基于模态分析的往复压缩机管线故障诊断及减振方法研究

摘要

在石油化工企业中，往复式压缩机作为压缩气体介质的设备得以普遍应用。由于其运动机理的独特性，在运行中易引起管线的振动，对企业的安全生产造成了极大的威胁。基于这种情况，本文将利用在汽车、航天、家电和建筑等行业广泛应用的模态分析方法，通过理论研究与实验探索，研究往复式压缩机管线故障诊断及减振的方法。本研究主要内容包括：
　　⑴现阶段研究往复压缩机管线振动的文章虽然很多，但是缺乏对振动机理和减振方法的全面整理，总结出一套完整的往复压缩机管线振动机理及其判定方法，并相应的总结出适用于不同振动原因的减振方法。
　　⑵研究关于模态分析的定义、分类、参数辨识方法以及本课题需要用到的相关理论基础;分析了三种模态分析方法在往复压缩机管线减振上的应用情况，以及其各自的优点和局限性;研究如何利用三种模态分析方法通过模态参数的辨识得到管系的模态参数，利用模态参数来判断引起管系振动剧烈的原因;通过融合三种模态分析方法找出一种通过更改管线的质量、刚度、阻尼来改变管线的固有频率的方法。
　　⑶利用Autopipe有限元分析软件，建立排气管线的模型，计算排气管道的各阶模态参数。与试验模态、工作模态所得结果进行比对，验证两者的结果，并利用两者的结果指导有限元模型的修改。在完善之后的有限元模型上进行管线结构改造模拟。在不改变管线走向、长度的情况下，通过其他减振措施，如改变支持位置或者在特定位置施加支持和阻尼来观察管线各阶模态的变化情况，最终达到减振的效果。
　　⑷利用数采器及专业模态分析软件，分别对排气管线进行试验模态分析与工作模态分析。根据振动响应数据得到各模态参数，与有限元分析结果进行对比，确定最终模态成分，并指导有限元模型修改。通过工作变形分析，推导模态参数的改变对结构参数（质量、阻尼、刚度）产生的影响，确定在哪个部位进行何种形式的结构修改可以最为有效使管线固有频率避开激振力的频率。进而在有限元模型上进行结构改造模拟，最终在排气管线上进行减振改造。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 模态分析在往复压缩机管线故障诊断与减振领域应用现状

1．3 课题研究的主要内容

1．4 课题研究方案及拟解决关键问题

1．4．1 研究方案

1．4．2 拟解决的关键问题

1．5 课题研究所需条件与难点

1．5．1 课题研究所需要条件

1．5．2 本课题难点

第二章 往复压缩机排气管道振动机理及减振方法分析

2．1 往复压缩机排气管道振动机理及判定方法

2．1．1 由机组振动导致管线振动的机理及判定

2．1．2 由气柱压力脉动导致的管线振动机理及判定

2．1．3 由共振引起的管线振动机理及判定

2．2 往复压缩机管道减振方法

2．2．1 针对机组振动引起管线振动的减振方法

2．2．2 针对压力脉动引起管线振动的减振方法

2．2．3 针对共振原因的管线减振方法

2．3 本章小结

第三章 模态分析的理论研究及应用现状

3．1 模态分析方法的分类介绍

3．1．1 有限元分析方法

3．1．2 试验模态分析方法

3．1．3 工作模态分析方法

3．2 测试模态参数辨识方法

3．2．1 时域法

3．2．2 频域法

3．2．3 时频法

3．3 本课题所需相关模态理论

3．3．1 模态分析中矩阵的解耦

3．3．2 传递函数和频响函数

3．3．3 相关函数

3．3．4 PolyMAX法求解模态参数

3．3．5 PolyMax法求模态参预因子和极点

3．3．6 PolyMax法求振型

3．3．7 频响函数拟合曲线稳态图的理论研究

3．3．8 基于MAC置信方法的模态真实性判定研究

3．3．9 模态复杂性(MOV)

3．3．10 模态相位共线性(MPC)

3．3．11 模态平均相位偏移(MPD)

3．4 工作变形分析概述及相关理论

3．4．1 工作变形分析简介

3．4．2 工作变形分析与工作模态分析的联系和区别

3．4．3 工作变形分析相关理论

3．5 本章小结

第四章 利用模态分析方法进行往复压缩机管线参数识别的实验研究

4．1 实验目的

4．2 2D型往复压缩机实验台实验

4．2．1 2D型往复压缩机实验台及测试系统简介

4．2．2 2D型往复压缩机管道振动测试分析

4．2．3 试验模态分析

4．2．4 工作模态分析

4．2．5 有限元建模分析

4．2．6 管道变频激振实验

4．2．7 2D型往复压缩机实验台模态实验小结

4．3 L型往复压缩机实验台实验

4．3．1 L型往复压缩机实验台简介

4．3．2 L型压缩机振动测试分析

4．3．3 管道气柱模态分析

4．3．4 试验模态实验

4．3．5 工作模态分析

4．3．6 工作变形分析

4．3．7 有限元建模分析

4．3．8 L型压缩机管线减振减振改造

4．3．9 L型压缩机实验小结

4．4 本章小结

第五章 基于模态分析的往复压缩机管线减振方法的现场应用

5．1 华北某储气库往复压缩机管线振动超标原因判别

5．1．1 机组及管线受力分析

5．1．2 排气管线及缓冲罐模态分析

5．1．3 管线振动原因总结

5．2 西北某作业区天然气增压站外输压缩机管线振动分析及减振

5．2．1 机组及管线振动情况概述

5．2．2 管线模态分析

5．2．3 管线振动原因总结

5．2．4 管线减振措施

5．3 东北俄油输送管线某增压泵站输油泵管线振动分析及减振

5．3．1 机组及管线振动情况概述

5．3．2 入口管道、出口管道模态分析

5．3．3 管线振动原因分析

5．3．4 减振改造建议

5．4 华北某石化连续重整装置重整氢增压机出口管线振动测试分析

5．4．1 机组振动测试分析

5．4．2 排气管线机械模态分析

5．4．3 分析结论

5．5 本章总结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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