【正文】 圖 43 第四章 閃蒸汽壓縮機(jī)管系固有頻率 計(jì)算 21 Y 1530: S02 Y 880 Z 240 Y 160: S03 Y 230 Y 240: S04 Y 1200: S05 Y 260: S06 Y 1630: S07 Y 1220: S08 Y 1700 Y 1350 Z 1450 Z 300: S09 *USED FOR EL=(10002022)mm K S09 0 1E6 1E6 1E6 5E3 5E3 5E3 *USED FOR EL1000mm K S01 0 1E7 1E7 1E7 1E4 1E4 1E4 KD S02 S01 KD S03 S01 KD S04 S01 KD S05 S01 KD S06 S01 KD S07 S01 KD S08 S01 } 計(jì)算結(jié)構(gòu)固有頻率如下圖 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 44 第四章 閃蒸汽壓縮機(jī)管系固有頻率 計(jì)算 23 閃蒸汽 壓縮機(jī)二級(jí)進(jìn)汽管線振幅計(jì)算 數(shù)據(jù)文件如下（表 43） *閃蒸汽壓縮機(jī)二級(jí)進(jìn)氣管線結(jié)構(gòu)振動(dòng)前處理程序 (文件名： ) 3 25 0 0 0 25 { 0 0 0 L 100 D 89*8 Z : G10 Y 300 C 1 1 1 1 1 1 G G10 Y 300 C 1 1 1 1 1 1 Z 930 圖 45 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 R 300 250 0 Y 600 Y 220: F101 L 100 D 313*12 Z 780 G F101 Z 560: F102 Z 1100 C 1 1 1 1 1 1 G F102 L 100 D 89*8 Y 300 Z 980 Y 100: S101 Y 370: M101 Y 320。二級(jí)管線排氣的三臺(tái)壓縮機(jī)管路分布設(shè)置相同，因此，只需計(jì)算其中一路的管線就可以。 配置三臺(tái)型號(hào)設(shè)置完全相同的 壓縮機(jī) 。 結(jié)束 命令字： } P0 P2 P1 R 彎管示意圖 圖 32 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第四章 閃蒸汽壓縮機(jī) 管系固有頻率 計(jì)算 基本情況 介紹： 壓縮機(jī)為雙作用，設(shè)計(jì)運(yùn)行轉(zhuǎn)速為 1488rpm，按設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的激發(fā)力基頻為 f=。 本命令實(shí)際上是輸入一圓弧和它的兩切線段，它通知程序前方轉(zhuǎn)彎，輸人轉(zhuǎn)彎半徑、空間方位等。 緊接 W 命令后除了可插入如下命令： L 更改單元?jiǎng)澐置芏?還必需輸人兩點(diǎn) P1和 P2的坐標(biāo) (如圖所示 )。約束狀態(tài)跟結(jié)點(diǎn)輸人坐標(biāo)之后，缺省是無(wú)約束狀態(tài)。本程序所處理的表達(dá)式為數(shù)字表達(dá)式，可由以下各項(xiàng)構(gòu)成： ※ 數(shù)字 ※ 運(yùn)算符 +，一， *，／， ∧ (冪 ) ※ 括號(hào) ※ 優(yōu)先級(jí)為 ( )、 ∧ 、 *、／、 +、 由于空格是作為數(shù)據(jù)和指令的分隔符，因而注意表達(dá)式內(nèi)部不允許有空格出現(xiàn)，否則程 序?qū)⒎珠_(kāi)進(jìn)行處理并會(huì)導(dǎo)致難以預(yù)想的錯(cuò)誤。 坐標(biāo)表達(dá)式輸入方式 對(duì)于坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入，程序支持表達(dá)式輸入方式，可避免在坐標(biāo)輸入時(shí)過(guò)于頻繁 地使用計(jì)算器，減少錯(cuò)誤發(fā)生，提高輸入速度。注意標(biāo)號(hào)本身不一定取交點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)，可任意選取，這給數(shù)據(jù)輸人提供很大的靈活性。 單元?jiǎng)澐质杳芸刂? 命令字： L 格式： L DL 示例： L 1000 說(shuō)明：該指令指定單元?jiǎng)澐值氖杳艹潭?(單元 的長(zhǎng)度 )，系統(tǒng)的缺省值為 1000，通?？稍诠芟底兓^復(fù)雜、跨度較小、轉(zhuǎn)彎前等區(qū)段指定較小的 L，過(guò)此區(qū)段后再恢復(fù)到正常狀態(tài)。 沿各坐標(biāo)軸向輸入相對(duì)坐標(biāo) 從參考點(diǎn)起，沿 x 或 y 或 z 走一個(gè)距離，確定一個(gè)新的點(diǎn) M01。 控制卡 (2) N： 激振力的階數(shù)（最大不要超過(guò) 3 2) 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 F0： 激振力基頻 （ Hz） 結(jié)點(diǎn)和單元數(shù)據(jù) 以下數(shù)據(jù)應(yīng)放在第一對(duì)大括號(hào) { }內(nèi)，第一組數(shù)應(yīng)為啟始點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo) 。 將數(shù)據(jù)的輸入劃分為：主控?cái)?shù)據(jù)、結(jié)點(diǎn)和單元數(shù)據(jù)輸人二個(gè)部分。如遁〖 DN〗表示轉(zhuǎn)彎半徑大小的輸人方式，使半徑輸入能按絕對(duì)大小方式和按相對(duì)管徑大小方式輸人。如【 x | Y | z】意為必選 x、 Y、 z中的一個(gè)?？刹还芷浯笮『晚樞?。 結(jié)點(diǎn)號(hào)可以是數(shù)字也可以是字符串。 {． ．．．．．．．．． } 文件中可在任何位置插人空行和注釋行，注釋行的標(biāo)志符是，該行首列字符第三章 復(fù)雜管系結(jié)構(gòu)固有頻率計(jì)算 7 為 *，注釋卡不得以 *開(kāi)頭。 單位約定 為了方便于工程習(xí)慣，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的單位如下：長(zhǎng)度單位采用 mm，質(zhì)量單位采用 Kg。 裝機(jī)后， SAPP 存放在＼ PAP＼ OVR 目錄下。 