有限元方法数值模拟往复压缩机管路的振动_徐斌

合集下载

往复式压缩机出口管道振动分析

往复式压缩机出口管道振动分析吴刚, 段权(西安交通大学能源与动力工程学院, 陕西西安710049)摘要：利用ANSYS软件对往复式压缩机出口管道、管道内气柱进行建模、加载、模态与谐响应求解，得到管道、管道内气柱的各阶固有频率以及谐响应下管道的变形位移，从中找出管道振动的主要原因，采取有效减振措施来控制管道的振动。

关键词：压缩机；振动；管道；ANSYSApplication of Ansys In The Analysis of Vibration of Reciprocating Compressor Outlet PipelineWU Gang , DUAN Quan(School of Energy & Power Engineering, Department of Process Equipment and Control Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049,China)Abstract: By employing ansys software to build the model of reciprocating compressor outlet pipeline and gas column in the pipeline, apply the loads,and obtain the solution of modal analysis and hamonic analysis,and reviewing the results such as natural frequencies of the pipeline and the gas column and displacements of the pipeline, the main reason for vibration can be found out. Effective measures can be worked out to put the vibration under control.Keywords compressor;vibration;pipeline; ANSYS收稿日期：作者简介：吴刚（1981～）,男,陕西人，硕士研究生，主要从事设备故障诊断分析工作往复式压缩机具有压力范围广、排气量稳定、效率高的优点，广泛应用于国民经济的各行各业。

往复压缩机级间管路的振动研究

对模型进行求解，获得了管道振动模态和振幅计算结果。应用上述方法对７５Ｍ０—３５３４型氮氢气压０／１缩机级间管道系统进行了气体动力与结构动力的计算，并对管道系统各个位置的振幅进行了实际的测
量。测量结果证实了修正后计算模型的正确性。
摘
要：依据平面波动理论，针对现有模型计算精度不足的问题对模型进行了修正，然后使用修正后的
计算模型编制通用程序计算管路的气柱固有频率和气流脉动。借助有限元方法的离散思想，立了往建
复压缩机管道振动模态及振幅分析的数学模型，出了恰当的边界条件，用有限元分析软件ＣＥＡ提利ＡＳＲ
ｘｉ，ＥＧＱａ —ｅＹｉｏｌｇｕＢｎＦＮｕｎｋ，ＵＸａ－ｎｉ
（ｃｏｌｆＥｅｇｎｏｅｎｉｅｒｇＸｎＪｏｏｇＵｉｒｔ，ｉｎ７０４，ｈｎ）ＳｈｏｏｎｒｙａｄＰｗｒｇｎｅｉ，ｉｉｔｎｅｉＸ１０９ＣｉＥｎａａｎｖｓｙ。ａ
ＡｂｔａｔＢｓｄｏｈｎ－ｉｎｉｎｗａｅｔｅｒｔｅｍｏｅａｄｆｄｗｉｈｗｓｐｏｅｏｂｌｓｒｔｈｓｒｃ：ａｅｎｔｅｏｅｄｍｅｓｏｖｏｙ，ｄｌｓｍｏｉｅｈｃａｒｖｎｔｅｃｏｅｏｔｅｈｈｗｉａｔａｉａｉｎ，ｅｈｒｇａｗａｒｔｎｉｏｔａａｇａｅｔｒｄｃｈｍｐｉｄｓｏｅｐｌｅｒｓｃｕｌｓｔｔｓｔｎｔｅｐｏｒｍｓｗｉｅｎＦｒｒｎｌｎｕｇｏｐｅｉｔｅａｌｕｅｆｔｕｓｄｐｅ — ｕｏｈｔｔｔｈ

往复式压缩机管道振动测试技术

5
这种传感器结构简单，制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移的测量。以上三者电感传感器都可以做成差动式，差动式可以显著提高灵敏度，减小误差，因此应用十分广泛。 2 电容式传感器
机械参数测试技术
电容式传感器将被测量变化转换成电容量变化的传感器。按工作原理可以分为变极距式，变面积式和变介质式三类。参照下图依次排开：
机械参数测试技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三往复式压缩机的主要问题
1 存在问题往复式压缩机虽然应用广泛，但是也存在着许多问题，这些问题是不可避免的，因此必须认真对待。在石油化工企业,往复压缩机管道振动对安全生产造成很大的威胁。强烈的管道振动会使管路附件特别是管道的连接部位和管道与附件的连接部位等处发生松动和破裂,轻则造成泄漏,重则由破裂而引起爆炸,造成严重事故。据报道, 3 某石油化工企业空气压缩机站由于管道振动剧烈,引发储气罐爆炸,碎片飞出数十米, 砖墙被气浪推倒,造成该企业停产和重大的经济损失。引起管道振动的原因往往很复杂,只有通过正确诊断,找出振动的原因,才能有效地采取减振措施,消除隐患。 2 往复压缩机管道振动原因简单分析从理论上讲,引起压缩机管道振动的主要原因通常有 3 种:首先是由机组运动的不平衡或基础设计不当而引起。压缩机在组装过程中由于技术或质量问题造成机组装配误差,引起机组的平衡恶化产生振动。因振动具有传递性,机体振动将引起管道振动,故机体振动越剧烈管道振动也越剧烈。第 2 种原因是由于气流脉动引起管道受迫振动。在往复压缩机工作过程中,由于吸、排气的间歇性,可使气流的压力和速度呈周期性的变化,形成气流脉动。第 3 种原因是共振。管道与内部气体构成的系统具有一系列固有振动频率,当压缩机激发频率与某阶固有频率相近时,系统振动迭加, 就产生该阶频率的共振,使管道产生较大的位移,管内气体的脉动达到极大值。压缩机管路系统内所容纳的气体称为气柱,气体象任何振动物体一样具有质量,可以压缩、膨胀,具有一定的弹性,所以气柱本身就象一个弹簧那样的振动系统,受到一定工况条件的诱导就会发生振动。实践表明:生产中遇到的管道振动绝大多数是由气流脉动引起。脉动的气流沿管道输送遇到弯头、异径管、控制阀、盲板等元件时,由于瞬

