大型齿轮耦合膨胀机转子系统振动响应特性分析

摘要

压缩机是一种非常典型的旋转机械，其特点是重量大、跨距长、转速高、工况复杂等。转子系统是离心式压缩机的关键部件，其振动严重地危害机组的长期安全稳定运行。鉴于结构的复杂性，长期以来，压缩机行业对大型复杂转子系统的弯扭耦合振动特性研究还不是很清楚，致使某些产品在工作中出现了严重的异常振动。
　　本论文以沈阳鼓风机集团提供的扬子PTA压缩机组中透平膨胀机系统为研究对象，以有限元分析计算软件ANSYS和MATLAB为平台，建立了相应的动力学模型和有限元模型，对齿轮耦合膨胀机转子系统的振动响应特性进行了细致的分析研究，进一步提高了产品的可靠性和安全性。主要工作内容如下:
　　(1)推导了全自由度通用三维斜齿轮啮合动力学模型，建立了齿轮耦合转子系统的弯扭耦合振动方程。以ANSYS和MATLAB两种分析软件对透平膨胀机系统进行了有限元建模，计算了透平膨胀机系统的固有频率。通过固有特性计算结果对比，验证模型的准确性与可靠性。
　　(2)分析计算了透平膨胀机系统不平衡振动响应特性，并通过ANSYS和MATLAB两种建模分析下的系统不平衡振动响应结果对比，再次验证了模型的准确性。依据API617标准，对系统进行临界转速校核，计算隔离裕度。
　　(3)对透平膨胀机系统进行了瞬态扭转激励下、齿轮啮合静态传递误差条件下以及联轴器不对中条件下，系统的振动响应特性分析。
　　(4)分析了透平膨胀机系统在瞬态扭转加轴系不平衡、静态传递误差加轴系不平衡和联轴器不对中加轴系不平衡三种工况下，轴系的振动响应特性，对比得出各因素对轴系振动的影响。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 齿轮耦合转子系统动力学研究现状

1．2．2 转子系统分析计算方法研究现状

1．2．3 齿轮耦合转子系统振动响应特性研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 系统动力学基础及不平衡响应特性分析

2．1 系统动力学模型及有限元模型的建立

2．1．1 齿轮副动力学模型的建立

2．1．2 转子系统有限元模型的建立

2．2 系统固有特性分析

2．2．1 系统固有特性

2．2．2 固有特性MATLAB与ANSYS结果对比

2．3 系统不平衡振动响应特性分析

2．3．1 不平衡量及其加载位置的确定

2．3．2 系统不平衡振动响应

2．3．3 系统临界转速校核

2．3．4 系统额定工况下不平衡响应

2．4 本章小结

第3章 瞬态扭转激励对系统振动响应特性影响

3．1 瞬态扭转激励的确定

3．1．1 瞬态扭转激励的确定

3．1．2 瞬态扭转载荷曲线

3．1．3 瞬态扭转激励加载位置

3．2 额定转速下瞬态扭转响应分析

3．2．1 瞬态扭转激励对系统弯曲振动的影响

3．2．2 瞬态扭转激励下系统轴心轨迹

3．3 瞬态扭转振动响应随转速变化

3．4 本章小结

第4章 静态传递误差对系统振动响应特性影响

4．1 静态传递误差激励的确定

4．1．1 静态传递误差定义

4．1．2 静态传递误差幅值影响

4．2 静态传递误差下系统振动响应分析

4．2．1 额定转速下静态传递误差振动响应

4．2．2 静态传递误差振动响应随转速变化

4．3 静态传递误差加不平衡条件下系统振动响应分析

4．3．1 额定转速下静态传递误差加不平衡振动响应

4．3．2 静态传递误差加不平衡振动响应随转速变化

4．4 静态传递误差下齿轮啮合力分析

4．4．1 额定转速下考虑静态传递误差的齿轮啮合力

4．4．2 考虑静态传递误差的齿轮啮合力随转速变化情况

4．5 本章小结

第5章 联轴器不对中对系统振动响应特性影响

5．1 联轴器不对中分类

5．1．1 平行不对中

5．1．2 偏角不对中

5．1．3 组合不对中

5．2 透平膨胀机联轴器径向刚度的确定

5．2．1 膜片联轴器刚度计算

5．2．2 透平膨胀机联轴器刚度的确定

5．3 系统联轴器不对中振动响应分析

5．3．1 透平膨胀机联轴器不对中量

5．3．2 额定转速下系统联轴器不对中振动响应分析

5．3．3 联轴器不对中振动响应随转速变化情况

5．4 系统不平衡加联轴器不对中振动响应分析

5．4．1 额定转速下不平衡加联轴器不对中振动响应分析

5．4．2 不平衡加联轴器不对中振动响应随转速变化情况

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢

附录