透平压缩机机组的横向振动和扭转振动分析

0 引言

    透平压缩机转子在启停机的升速或降速过程中，转速达到某一数值时，转子发生强烈振动，转速高于这一数值后，振幅又减小；振幅出现峰值的转速称为临界转速。如果转子的转速停滞在临界转速附近，轴的变形将迅速增大，以至轴或轴上零件乃至整个机器遭到破坏。因此，透平压缩机转子的转速应避开临界转速。

    随着流程工艺复杂化，介质类型多样化，机械设备朝着大型化、精密化、高效化和高可靠性方向发展。跨度较大、刚性较小、外伸端较长的轴被大量采用，压缩机转子临界转速都有不同程度的降低，更加容易引起共振。对于“转子-齿轮-轴承”系统，整个轴系的扭转临界转速相对降低了很多，压缩机机组扭转振动问题也引起了极大的重视。

    对于这些，需要采用功能相对完备的转子动力学软件。能够进行横向振动、扭转振动等方面的分析。可以考虑多种数据：包括轴的几何尺寸，叶轮、叶片、盘套等的位置以及相关属性，轴承的位置以及相关属性，联轴器相关属性，齿轮的相关属性，支撑的位置以及相关属性，材料属性，转子速度，不平衡量的大小、相位角和位置，附加的外部载荷的位置以及与时间相关的属性，外部激励的位置以及谐波等。

    转子动力学分析软件“MADYN 2000”软件包，具有较强的功能和快捷的性能。该软件包界面友好，易学易用、具有丰富的前处理、后处理功能。可以对“转子-齿轮-轴承”系统进行横向振动、扭转振动、轴向振动等方面的仿真分析。包括有临界转速分析、不平衡响应分析、阻尼特征值分析及转子稳定性分析、瞬态分析及非线性分析等。可以考虑陀螺效应的影响、轴承的影响、基础的影响及密封的影响及齿轮的影响等。

    “MADYN 2000”软件包主要采用梁结构，采用的梁理论是铁木辛柯梁(Timoshenko Beam)；采用的计算分析方法是有限元法；采用的多项式是埃尔米特多项式。

    这里，对一台离心压缩机进行了横向振动分析，对一套轴流压缩机机组进行了扭转振动分析。

图1  计算模型

1 横向振动分析

    1.1 计算模型的建立

    这里计算分析一台离心压缩机。计算模型考虑了各轴段及叶轮的转动惯量，考虑了滑动轴承8个动态特性系数。计算模型如图1所示。

    计算模型建立之后，可立即计算出转子的总质量、总转动惯量、重心位置等，便于进行数据核对。

    1.2 计算及分析

    在分析计算时，进行了刚性支承下的特征值计算、滑动轴承支承下的特征值计算、不平衡响应分析等。一阶不平衡响应分析结果如图2所示，二阶不平衡响应分析结果如图3所示。

图2  一阶不平衡响应分析结果

图3  二阶不平衡响应分析结果

    在不平衡响应分析结果里，可直接显示出横向临界转速等数据，使用非常方便。