有限元技术在空调器管路振动分析及设计优化中的应用

有限元技术在空调器管路振动分析及设计优化中的应用
有限元技术在空调器管路振动分析及设计优化中的应用赵文龙;张增学;李立斌
【期刊名称】《华南农业大学学报》
【年(卷),期】2004(025)003
【摘要】应用PTC公司的Por/E软件建立空调器管路系统的三维模型,通过ANSYS软件的专用Pro/E接口将模型导入到ANSYS软件中,在ANSYS软件中建立该管路的有限元分析模型,计算出前20阶固有频率和振型,并且在此基础上模拟压缩机的激励,分析管路的振动响应特性.通过对实例计算分析,提出减少配管振动的优化设计方案,证明了应用ANSYS软件的有限元技术进行空调管路减振的可行性.
【总页数】4页(112-115)
【关键词】有限元分析;振动;计算机辅助工程(CAE)
【作者】赵文龙;张增学;李立斌
【作者单位】广州华凌中央空调研究中心,广东,广州,51143O;华南农业大学,工程学院,广东,广州,510642;广州技术师范学院,天河学院,广东,广州,510552【正文语种】中文
【中图分类】TH122
【相关文献】
1.空调器管路振动分析及优化工作中有限元技术的应用 [J], 张进
2.有限元技术在空调管路振动分析中的应用[C], 韩本强; 陈培烈; 胡志明; 杨靖
3.基于有限元分析的空调器出风面板结构的优化设计方法 [J], 李敏
4.利用有限元分析理论对空调器配管进行优化设计 [J], 潘柏江。

往复式压缩机管线振动数值分析

已取得较好的成果 ¨ Ｊ。往复式压缩机出口管线
２１管系固有频率分析．管道系统是一个弹性连续体，其结构往往比较复杂，要得到其精确解有很大困难。根据振动
理论，一个机械系统的多自由度振动方程可用矩
长。
１２倍的引．
起管系的共振，般要求在设计时避开前３阶的一共振频率，振区前３阶共振频率如表２所示。共
表２共振区激发频率
频率（ｚｆ１１．Ｉ２３．１３６０）６８３６５Ｘ１．～２．～３．～．２４４
气缸时ｍ＝２ Ⅳ— — 曲轴转数，ｍｉｒｎ／
当压缩机的转速为４０／ｎ压缩机气缸为２ｒｍｉ，双作用ｍ＝２时，由式（）３得＝１。４
当管系的激发频率落在固有频率附近时引起结构共振，程中一般认为激发频率（）０８工的．
ｆ２＝０７手．５
‘ ，
（）５
管系的材料属性：度Ｐ＝７５ｋ／弹性模量密８０ｇｍ，Ｅ＝．２０×１ａ泊松比＝０３许用应力［］０ＭＰ，．，＝１４ａ对图１系结构建立模型并进行有限１ＭＰ，管
ｑｅｃａｌｅｒｈａｕａｅｕｎｙｅｓｎｎｅｗａａｓｄｉｅｐｐｌｅｓｒｃｕｅｎｅｄｆｒｎａｉｇｍｅｓｒｓｗｒｕｎｙｆｓｎａｅｎｔｒｆｑｅｃ，ｒｏａｃｓｃｕｅｎｔｉｅｉｔｕｔｒ，ａｄｔｉｅｔｍｐｎａｕｅｅｅｌｔｌｒｈｎｈｅｄ