調(diào)整管系結(jié)構(gòu)的固有頻率以避免發(fā)生機(jī)械共振 第二 章 管道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性分析 5 在整個(gè)管系脈動(dòng)值都控制在安全所允許的范圍內(nèi)之后， 計(jì)算、調(diào)整 管系的機(jī)械固有頻率， 以避開(kāi) 與 活塞 激發(fā)頻率 對(duì)應(yīng)的共振區(qū)就至關(guān)重要 ， 否則即使減小脈動(dòng)的有效措施采取，也達(dá)不到減振目的，還會(huì)引起共振。輸送介質(zhì)的管道系統(tǒng)具有一系列固有頻率，當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)激發(fā)頻率與某階固有頻率相等時(shí)，系統(tǒng)即產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于該階頻率的共振。由于往復(fù)式壓縮機(jī)的工作特點(diǎn)是吸排流體呈間歇性和周期性，至使激起管內(nèi)流體呈脈動(dòng)狀態(tài) (以下簡(jiǎn)稱脈動(dòng) ).脈動(dòng)的流體沿管道輸送時(shí)，遇到彎頭、異徑管、控制閥、盲板等元件，由于瞬間壓力、速度、密度的變化，將產(chǎn)生隨時(shí)間變化的激振力 (不平衡力 )，受該力作用，管道結(jié)構(gòu)及附件便產(chǎn)生一定的機(jī)械振動(dòng)響應(yīng)。由于振動(dòng)具有傳遞性，機(jī)體振動(dòng)將引起管道振 動(dòng)，機(jī)體振動(dòng)越強(qiáng)烈管道振動(dòng)越強(qiáng)烈。管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的，不僅要避免氣柱共振，而且要避免機(jī)械共振。 N 個(gè)自由振動(dòng)系統(tǒng)有 N 個(gè)固有頻率。 系統(tǒng)作同步自由振動(dòng)時(shí)的頻率稱為系統(tǒng)的固有頻率。這種激振力有兩個(gè)來(lái)源，一是管道內(nèi)的脈動(dòng)壓力，另一是壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的不平衡質(zhì)量引 起的慣性力。系統(tǒng)由初始干擾所引起，而后僅在恢復(fù)力作用下的振動(dòng)，稱為自由振動(dòng)。設(shè)計(jì)管道時(shí)，除計(jì)算管道內(nèi)流體的氣柱固有頻率和壓力脈動(dòng)外，還必須對(duì)管道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)固有頻率和機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行分析和計(jì)算，只有這樣，才能準(zhǔn)確預(yù)計(jì)壓縮機(jī)在工作時(shí)管系的振動(dòng)情況，判明管道工作時(shí)的安全可靠程度。 本文的主要工作 本文結(jié)合某氣田的往復(fù)式壓縮機(jī)工藝管道系統(tǒng)，分以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究和分析計(jì)算： 1分別建立了各級(jí)進(jìn)、排氣管線的分析、計(jì)算力學(xué)模型； 2利用相關(guān)的“壓縮機(jī)管道系統(tǒng)固有特性分析”科研軟件，進(jìn)行了模擬分析計(jì)算； 3根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，判斷出該設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)的動(dòng)力特性，提出了排除管道系統(tǒng)避開(kāi)共振運(yùn)行的改進(jìn)方案。因此，在管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，優(yōu)化設(shè)計(jì)管道系統(tǒng)的支承剛度對(duì)管道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)非常關(guān)鍵。但由于這些設(shè)施結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本高，在目前的實(shí)際中應(yīng)用尚少?？装鍍?nèi)徑邊緣處必須保留銳利棱角，不得倒角，否則會(huì)降低消振效果，而且孔板材料應(yīng)與管道材料相同。國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)的孫嗣瑩等也對(duì)緩沖器的安放位置進(jìn)行了研究 [17]，得出緩沖器愈靠近氣缸，消振效果就愈明顯。緩沖器能使其后管道內(nèi)的氣流脈動(dòng)變得緩和，降低排氣或吸氣沖擊造成得損失，以及降低管道內(nèi)的阻力損失。 現(xiàn)狀 針對(duì)工程實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題，管道振動(dòng)的工程應(yīng)用研究主要是尋求最實(shí)用有效的管道減振方法。 國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)最早從 1972 年開(kāi)始該課題的研究，陸續(xù)研制了包括復(fù)雜管道系統(tǒng)氣柱固有頻率、氣流壓力脈動(dòng)、機(jī)械固有頻率以及管道系統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)分析計(jì)算的整套大型通用程序， 1984 年出版了國(guó)內(nèi)截至目前唯一的《活塞式壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)與管道振動(dòng)》專著， 1985 年獲得了國(guó)家級(jí)的科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。到一九七五年，國(guó)外有人首先采用有 限元法把框架結(jié)構(gòu)固有頻率值解析法應(yīng)用于管道系統(tǒng)，計(jì)算其固有頻率及振型，并進(jìn)一步應(yīng)用所得結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。但因當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)速度慢，存儲(chǔ)量小，對(duì)太復(fù)雜的管系還是不能進(jìn)行計(jì)算。但是長(zhǎng)期以來(lái)，人們只能對(duì)簡(jiǎn)單管道的固有頻率做出計(jì)算。