往复氢气压缩机管系振动原因分析及结构改进

摘要

往复式压缩机主要包括:活塞式压缩机,柱塞式压缩机,其中以活塞式压缩机的应用最为广泛。活塞式压缩机是靠一个或者几个活塞通过在密闭容器中的往复运动压缩气体的一种压缩机。由于活塞式压缩机周期性的吸气、排气,产生了气流的脉动,气流脉动对压缩机管道产生压力很大的撞击,致使管道产生振动。振动对压缩机的危害很大,能使仪表失灵,降低气阀的灵敏度,降低压缩机的容积效率。剧烈的管道振动会造成有毒有害气体泄漏,甚至爆炸,严重危害人民的生命财产安全。因此,研究活塞式压缩机管系振动问题,并提出防振措施具有十分重要的现实意义和理论意义。
　　本文首先应用工程实践中常用的激发主频率计算公式,计算出压缩机的激发主频率。再应用Pro/engineer建立压缩机的管系结构图,将管系分为四段相互独立的管段,导入ansys10.0对管系中的气柱进行模态分析,得出气柱的工作频率。然后,应用ansys10.0分别对四段管系进行模态分析,得出其前10阶固有频率和振型图。为了使激发频率、气柱工作频率和管系的固有频率不在共振区,通过改进管系的结构使管系的固有频率远离气柱工作频率,避免管系和气柱的共振。通过增设管系支架和改善管道结构来改变管系的固有频率,使其远离激发频率区,为优化管道提供可靠的理论依据。通过增设气流孔板使气柱的工作频率远离激发频率。对管道进行谐响应分析,通过模拟实际情况,加载相应的载荷,应用ansys进行计算,得出管系振动的结果,并得出振动位移较大处的位移图像,在此处添加相应的支架和孔板等约束,改善振动情况。再进行分析计算,使其满足振动的允许值。最后,提出了在管道设计中消减气流脉动、设置缓冲器和孔板,避免管道和气柱共振等防振减震措施。这些措施和方法不仅在设计阶段可以应用,而且在压缩机正常工作期间,当出现相应问题时可以做出相应的调整,具有很重要的实用价值。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 论文课题来源与背景

1.2 研究意义

1.3 国内外现状

1.3.1 气柱振动的研究

1.3.2 管道结构振动的研究

1.3.3 工程中的应用

1.4 本文的重要工作

1.5 4A3+R往复压缩机主要参数

第二章 往复压缩机管系结构和振源分析

2.1 往复压缩机管系结构

2.1.1 活塞式压缩机的工作原理及结构

2.1.2 往复压缩机管系各部件说明

2.2 4A3+R往复氢气压缩机事故状况和振源分析

2.2.1 压缩机的事故状况

2.2.2 管系振源分析

第三章 气柱工作频率的计算与气流脉动

3.1 平面波动理论

3.2 气柱工作频率

3.2.1 简单管道气柱工作频率的计算

3.2.2 复杂管系气柱工作频率计算

3.3 气柱工作频率的计算

3.3.1 有限元分析软件ANSYSY简介

3.3.2 管系内气柱有限元模型的建立及计算

3.4 气流的压力脉动

3.4.1 简单管道内气流的脉动

3.4.2 复杂管道内的气流脉动

第四章 管系结构的动力特性

4.1 管道结构的振动

4.2 管系的固有频率

4.2.1 第一段管道的固有频率及模态

4.2.2 第二段管道的固有频率及模态

4.2.3 第三段管道的固有频率及模态

4.2.4 第四段管道的固有频率及模态

4.3 管系进行谐响应分析

4.3.1 第一段管道的谐响应分析

4.3.2 第三段管道的谐响应分析

第五章 往复压缩机管系振动的控制

5.1 在主机设计中消减气流脉动

5.2 设置缓冲器

5.3 设置气流脉动衰减器和孔板等

5.4 常见的管道减震措施

5.5 改进方案与分析结果

5.5.1 具体改进方案

结论

致谢

参考文献