往复式压缩机振动的有限元数值分析与实验研究

摘要：对某型往复式冰箱压缩机的振动进行了有限元数值模拟，研究了曲轴一连杆一活塞运动系统产生的机械
激励引起的压缩机振动响应。研究表明，曲轴一连杆一活塞运动系统是压缩机低频振动的主要激励来源，气体力主要引
起压缩机泵体的水平扭转振动。通过仿真结果和试验的对比，证了数值模拟方法应用于压缩机振动响应分析的可行验性。通过数值模拟，町得到机械激励引起的壳体表面振速分布，为压缩机的机械噪声预测提供参考。
关键词：往复式压缩机；限元法；动响应有振中图分类号：Ｂ３；Ｂ５ｒ５２Ｔ６２文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｉａｎｌｓｓａｄｔｓｓｆｒｖｂａｉｎｒｓｏｅｏｅｉｏａｉｏｐｅｓｒｒｃｌａａｙｉｎｅｔｏｉｒｔｏｅｐｎｓｆａｒｃｐｒｃｔｎｇｃｍｒｓｏ
Ｋｅｏｄ：ｒｃｒｃｔｇｃｍｒｓｒｆｉｌｍｎｍｅｏＦＭ）ｖｒｔｎｒｓｏｓｙｗｒｓｅｉｏａｎｏｐｅｓ；ｉｔｅｅｔｔｄ（Ｅｐｉｏｎｅｅｈ；ｉａｏｅｐｎｅｂｉ
压缩机作为电冰箱主要的振动和噪声源，来越越受到冰箱生产厂家的重视。现阶段冰箱压缩机中普遍采用的是往复式压缩机。冰箱压缩机噪声源包含：机
ｍｅｈｄｉｔｅｙａｃｅｐｎｅｎｌｓｓｆｔｅｅｉｒｃｔｎｃｍｐｅｓｒＴｈｅｏｍａｖｌｃｔｄｓｒｂｔｏｓｉｈｔｏｎｈｄｎｍｉｒｓｏｓａａｙｉｏｈｒｃｐｏａｉｇｏｒｓｏ．ｎｒｌｅｏｉｙｉｔｉｕｉｎＯｌｅｔｃｍｐｅｓｒｓｅｌｄｅｔｈｃｎｃｌｅｃｔｔｏｓｗｅｅｏｔｉｅｔｏｒｓｏｈｌｕｏｔｅｍｅｈａｉａｘｉｉｎｒｂａｎｄｗｉｈＦＥＭｔｏａｍｅｈｄ，ｏｈｉａｉｈｅｐｅｉｔｎｏｈｎｔｅｒｂｓｓｔｒｄｃｉｆｔｅｏｍｅｈｎｃｌｎｉｅｂｃｍｅｐｓｉｌｏｈｅｉｒｃｔｎｏｐｅｓｒｃａｉａｏｓｅａｏｓｂｅｆｒｔｅｒｃｐｏａｉｇｃｍｒｓｏ．

往复式压缩机管道应力分析及其振动解决方案

往复式压缩机管道应力分析及其振动解决方案崔匀【摘要】阐述了往复式压缩机管道振动的主要原因;利用应力分析软件CAESARⅡ对往复式压缩机管系进行建模与应力分析,通过不同的管道走向及管架设置方案的对比,得出了某压缩机出口管道最优的布置方案,文中给出了压缩机管道减振的基本措施,为同类管道的布置提供了借鉴.【期刊名称】《化工设备与管道》【年(卷),期】2016(053)005【总页数】6页(P63-68)【关键词】往复压缩机;管道振动;固有频率;caesarⅡ;振动分析【作者】崔匀【作者单位】中国昆仑工程公司,北京100037【正文语种】中文【中图分类】TQ050.2;TH12往复式压缩机是炼油和化工装置中的重要设备。

由于往复式压缩机吸气、排气过程的间歇性和周期性，会在压缩机进出口管道内产生气流脉动，对管道产生巨大的压力冲击，从而导致管道发生振动。

管道振动会给压缩机的安全平稳运行埋下隐患；引起系统的支吊架松动失效；振动产生的往复惯性力可使管道局部发生疲劳破坏，甚至导致管道断裂、介质泄漏；振动还会对设备管口产生附加推力，造成设备的损害，影响正常生产。

因此在工程设计中，应对压缩机管线进行振动分析，采取相应措施避免管道产生振动。

1.1 压缩机动力平衡性能不稳定由于运动机构的动力不平衡性会造成惯性力的不同。

机组基础设计不当，转动轴等连接件对中不达标，这些制造安装中的误差产生的振动，相当于给压缩机的附管提供了一个激振力，从而激发管系的振动。

1.2 气流脉动引起的振动往复式压缩机的活塞在气缸中进行周期性的往复运动，使管内气体呈脉动状态。

管内气体的参数，如压力、速度、密度等随位置和时间做周期性变化[1]。

脉动气体遇到弯头、异径管、控制阀、盲板等元件后将产生随时间变化的激振力，导致管道产生振动。

某装置氢气往复压缩机90°弯管处所受激振力如图1所示，管道内径40 mm，管内最大压力为4.7 MPa，最小压力为2.3 MPa，进行计算如下[1]：如上述弯头改为120°，按相同公式可算出此处激振力F=1 507 N，若管线为直管，则此处激振力F=0 N。

基于有限元的汽车悬架减震系统设计和仿真

在其他条件相同的情况下ꎬ使用合金弹簧钢的汽车
参考文献:
减震器效果较好ꎬ因为目前很多汽车生产厂商已经
[１] 罗煜韬. 考虑ＮＶＨ性能的汽车悬架不确定性分析和优化[ Ｄ] .
放弃了使用碳素弹簧钢转而使用合金弹簧钢ꎮ
(２) 研究车辆的质量因素仿真结果显示使用碳
素弹簧管且汽车质量为２０００ｋｇ时弹簧的应力为
４.１８１ｅ＋０９Ｎ / ｍ２( 见图６) ꎬ汽车质量为２３００ｋｇ时ꎬ弹
簧的应力为４.２９９ｅ
＋０９
Ｎ / ｍ ( 见图７) ꎬ仿真结果与实
２
际情况相同ꎬ即汽车质量越大ꎬ减震器所受的应力也
越大ꎬ因为在设计汽车时ꎬ需要仔细考虑汽车的减震
器和汽车质量之间的关系ꎻ
长沙:湖南大学ꎬ２０２１.
ｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ. Ｆｉｎａｌｌｙꎬ ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓꎬ ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｓｈｏｃｋａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ. Ｔｈｅｒｅ￣
ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄａｍｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｉｇｉｄｉｔｙａｎｄｄａｍｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅꎬ ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｖｅｈｉｃｌｅ.

