利用Matlab软件计算轴系前十阶非零固有频率，绘制轴系对应前十阶振型图，找到最大振动幅值出现的部位；根据API618标准，所得轴系频率应在十倍基频正负5％以外，利用Matlab软件绘制前三阶Campbell图，判断轴系是否共振；S7：分析轴系强迫振动，利用龙格库塔法求解S5中得到的轴系扭振响应方程组，求得轴系扭转角度及角速度随时间变化曲线，掌握轴系扭振响应规律，为其结构优化提供依据。2.根据权利要求1所述的一种往复式压缩机曲轴系统扭振计算方法，其特征在于，所述
步骤S1中，活塞在气缸内受到气体力、往复惯性力以及摩擦力，合成综合活塞力：F
P
＝F
g
+F
j
+F
f
ꢀꢀ
(3)式中：F
g
为气体力，F
j
为往复惯性力，F
f
为摩擦力；综合活塞力在十字头处分解为连杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志强，王杰，李涛，陈振，张克海，马亚超，李刚，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：