1、1透平压缩机机组的横向振动和扭转振动分析贾亚妮 / 西安交通大学能源与动力工程学院 周亚锋 周聪勇 / 陕西鼓风机（集团）有限公司摘要：采用转子动力学分析软件 MADYN 2000，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，讨论了转子动力学分析的重要性。关键词：透平式压缩机 机组 振动 中图分类号：TH43 文献标识码：B文章编号：1006-8155（2007）03-0063-03Analysis on Lateral and Torsional Vibration for Turo-compressor UnitAbstract: Using rotor d
2、ynamics analysis software MADYN 2000, lateral vibration analysis for a centrifugal compressor is given, torsion vibration analysis for a suit of axial-flow compressor is given, the importance of rotor dynamics analysis is discussed.Key Words: turo-compressor unit vibration0 引言透平压缩机转子在启停机的升速或降速过程中，转速
3、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、
4、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
5、。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。总的转子质量为 762.1345kg总的极转动惯量为 8.5242kgm2总的直径转动惯量为23
6、1.3688kgm2重心位置为 1129mm转速为 195.00r/s，即 11700r/min2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。该离心压缩机的工作转速为 11700r/min,经过计算，可得到一阶临界转速为 4099r/min,二
7、阶临界转速为 21590 r/min，该转子在设计转速下运行时不会发生横向振动。2 扭转振动分析2.1 计算模型的建立计算和分析了一套轴流压缩机机组，该压缩机机组由电机、齿轮箱、轴流压缩机和膜片联轴器组成。高速轴转速：4545 r/min，低速轴转速：1500 r/min，速比为 3.030。计算程序采用 MADYN 2000软件，模型共分 2 个连续轴系，模型分布图如图 4所示。图 4 机组的模型分布图图 5 扭转振动 CAMPBELL 图2.2 计算及分析在分析计算时，进行了特征值分析、阻尼特征值分析等，扭转振动 CAMPBELL 图如图 5 所示，扭转振动一阶振型图如图 6 所示，扭转振
8、动二阶振型图如图 7 所示，扭转振动三阶振型图如图 8 所示。结构阻尼为 0%图中上半部分：振幅(m)转速(r/min)图图中下半部分：相位(deg)转速(r/min)图结构阻尼为 0%图中上半部分：振幅(m)转速(r/min)图图中下半部分：相位(deg)转速(r/min)图频率(Hz)转速(r/min)图3图 6 扭转振动一阶振型图图 7 扭转振动二阶振型图图 8 扭转振动三阶振型图计算的一阶扭转临界转速为 1173 r/min（19.55 Hz） ，二阶扭转临界转速为 3810 r/min（63.50 Hz） ，三阶扭转临界转速为18217r/min（303.62 Hz） 。根据有关标准
9、，要求机组各阶扭转临界转速应避开 1 倍，2 倍工作转速10%这一范围，从机组的扭振 CAMPBELL 图和各阶扭转临界转速振型图可以看出，该机组扭转振动计算结果满足了相关要求。3 结论目前，各个方面对转子动力学分析的要求都在不断提高，进行横向振动、扭转振动等方面的分析也越来越多，振动特性测试、振动监测保护等方面的工作也增加了很多。这样，转子动力学分析、试车测试、监测保护等工作可以有机地结合起来，以便机组更平稳地运行。模态:3频率:63.497Hz3809.820r/min阻尼:-0.000模态:2频率:19.549Hz1172.969r/min阻尼:0.000模态:4频率:303.617Hz18217.018r/min阻尼:-0.000