往复式压缩机管道系统振动分析与控制

往复式压缩机管道振动广泛存在于石油、工化
内的气体振动系统及管路的机械振动系统的动力
企业。高压管线的强烈振动所导致管路中的附件及联接部位的松动现象在生产现场十分常见，振在
动所产生的交变应力长期作用下可导致管路局部的疲劳破坏，而引起管内介质泄露，成重大安从造
ＡｂｔａｔＴｈｔｏｇｖｂａｉｎｐｏｌｍｆｔｅｏｔｅｉｌｎｓｏｈｅｉｒｃｔｎｏｒｓｏｒｕｓｒｃ：ｅｓｒｎｉｒｔｏｒｂｅｏｈｕｌｔｐｐｅｉｅｆｔｅｒｃｐｏａｉｇｃｍｐｅｓｒｇｏｐ
ｆｏａｅｃｌｕａｅｌｗｒａｃｌｔｄ，ａｄｔｅｃｕｅｏｉｒｔｎｉｏｎｎｈａｓｆｖｂａｉｓｆｕｄ．Ａｃｏｄｉｇｔｈｅｕｔｆｃｍｐｔｔｏｏｃｒｎｏｔｅｒｓｌｓｏｏｕａｉｎ，ａｐａ — ｒｃｔｃｌｓｈｍｅｉｒｓｎｔｄｔｏｔｏｈｙｔｍｉｒｔｎ．Ｔｉｒｔｏｆｔｅｐｐｌｎｙｔｍｓｒｄｃｄｉａｃｅｓｐｅｅｅｏｃｎｒｌｔｅｓｓｅｖｂａｉｏｈｅｖｂａｉｎｏｈｉｅｉｅｓｓｅｉｅｕｅｒ：ｖｂｒｔｏｎｖｙｗｏｄｓｉａｉｎａｄｗａｅ；ｐｉｌｓｖｂａｉｎ；ＰＡＰｓｆｗａｅ；ｎｍｅｉａｎｌｓｓｐｅｉｉｒｔｏｎｅｏｔｒｕｒｃｌａａｙｉ

大型往复式压缩机气流脉动及管道振动研究

华中科技大学硕士学位论文摘要作为流体压缩及动力输送的通用机械，压缩机一向被视作化工行业的核心设备，其能否安全平稳地运行直接关乎相关企业经济效益。

活塞压缩机进、排气过程带有间断特性，使得进排气管内气流参数呈脉动变化，出现气流脉动现象。

气流脉动极易导致管道振动，从而引发压缩机容积效率变低、功率损耗增加等危害。

因此，研究脉动产生机理及其对管道振动特性产生的影响便具有较强意义。

本文针对阀腔压力脉动与管道振动作了以下研究。

建立了求解阀腔压力脉动的数学模型，综合考虑了压缩机阀腔、阀片运动和管道系统等对气流脉动的影响，将压缩机和管系作为一个动态关联的整体进行研究，使得压缩机工作特性的气流脉动分析更接近实际情况，计算结果精度更高。

根据压缩机工作和阀片运动规律特性的模拟结果，对是否考虑阀腔影响的两种情况，进行对比分析，结果表明，若考虑阀腔影响，阀片撞击升程限制器的速度增加约10%，容易损坏阀片。

然后讨论了阀片升程、弹簧刚度及阀片质量等气阀结构参数对气阀运动规律和缸内压力的影响。

另外，通过阀腔压力脉动模型的求解，获得了进气阀腔的压力变化情况，压力不均匀度为3.49%，在合理范围内。

基于流固耦合模态与气柱固频分析的基本理论，探索了压力、壁厚、内径等参数对所建管道固频的影响情况，并进行了管内气柱模态分析。

基于模态分析结果，对弯管内气体处于非定常状态时管路振动响应问题进行数值分析，同时还研究了脉动流体的频率与幅度等参数对管道响应的影响规律。

研究发现，压力脉动使管道应力出现较大波动（7%），这种较大幅度的交变应力极易破坏管道；在流固耦合作用下，管道基频随压力脉动频率的增大而升高，且当管道基频或气柱固频与气流脉动频率相近（共振）时，管道变形增大为非共振情况的2-3倍。