因此，研究 壓縮機(jī)管道的振動(dòng)問(wèn)題并有效的控制振動(dòng) 、 消除振動(dòng)是一個(gè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義的課題，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 特別是 對(duì)于化工及石油等工礦企業(yè)，生產(chǎn)機(jī)器能安全有效的運(yùn)轉(zhuǎn)就是最大的經(jīng)濟(jì)性。 研究意義 隨著工業(yè)的發(fā)展和安全生產(chǎn)的需要，壓縮機(jī)在廣泛應(yīng)用于石油化工、化學(xué)化工、動(dòng)力水能等工業(yè)領(lǐng)域的同時(shí)，其管道的振動(dòng)問(wèn)題也越來(lái)越引起人們的重視。在國(guó)內(nèi)，由于管道振動(dòng)而造成的泄漏和爆炸事故也迭有發(fā)生。所造成的損失輕則引起泄漏，重則由破裂而引起爆炸、燃燒，造成嚴(yán)重事故。 壓縮機(jī) 氣流脈動(dòng) 的振動(dòng)會(huì)引起管道的振動(dòng)，強(qiáng)烈的管道振動(dòng)給生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重的危害 :使得管道結(jié)構(gòu)、管路附件產(chǎn)生疲勞破壞，特別是管道的連接部位和管道與附件的連接部位等處發(fā)生松動(dòng)和 破裂 :使得壓縮機(jī)的工況變壞，閥片過(guò)早損壞 :使得管道上的或附近的計(jì)測(cè)儀表失真或者毀壞 。壓縮機(jī)氣缸兩端都有吸排、閥，運(yùn)行到一側(cè)止點(diǎn)的活塞往回運(yùn)行時(shí)，在對(duì)一側(cè)氣體進(jìn)行壓縮排氣的同時(shí)，另一側(cè)的余隙壓縮氣體則膨脹，在氣體膨脹到壓力低于進(jìn)氣壓力時(shí)，又進(jìn)行吸氣，活塞在氣缸內(nèi)循環(huán)運(yùn)行一次，能完成兩次膨脹、吸氣、壓縮和排氣過(guò)程。二是具有明 顯脈動(dòng)性質(zhì)的氣體壓力，產(chǎn)生交變的活塞力作用在壓縮機(jī)機(jī)構(gòu)上，從而引起壓縮機(jī)機(jī)組和管道振動(dòng)。 活塞式壓縮機(jī)是通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，把驅(qū)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而對(duì)氣體做功，提高氣體的壓力，屬于往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械。據(jù)我國(guó)機(jī)械工業(yè)部的統(tǒng)計(jì)，社會(huì)對(duì)各類容積式壓縮機(jī)的需求最 (按噸位均為 :活塞式壓縮機(jī) 86%，螺桿式 %,滑片式 %,隔膜式及其它型式為 3%。壓縮機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)等四類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造水平，以及它們的遠(yuǎn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性，己被認(rèn)為是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和水平的標(biāo)志之一。 vibration control 目錄 III 目 錄 第一章 緒 論 ......................................................................................................................... 1 研究背景 ......................................................................................................................... 1 研究意義 ......................................................................................................................... 2 理論研究現(xiàn)狀 ................................................................................................................. 2 ................................................................................................................. 2 本文的主要工作 ............................................................................................................. 3 第二章 管道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性分析 ......................................................................................... 4 管道振動(dòng)的原因 ............................................................................................................. 4 調(diào)整管系結(jié)構(gòu)的固有頻率以避免發(fā)生機(jī)械共振 ......................................................... 4 第三章 復(fù)雜管系結(jié)構(gòu)固有頻率計(jì)算 SAPP ............................................................................ 6 概述 .............................................................................................................................. 6 主控?cái)?shù)據(jù) ..................................