空气分离压缩机多机组轴系同步运行稳定性研究

摘要

随着空分设备制造业的飞速发展，国产设备市场份额逐年上升。但国产大型空分设备运行可靠性差，连续运转周期短（国外的1/2-2/3），设备故障率高，重特大事故时有发生。因此，空气分离类成套装备运转稳定性研究，已经成为国内迫切需要解决的科学问题。
　　论文以某大型空分压缩机低压端部分为对象，分析了机组轴系动力学特性，探索了系统动力学参数对轴系同步运行稳定性的影响规律，提出了一种降低故障率，提高运转稳定性的动力学匹配技术，主要完成了以下研究工作。
　　(1)依据系统的工艺流程，用MATLAB仿真，得到稳定运行时压缩机机组状态参数（入口温度，压力，湿度）的变化对工作参数的影响规律。研究表明，当压缩机机组入口温度，压力，湿度做周期性规律波动时，机组出口工作参数表现出很强的继承性，也会做不同幅值同周期性的规律性波动。
　　(2)对轴系进行载荷分析，研究了机组状态参数变化对轴系受载的影响。周期性变化的状态参数会施加压缩机轴系周期性变化的载荷。Pro/E建立轴系三维模型，导入ANSYS加载处理得到轴系有限元模型。
　　(3)用有限元法对轴系进行模态分析，得出轴系前20阶的临界转速和前6阶阵型图，确定轴系各阶振动形态及结构薄弱部位。对轴系各轴段进行不平衡响应分析，得到各轴段幅频响应曲线，得知在工作转速下，对轴系影响最大的是位于中压缸轴段的不平衡质量。对轴系稳定性分析指标进行了归类和总结，得到影响轴系运转稳定性能的主要因素是主轴装配抱弯曲、轴系动载荷的影响以及机组运转过程中产生的振动等。
　　(4)运用Box-Counting原理和最小二乘法进行曲线拟合，得出汽轮机轴段轴心轨迹稳定性指标为0.5653。计算出轴系轴承油膜系统的劳斯阵列，劳斯阵列各列元素都为正值，运用劳斯稳定性判据得到轴承油膜系统稳定。运用传递矩阵方法，借助MATLAB软件进行方程组的求解，计算出轴系各轴承的标高与载荷，根据轴系在联轴器处弯矩和剪力为零的原则，得到轴系扬度曲线。计算得到轴系的前6阶对数衰减率，轴系各阶对数衰减率都大于零，最小值为0.202，验证了轴系具有足够的稳定裕度。对多机组轴系的动态特性参数进行匹配，通过调整机组轴系的结构来改变其临界转速和振型，从而使结构的动力学响应得到改善，使机组轴系运转稳定性提高。对机组轴系进行抗故障匹配，使机组轴系的故障响应减小，机组轴系的故障敏感度降低。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和课题研究的意义

1．2 旋转机械多机组稳定性研究现状

1．3 动力学匹配技术

1．4 论文主要研究内容

第2章 空分工作参数变化规律

2．1 设备本体结构及参数

2．1．1 压缩机机组结构

2．1．2 机组的组成

2．2 空分设备工艺流程

2．3 工作参数变化规律

2．3．1 状态方程的选取

2．3．2 压缩机状态参数变化规律

2．4 本章小结

第3章 多机组轴系建模与载荷分析

3．1 滑动轴承油膜力

3．1．1 八参数油膜力模型

3．1．2 滑动轴承油膜力计算

3．2 轴系载荷分析

3．2．1 悬臂不对中处理

3．2．2 轴系叶轮载荷分析

3．2．3 膜片联轴器

3．2．4 空分压缩机工作参数变化对轴系载荷的影响

3．3 轴系有限元模型

3．3．1 有限元方法基本原理

3．3．2 轴系的有限元模型

3．4 本章小结

第4章 多机组轴系稳定性机理分析

4．1 轴系模态分析

4．1．1 模态理论基本假设

4．1．2 模态分析理论

4．1．3 模态分析结果

4．2 轴系各轴段不平衡晌应

4．3 轴系主要稳定性分析指标

4．3．1 轴系轴心轨迹稳定性指标

4．3．2 转子油膜轴承的稳定性判据

4．3．3 轴系轴承标高指标

4．4 影响轴系稳定性主要因素

4．4．1 主轴弯曲故障机理

4．4．2 载荷对轴系稳定性的影响

4．4．3 轴系工作转速、固有频率、临界转速与稳定性关系

4．5 本章小结

第5章 轴系稳定性分析与动力学匹配

5．1 轴系轴心轨迹分析

5．2 转子油膜轴承的稳定性分析

5．3 轴系轴承标高计算与分析

5．4 轴系稳定性裕度分析

5．5 多机组转子系统动态特性匹配

5．6 面向故障敏感度降低的动力学匹配

5．7 本章小结

第6章 论文结论与展望

6．1 论文结论

6．2 论文展望

参考文献

致谢