【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及压缩机轴系振动分析，具体是一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法。
技术介绍
1、压缩机作为工业气体压缩的动力设备，其运行安全平稳性对工业生产运输来说有着重要意义，在对压缩机进行设计的过程中需要对其轴系进行扭转振动分析以保证轴系的安全稳定，但因为从物理模型简化成数学模型的过程中存在误差的缘故，无论是采用集中参数法计算或者是有限元方法计算，扭转振动计算结果与实际压缩机轴系运行之间都会存在一定的差异。从现有的集中参数法、有限元法等方法来看，造成这种误差的原因有很多，比如模型简化、机组装配、润滑阻尼非线性等无法避免的原因，现阶段对于此类误差没有很好的解决方法，通常依靠增加安全系数来保证机组的安全，因此经过扭转振动分析后，设计生产出来的机组是否运行在最优范围也无从得知，压缩机现场也经常发生经过扭转振动分析之后仍然出现机组振动过大或者共振断轴的问题，因此亟待解决。
技术实现思路
1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法。本专利技术准确分析压缩机轴系的振动状态，以使压缩机轴系处于安全运行范围内，进而提高压缩机运行的安全稳定性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，包括以下分析步骤：
4、s1、计算压缩机轴系各组成部分的扭转惯量、扭转刚度和切向力；
5、s2、利用转动惯量和扭转刚度计算压缩机
6、s3、结合固有频率和切向力计算压缩机轴系的振动类型；
7、s4、校核压缩机轴系危险截面的扭转疲劳安全系数；
8、s5、根据扭转固有频率和扭转疲劳安全系数，调整压缩机轴系中飞轮的转动惯量，再复算扭转固有频率和扭转疲劳安全系数是否满足设计要求。
9、作为本专利技术再进一步的方案：压缩机轴系包括由n个依次连接的曲拐组成的曲轴、同轴连接在曲轴后端轴上的飞轮，以及通过弹性联轴器与飞轮同轴连接的电机转子；
10、沿着曲轴，从前轴端向后轴端对各个曲拐依次进行编号，分别构成第一曲拐、第二曲拐、…、第n曲拐；
11、每个曲拐均包括一根连杆轴颈、两个对称布置在连杆轴颈两端的曲柄，以及两根分别布置在对应曲柄外侧面上的曲轴主轴颈；且第一曲拐靠外侧的曲轴主轴颈构成曲轴的前端轴，第n曲拐靠外侧的曲轴主轴颈构成曲轴的后端轴；
12、在第一曲拐处，第一曲拐的转动惯量、第一曲拐上安装的活塞连杆的转动惯量、十字头的转动惯量，以及活塞的转动惯量组合构成压缩机轴系的第一转动惯量；
13、以此类推，则构成有第二曲拐处的第二转动惯量、…、第n曲拐处的第n转动惯量；从曲柄后端轴到飞轮处的组成部分的转动惯量构成压缩机轴系的第n+1转动惯量；电机转子的转动惯量构成压缩机轴系的第n+2转动惯量；
14、沿着曲轴的轴向，第一曲拐的轴向对称面到第二曲拐的对称面之间形成第一扭转刚度；第二曲拐的轴向对称面到第三曲拐的对称面之间形成第二扭转刚度；以此类推，第n-1曲拐的轴向对称面到第n曲拐的对称面之间形成第n-1扭转刚度；第n曲拐的轴向对称面到飞轮与柔性联轴器的安装面之间形成第n扭转刚度；柔性联轴器与飞轮的安装面到电机转子的轴向对称面之间形成第n+1扭转刚度。
15、作为本专利技术再进一步的方案：转动惯量的计算过程如下：
16、s1a1、计算第一转动惯量，第一转动惯量的计算过程具体如下：
17、s1a11、通过曲轴主轴颈转动惯量计算公式计算曲轴主轴颈的转动惯量，曲轴主轴颈构成转动惯量计算公式具体如下：
18、；
19、其中，表示曲轴主轴颈的转动惯量；表示曲轴主轴颈的质量；曲轴主轴颈的半径为；
20、通过曲轴主轴颈转动惯量计算公式计算第一转动惯量中的第一个曲轴主轴颈的转动惯量和第一转动惯量中的第二个曲轴主轴颈的转动惯量；
21、s1a12、通过曲柄转动惯量计算公式计算曲柄的转动惯量，曲柄转动惯量计算公式具体如下：
22、；
23、其中，表示曲柄的转动惯量；表示曲柄的质量，表示曲柄宽度，即曲柄在轴系轴向方向投影的宽度尺寸；表示曲柄的长度，即曲柄在轴系轴向方向投影的长度尺寸；
24、通过曲柄转动惯量计算公式计算第一转动惯量中的第一个曲柄的转动惯量和第一转动惯量中的第二个曲柄的转动惯量；
25、s1a13、通过组合转动惯量计算公式计算由连杆曲颈、活塞连杆、十字头和活塞构成的转动惯量，的具体计算公式如下：
26、；
27、；
28、；
29、其中，表示旋转质量，表示连杆曲颈的质量，表示活塞连杆质量分配系数，表示连杆曲颈的质量，表示连杆曲颈的轴线到曲轴主轴颈轴线的垂直距离，即连杆曲颈的回转半径；表示往复质量，表示活塞的质量，表示十字头的质量；
30、s1a14、通过第一转动惯量计算公式计算第一转动惯量，第一转动惯量计算公式具体如下：
31、；
32、其中，表示第一转动惯量；
33、s1a2、采用步骤s1a11到步骤s1a14的计算过程即可计算出第二转动惯量、…、第n转动惯量；
34、s1a3、计算第n+1转动惯量，第n+1转动惯量的计算过程如下：