关键词：大型往复压缩机；气阀运动规律；阀腔压力脉动；管道振动；瞬态分析华中科技大学硕士学位论文AbstractAs a general machine of fluid compression and power delivery, compressor always been regarded as the core equipment of the petrochemical industry. Whether safe and smooth operation is directly related to the economic interests of the related enterprises. The inlet and exhaust process of piston compressor is intermittent, which makes the parameters of the air flow in the inlet and exhaust pipes change periodically, and then the flow pulsation occurs. Airflow pulsation can cause pipeline vibration easily, which leads to lower volumetric efficiency of compressor and the increasing of power loss etc. Therefore, it has great significance to study the mechanism of pulsation and its’ influence on the vibration characteristics of pipeline. In this paper, the pressure pulsation of valve cavity and the vibration of pipeline are studied as follows.First, we established the mathematical model of pressure fluctuation in valve chamber. The influence of valve chamber, valve motion and pipeline system on the flow pulsation are considered synthetically in this model, which makes the compressor and pipe system formed integrally, and this kind of air flow pulsation analysis combined with compressor working characteristics will make the calculation results more accurate and closer to the actual situation.According to the simulation results of compressor work and the motion law of valve plate, we compared and analyzed the influence of with or without valve cavity, the rsults show that if we take into account the valve cavity, the speed of valve plate impact lift limiter is increased by about 10%, and the valve plate is easily damaged. After that, we discussed the influence of valve structure parameters such as valve plate lift, spring stiffness and valve blade mass on valve motion and cylinder pressure. By solving the pressure fluctuation model of the valve cavity, the pressure variation of the inlet valve cavity is obtained, and the pressure inhomogeneity is 3.49, which is within a reasonable range.华中科技大学硕士学位论文Last, we studied the influence of pressure, wall thickness and inner diameter on the natural frequency of the pipeline based on the basic theory of fluid-solid coupling and modal analysis. After the modal analysis of the gas column in the pipe was carried out, based which numerical analysis of the vibration response of the pipe was done when the gas in the bend is in an unsteady state. At the same time, the influence of the frequency and amplitude of the pulsating fluid on the pipeline response is also studied. We found that the pressure pulsation causes the pipeline stress to fluctuate greatly (7%), which is easy to destroy the pipeline, and the fundamental frequency of the pipeline increases with the increase of the pressure pulsation frequency under the action of fluid-solid coupling. When the fundamental frequency of the pipeline or the fixed frequency of the gas column is close to the pulsating frequency of the gas flow (resonance), the deformation of the pipeline increases 2-3 times as much as that of the non-resonance case.Keywords: Large Reciprocating compressor; Motion law of valve; Pressure pulsation of valve chamber; Pipe vibration; Transient analysis华中科技大学硕士学位论文主要符号表h阀片位移 y阀片运动速度 θ曲轴转角 v M阀片质量 ω曲轴转角速度 β 推力系数 p气体压力 s p 进气压力 d p排气压力s A气阀推力面积so p进气阀腔气体初始压力 do p排气阀腔气体初始压力 so ρ 进气阀腔初始气体密度 do ρ排气阀腔初始气体密度 z气阀弹簧个数 K弹簧刚度系数 0H弹簧预压缩量 k气体绝热指数 V气体容积 A α气阀有效通流面积 R气体常数 s T进气温度 d T排气温度 S活塞行程p A活塞底面积 λ曲柄半径与连杆长度比值 0V余隙容积 D气缸直径 1α阀隙流量系数 e α阀座通道流量系数 v A环周长 e A阀座通道面积 1N进气阀个数 2N排气阀个数 Q热量W 功下标imp 碰撞值下标reb 反弹值下标s进气下标d排气H阀片升程s Φ进气管道质量流量 csΦ流经进气阀气体质量流量 cdΦ流经排气阀气体质量流量 d Φ 排气管道质量流量s ρ进气密度华中科技大学硕士学位论文s L进气管道长度 d L排气管道长度 d ρ排气密度 s V进气阀腔体积d V排气阀腔体积s λ进气管沿程阻力损失系数 d λ排气管沿程阻力损失系数 R C 阀片反弹系数 s K进气管局部阻力系数d K排气管局部阻力系数华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................... I I 主要符号表 (IV)目录 (VI)1绪论 (1)1.1 课题背景与研究意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文主要工作 (6)2往复式压缩机阀腔压力脉动数学模型 (8)2.1 引言 (8)2.2 压缩机工作过程数学模型 (8)2.3 阀片运动方程 (11)2.4 阀腔压力控制方程 (13)2.5 管内气体流动方程 (15)2.6 阀腔压力脉动数学模型及计算条件 (16)2.7 本章小结 (18)3阀片运动及阀腔压力脉动模拟 (20)3.1 引言 (20)华中科技大学硕士学位论文3.2 阀片运动规律与影响因素分析 (20)3.3 阀腔压力脉动分析 (27)3.4 本章小结 (28)4输气管道流固耦合模态分析及气柱固有频率计算 (29)4.1 引言 (29)4.2 流固耦合基本原理 (29)4.3 管道结构模态分析 (33)4.4 气柱固有频率计算 (41)4.5 本章小结 (44)5管道流固耦合瞬态特性分析 (45)5.1 引言 (45)5.2 弯曲管道流固耦合模型 (45)5.3 数值分析 (47)5.4 结果分析及不同因素影响 (47)5.5 本章小结 (54)6总结与展望 (56)6.1 全文总结 (56)6.2 研究展望 (57)致谢 (58)华中科技大学硕士学位论文参考文献 (59)硕士期间研究成果 (66)华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1 课题背景与研究意义作为流体压缩及动力输送的给予者，压缩机一向被视作化工行业的核心设备，压缩机将流体加压加速后使其快速涌向装置的其他部位，其能否安全平稳地运行直接关乎相关企业经济利益。

往复压缩机管线的振动分析方法探究

2009年第2期总214期设计研究[2] M aheshri J C,W yman C B.M i x i ng i n an i n t er m esh i ngtw i n scre wextruder cha m ber:co mb i n ed cross and do w n c h annel flo w[J].Pol ym er E ngi neeri ng and S ci en ce,1980,20(9):102-109.[3] 王丽,江波.异向旋转双螺杆几何造型的研究[J].中国塑料,1998,12(2):90.[4] 郑柯.啮合双螺杆齿形曲线探讨[J].塑料科技,1988,3(1).[5] 傅则绍.微分几何与齿轮啮合原理[M].北京:石油大学出版社,1996.[6] 任鸿列.国内外塑料机械工业的现状与展望[J].中国塑料,1996(9):1-6.(REN H ong li e.Present s i tuation of do m estic andf orei gn plastic m ach i nery i ndu stry and t heir p ros pects[J].C hinaPlasti cs,1996(9):1-6).[7] 洪国胜,张建原,洪月里.C++Bu il der程序设计轻松上手[M].北京:清华大学出版社.[8] 郑柯.双螺杆齿曲线探讨[J].塑料工业,1982,(3):13-16.作者简介:王可(1957-),男,山东蓬莱人,教授,博士生导师,主要从事复杂曲面数控制造技术、螺旋机械设计理论与方法、数控装备设计等方面的研究。

