活塞式压缩机出口管道振动问题分析研究

摘要

本文针对活塞式压缩机出口管道的振动问题进行了计算和分析。先研究管道管内流动的基本理论。在线性范围内，列出无阻尼的波动方程，以此为基础，引出气柱固有频率的概念和计算，使用的是转移矩阵法。然后列出有阻尼的波动方程，介绍按转移系数法及刚度矩阵法计算气流脉动的方法。接着介绍管道结构振动的有限元计算方法，指出了管系单元的划分，单元刚度矩阵和质量矩阵的求法，以及管道固有频率和动力响应的计算方法。在以上的理论基础上，对生产实际遇到的活塞式压缩机出口管道振动问题进行计算和分析。首先使用EXCEL软件的循环引用和迭代功能进行编程，计算实例管道的气柱固有频率；然后使用ANSYS软件的结构分析功能计算实例管道的固有频率。通过分析，得出此管道同时存在气柱共振和机械共振现象，共振是管道振动的主要原因。最后，提出减振措施，并针对实际情况对管道进行改进，取得了较好的减振效果。

目录

文摘

英文文摘

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第1章前言

第2章管道振动概述

2.1活塞式压缩机管道振动问题的引出

2.1.1装置及压缩机介绍

2.1.2振动问题状况

2.1.3压缩机出口管道图纸

2.1.4测试数据

2.2活塞式压缩机管道振动的机理

2.2.1气流脉动

2.2.2气柱共振现象

2.2.3管道的机械振动

2.3本文研究思路与研究方法

第3章管内流动的基本理论

3.1管内流动的波动理论、基本方程及解

3.1.1无阻尼波动方程及其解

3.1.2线性阻尼情况的波动方程及解

3.2气柱共振管长及复杂管系的气柱固有频率

3.2.1共振管长

3.2.2管系各元件的转移矩阵

3.2.3复杂管系的气柱固有频率

3.3管内气流脉动响应量的计算—波动理论的转移系数法

3.3.1管系各元件12个系数的转移关系

3.3.2管系各始端12个系数的确定

3.3.3由主线末端条件确定主线始端未知量x、y

3.3.4脉动压力响应量的计算

3.4管内气流脉动响应量的计算—波动理论的转移系数法

3.4.1管系各元件的刚度矩阵

3.4.2管道系统的总刚度矩阵

3.5活塞式压缩机气流脉动的消减方法

3.5.1压力不均匀度

3.5.2压力不均匀度的许用值

3.5.3气流脉动的消减方法

第4章管道结构振动的有限元计算

4.1计算方法概述

4.2管道系统的有限元划分

4.3结点的选择

4.4管道系统单元的刚度矩阵和质量矩阵

4.4.1直管单元与梁单元的刚度矩阵和质量矩阵

4.4.2含刚体管单元的刚度矩阵和质量矩阵

4.4.3支承架的附加刚度

4.5管道系统振动的有限元方程

4.6管道结构固有频率和动力响应的计算

4.6.1固有频率及振型向量的计算

4.6.2管道结构动力响应计算

第5章对实例管道气柱固有频率的计算

5.1计算方法概述

5.2对实例管道气柱固有频率的计算

第6章对实例管道的有限元计算

6.1有限元分析软件—ANSYS简介

6.2对实例管道的有限元计算

6.2.1创建有限元数值模型

6.2.2边界条件及载荷

6.2.3管系模态分析

第7章实例管道振动原因分析和减振措施

7.1管道振动原因分析

7.1.1激发主频率

7.1.2气柱共振

7.1.3机械共振

7.1.4气流压力脉动

7.2减振措施

7.2.1避免气柱共振

7.2.2消减气流脉动

7.2.3避免管道机械共振

7.3效果

第8章结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果