35、将构成第n+1转动惯量的结构的质量全部均分到飞轮中，以使构成第n+1转动惯量的结构等效为与飞轮直径相同的飞轮盘，则飞轮盘的质量可以等效为，则第n+1转动惯量表示为：
36、；
37、其中，表示第n+1转动惯量；表示飞轮盘的等效质量；表示飞轮的半径；
38、s1a4、计算第n+2转动惯量，第n+2转动惯量的计算过程如下：
39、将构成第n+2转动惯量的结构的质量全部均分到电机转子中，以使构成第n+2转动惯量的结构等效为与转子线圈直径相同且高度相同的转子圆柱，则转子圆柱的质量可以等效为，则第n+2转动惯量表示为：
40、；
41、其中，表示第n+2转动惯量；表示转子圆柱的等效质量；表示转子圆柱的半径。
42、作为本专利技术再进一步的方案：扭转刚度的计算过程如下：
43、s1b1、构成第一扭转刚度的结构有曲轴主轴颈，分别布置在该曲轴主轴颈两端的两个曲柄，以两根布置在对应的曲柄外侧的连杆曲颈，第一扭转刚度的计算过程具体如下：
44、s1b11、通过曲轴主轴颈扭转刚度计算公式计算曲轴主轴颈的扭转刚度，曲轴主轴颈扭转刚度计算公式具体如下：
45、；
46、其中，表示曲轴主轴颈的扭转刚度；表示剪切模量，表示圆周率；表示曲轴主轴颈的直径；表示曲轴主轴颈的长度；
47、s1b12、通过曲柄扭转刚度计算公式计算曲柄的扭转刚度，曲柄扭转刚度计算公式具体如下：
48、；...
【技术保护点】
1.一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，包括以下分析步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，压缩机轴系包括由N个依次连接的曲拐组成的曲轴、同轴连接在曲轴后端轴上的飞轮，以及通过弹性联轴器与飞轮同轴连接的电机转子；
3.根据权利要求2所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，转动惯量的计算过程如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，扭转刚度的计算过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，压缩机轴系在旋转的过程中会出现扭转的现象，而导致扭转的出现主要原因是活塞引起的切向力，切向力是指在曲轴转动过程中，活塞连杆的轴线与对应的连杆曲颈的中心形成的转动圆周相交点处沿切该转动圆周切线方向的力；
6.根据权利要求5所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，计算扭转固有频率的过程如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，在结合扭转固有频率和切向力计算压缩机轴系振型的过程中包含两种可以彼此验证计算准确性的方法；
9.根据权利要求8所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，通过安全系数计算公式计算危险截面的扭转疲劳安全系数；安全系数计算公式具体如下：
10.根据权利要求9所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，当压缩机轴系的扭转疲劳安全系数不满足设计要求时，调整飞轮上配重块的重量，直到压缩机轴系的扭转疲劳安全系数满足设计要求。
...【技术特征摘要】
1.一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，包括以下分析步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，压缩机轴系包括由n个依次连接的曲拐组成的曲轴、同轴连接在曲轴后端轴上的飞轮，以及通过弹性联轴器与飞轮同轴连接的电机转子；
3.根据权利要求2所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，转动惯量的计算过程如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，扭转刚度的计算过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于可调惯量飞轮的压缩机轴系扭转振动分析方法，其特征在于，压缩机轴系在旋转的过程中会出现扭转的现象，而导致扭转的出现主要原因是活塞引起的切向力，切向力是指在曲轴转动过程中，活塞连杆的轴线与对应的连杆曲颈的中心形成的转动圆周相交点处沿切该转动圆周切线方向的力；
6.根据权利要求5所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：于洋，孙瑞亮，王胜利，刘志龙，闫慧敏，袁恒川，刘晓明，陶波，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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