文章编号:1006 2971(2009)02 0013 04往复压缩机管线的振动分析方法探究郭文涛,肖明鑫(沈阳鼓风机集团有限公司技术中心,辽宁沈阳110142)摘要:随着石化行业装置的大型化,往复压缩机的管线振动问题成为困扰整机性能的关键。

往复式压缩机振动数学模型分析研究

往复式压缩机振动数学模型分析研究【摘要】本文研究了往复式压缩机振动数学模型分析，通过建立数学模型，并对其振动特性进行分析。

通过参数优化研究和非线性动力学特性分析，深入探讨了压缩机振动的规律性。

实验验证部分验证了数学模型的准确性和可靠性。

在总结了往复式压缩机振动数学模型分析研究的意义，并总结了研究成果。

未来研究展望了在该领域的潜在研究方向和挑战。

本研究对往复式压缩机振动问题的研究具有重要意义，为相关领域的工程应用提供了可靠的理论基础和方法支持。

【关键词】往复式压缩机、振动、数学模型、分析、研究、建立、特性、参数优化、非线性动力学、实验验证、意义、成果总结、未来研究展望1. 引言1.1 往复式压缩机振动数学模型分析研究往复式压缩机振动是制冷系统运行中常见的问题，会影响系统的工作效率和稳定性。

为了更好地理解和控制往复式压缩机振动，需要建立相应的数学模型进行分析研究。

在往复式压缩机振动数学模型分析研究中，我们需要考虑往复式压缩机的结构特点、工作原理和振动机理。

通过建立数学模型，可以对往复式压缩机的振动特性进行研究和分析，从而找到影响振动的关键参数和因素。

通过对往复式压缩机振动特性的分析，可以进一步进行参数优化研究，找到最佳的参数组合，降低振动幅度，提高系统稳定性。

还可以分析系统的非线性动力学特性，了解系统在不同工况下的振动特性，为系统设计和优化提供参考。

我们将通过实验验证数学模型的准确性和可靠性，检验研究成果的可行性和实用性。

通过这一系列的研究，可以更好地认识往复式压缩机振动问题，为相关领域的工程实践提供理论依据和技术支持。

2. 正文2.1 数学模型建立往复式压缩机的振动数学模型是对其振动特性进行深入研究的基础，是理解和优化压缩机振动行为的关键。

数学模型建立的过程中，需要考虑诸如压缩机的结构特性、材料性质、工作条件等因素，以确保模型能够准确反映实际情况。

在建立数学模型时，首先需要进行系统的力学分析，考虑压缩机各部件之间的相互作用力，包括惯性力、弹性力、摩擦力等。

空调器管路振动分析及优化工作中有限元技术的应用

空调器管路振动分析及优化工作中有限元技术的应用作者：张进来源：《科技创新导报》 2011年第19期张进(珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519070)摘要:本文首先对空调器管路设计工作中存在的问题进行了简要介绍,在对空调机制冷系统进行分析的基础上,提出了改良模型。

实践结果表明,计算结果与实测值相符,说明本次研究所采用的方法是科学、有效的。

关键词:空调器管路振动设计优化中图分类号:TH122 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(a)-0071-01根据有关部门对国内空调产品故障调查的结果,故障率排名第一的是冷媒系统的故障,而在冷媒系统故障中,大部分是由铜管破裂造成的。

究其原因,主要是管路的振动应力过大所致。

空调系统的管路振动主要来自于回气管和压缩机,如果这两根管线长期因为冷媒、激振的流动而处于受迫振动的状态,就非常容易发生疲劳,最终导致断裂。

另外,管路的振动还会在很大程度上导致噪声,如果压缩机得到振动速度与给予的外力方向一致,外力就会对管路系统做政工,振动噪声就会随着系统能量的增加而明显增大,同时,噪声还会沿着制冷管路传递到箱外,形成箱体共鸣。

所以,只有做好空调器制冷系统的管路设计工作,才能有效避免管路的振动,降低或消除噪声。

1 空调机制冷系统分析在Pro/E的环境下建立空调器制冷系统的三维几何模型。

模型通过ANSYS软件的专用接口导入ANSYS环境,并通过定义单元实常数、单元类型、材料特性以及划分网格等最终完成有限元模型的建立。

其中,模型的节点数为15025,单元数为13499。

1.1 模态分析对空调管路的振动特性进行分析,对包括相应振型和频率的固有动力特性进行确定,以免出现管路结构与压缩机固有频率相似的情况发生。

1.2 谐响应分析所谓谐响应,就是指结构在周期性的、持续在和的作用下所产生的持续周期谐响应,在空调器的制冷系统中,压缩机会受到来自旋转不平衡离心力的作用,而这一离心力会随着转自的转动呈现出周期性的变化,最终导致管路系统出现谐响应。

CAESARⅡ在往复压缩机管道振动及应力分析中的应用

数据输入完成后，程序在进行数据检查后才能进行静力计算。对于检查过程中出现的致命性错误，必须根据错误的内容，检查原始数据并返回数据输入（ piping spreadsheet）状态下进行更正，从而保证了管道系统数据的可靠性。 2. 3. 2 定义计算工况
经过错误检查后，管道分析的第一步就是定义要计算的载荷。压缩机管道上可能承受的载荷有管道自重、压力载荷、温度载荷、位移载荷、脉动压力载荷以及地震载荷、风载荷等。确定了载荷后，根据分析计算的要求，对各种载荷进行组合，用以对管道的安全进行判断。常用的载荷工况组合有：
1 管道振动及应力分析
1. 1 管道振动及应力分析内容管道系统的振动及应力分析主要包括管道系统
的静力学分析和动力学分析。静力学分析包括压力载荷和持续载荷作用下的一次应力计算校核，管道
热胀冷缩以及端点附加位移等载荷作用下的二次应力计算校核，管道支吊架、法兰的受力计算校核等。动力学分析包括管道系统的模态分析，受迫振动响应分析。 1. 2 管道应力的种类
［!］h S !a = （f l. 25［!］L + 0. 25［!］h - !l）（3）（3）管道振动的许用振幅［6］
管道振动导致管道损坏的可能性，取决于振幅的大小和振动的频率。管道振动振幅（双）的许用值和危险值，可以参考美国普度压缩机协会提供的管道（双）振幅的许用值和危险值。另外，美国的威尔逊（ Wiison）以及其他一些国家也提出了往复压缩机许用双振幅的标准。
峰值应力是指管件局部结构不连续，产生应力集中或有局部热应力时附加到一次应力或二次应力上的总和。
2 管道振动及应力计算步骤
管道系统振动及应力计算主要包括三个步骤：首先是正确建立模型，将所分析的管道系统的力学模型简化为程序所要求的数学模型。其次是真实地描述管道系统的边界条件。体现在工程问题上就是约束、位移、支吊架和管口等具体问题的模拟。最后是正确地分析计算结果，用计算结果来指导管道系统的设计与调整。 2. 1 数据输入

压缩机复杂管路压力脉动及管道振动研究_徐斌

核动力工程Nuclear Power Engineering第29卷第4 期 2 0 0 8 年8月V ol. 29. No.4 Aug. 2 0 0 8文章编号：0258-0926(2008)04-0079-05压缩机复杂管路压力脉动及管道振动研究徐斌，冯全科，余小玲（西安交通大学能源动力学院，西安，710049）摘要：围绕往复式压缩机管道系统的振动及往复式压缩机的管道压力脉动问题，依据平面波动理论，采用转移矩阵和刚度矩阵计算出复杂管路的气柱固有频率和压力脉动。

借助于有限元方法的离散思想，建立了往复式压缩机管道振动及应力分析的数学模型，提出了恰当的边界条件，利用基于有限元的管道分析软件CAESAR Ⅱ对模型进行求解，获得了管道系统的振动模态结果。

对比试验结果与计算结果发现，利用一维平面波动方程可以比较准确地计算出往复式压缩机管路的气柱固有频率、压力脉动。

关键词：往复式压缩机；复杂管路；压力脉动；管道振动中图分类号：TH457 文献标识码：A1 引言往复式压缩机广泛用于石油、化工、钢铁和冶金等行业。

管道的强烈振动对压缩机性能及可靠性有很大的影响，压缩机管道的振动问题也越来越引起人们的重视。

生产中遇到的压缩机装置振动绝大多数是气流脉动引起的[1]，而往复式压缩机所产生的气流脉动最为剧烈，对性能、工作的影响最为明显[2]。

研究气流脉动的产生机理，建立合理的气流脉动数学模型，准确地进行气流脉动的预测，掌握控制气流脉动的有效方法，意义十分重大。

近几年，国内外对气流脉动的研究工作主要集中于以下几个方面：完善转移矩阵，建立和完善管系单元的数学模型[3]；运用有限元的方法对气流脉动进行分析，并引入一些如CFD等新的方法[4～10]。

但是这些计算气流脉动的方法都以整个管路为整体来研究，在对复杂管路进行计算时缺乏灵活性和通用性，不易于迅速解决工业实际中不同压缩机管道系统的问题。

本文基于平面波动理论，考虑声学反射、流体粘性和摩擦情况，分段计算了复杂的往复式压缩机级间管路的气柱固有频率和气流脉动，并在往复式压缩机管路系统实验台进行了实验验证。

基于CAESAR Ⅱ的往复压缩机管道振动分析

基于CAESAR Ⅱ的往复压缩机管道振动分析周峤;吴新果【摘要】为提高往复压缩机管道系统的安全性、稳定性,从设计阶段对往复压缩机管道系统的防振设计方法进行研究,利用基于有限元方法的管道应力分析软件CAESARⅡ,对往复压缩机管道系统模型的固有频率进行了分析,提出管道系统优化设计方案.将分析方法应用于实际项目,对工程中往复压缩机管道系统进行建模和求解,解决实际工程中管道系统振动问题,同时证明分析方法的合理性.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P13-14,35)【关键词】CAESAR Ⅱ;往复压缩机;振动分析;管道;固有频率【作者】周峤;吴新果【作者单位】新疆石油勘察设计研究院,新疆乌鲁木齐830026;新疆石油勘察设计研究院,新疆乌鲁木齐830026【正文语种】中文【中图分类】TE9740 引言为保证振动分析顺利通过，需要从设计阶段开始对往复压缩机管道的防振设计方法进行研究，使用基于有限元方法的管道应力分析软件CAESAR Ⅱ对管道设计结果进行计算与调整，以保证后期工作的顺利进行，并最终保证往复压缩机高效、稳定的运行[1]。

1 往复压缩机管道防振设计方法1.1 防振设计的步骤对于往复压缩机管道振动的控制，主要参考API 618《石油化工和天然气工业用往复式压缩机》。

由于往复压缩机管道的振动控制与压缩机自身设计、缓冲罐大小等因素直接相关，所以根据API 618的规定，往复压缩机管道的振动控制应主要由压缩机制造厂负责。

管道设计人员在完成配管设计后，应将管道的布置、管道支撑的设置等设计方案提交厂家进行确认，由厂家按API 618中的规定的分析设计方法进行分析认可[2]。

1.2 防振设计中应注意的问题1.2.1 管道布置对于往复压缩机管道，在进行管道布置时应尽量沿地面敷设。

这样有利于管道支撑，一旦在机器运行时出现管道振动问题，也比较容易进一步设置支架和采取减振措施。

利用有限元法解决柴油机轴系振动的方法

Research on solving the vibration of the diesel engine with finite element method 作者：刘波[1] 孙中平[2]
作者机构： [1]鹤岗市交警支队机动车检测中心,黑龙江鹤岗154101 [2]广西北海中等职业技术学校,广西北海536000
出版物刊名：交通科技与经济
页码： 50-52页
主题词：有限元轴系振动解算步骤
摘要：有限元法是基于建立起来的数字模型，用现代数学方法求出有关微分方程定解问题的解，并对计算结果进行加工和解释。

阐述利用有限元法求解振动问题的基本思想，以及利用有限元法求解振动问题的解算步骤，为求解诸如柴油机轴系扭转振动、纵向振动和横向振动问题提供方便。

往复式压缩机系统管道振动分析

２管道振动原因
管道的振动大致有以下３个原因：（）１机体振动。由于振动具有传递性，机体振动将引起管道振动，机体振动越烈管道振动亦越烈。（）２流体脉动。往复式压缩机的工作特点是吸排流体呈间歇性和周期性，激起管内流体呈脉动状态。脉动的流体沿管道输送时，遇到弯头、异径管、控制阀、盲板等元件后，由于瞬间压力、速度、密度的变化，将产生随时间变化的激振力，受该力作用，管道结构及附件便产生一定的机械振动响应。（）３共振。当往复式压缩机激发频率与管道的固有频率相等时，管道即产生对应于该阶频率的共振。共振对管道的振动影响很大，一般采用核算量频率避开量频率重叠发生的可能，处理办法通常采用增加支架缩短支架间距的方式实现。
间。
Ｆａ＝ｚ・ｓ（ｔ／）ｍｘＡＰＳ・ｉｕ，２ｎ）
一般，当压力不均匀度８在远离其许用值「时，司可不进行最大不平衡力计算，接近或大于［时就当８司必须进行最大不平衡力的计算。从以上分析可知，造成不平衡力较大的原因是脉动引起的压力不均匀度较大的结果，压力脉动越大，激振力越大，管道振动的位移峰值和应力也越大，因此，降低管道振动可以从降低气流脉动和降低管道自身振动方面考虑。
表１振动强度质量鉴定（摘自！／３４）ＳＩ９５ＯＳ
３管道振动分析和控制
如何有效抑制振动或缓解振动带来的不利影响，保证管道安全有效的运行，一直是研究管道振动的最终目的，由于引起管道振动主
振动强度／ｍｍ・一、１
ａ１９Ｐ＂镇．＇／
图１压力脉动图
式中：Ｐ为管道内的平均绝对压力（ａｏＭＰ）该式可对管道进行简单分析以确定气柱共振管长。

基于声学有限元法的汽车风噪声仿真方法研究

基于声学有限元法的汽车风噪声仿真方法研究许志宝;汪东斌;李忠禹;徐寅生【摘要】基于声学有限元计算方法,借助CFD软件进行了某SUV车型外流场模拟,将外流场分析数据导入LMS b Acoustic声学有限元模块进行气动噪声车内声场的响应研究.通过流场与声场的耦合求解,完成车内监测点的声压频谱计算,并与试验数据进行对比发现,该仿真方法精度高,工程应用潜力大.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】3页(P77-78,84)【关键词】气动噪声;声学有限元方法【作者】许志宝;汪东斌;李忠禹;徐寅生【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230601;安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230601;安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥230601;安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】U467.1CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-77-03 有限元理论经过几十年的发展，已在工业领域得到广泛的应用。

而长期以来，受硬件资源限制及超大计算量的影响，声学问题，尤其高频声学问题，往往无法应用有限元方法进行开展。

近些年，随着硬件计算资源的丰富，应用有限元方法进行大规模声学问题解算，已经初步具备条件。

汽车气动噪声是由于车辆在高速行驶中，车辆对气流扰动产生的压力脉动产生，因此进行汽车瞬态流场仿真，获取车外的压力波动可以对车辆风噪声性能进行初步评估。

进行表面压力与试验的验证分析，可以对瞬态流场仿真结果进行评价，是进行车内声场仿真准确性最初步的判定。

本文以某在研SUV车型气动噪声风洞试验数据为基础，通过进行车外流场相关性对比、车内声场相关性对比，对基于声学有限元法的汽车风噪仿真方法进行校验，以期证明该方法能够应用于车辆气动噪声性能开发。

有限元数值仿真在解决管道振动中的运用！

有限元数值仿真在解决管道振动中的运用！解决现场管道振动问题，分三步走：•管线振动检查；•管道故障诊断和根因分析 (RCA)；•方案验证评估。

其中第二步，在完成工作变形测试(ODS)、试验模态测试(EMA)，识别出故障类型和振动根因后，在现场即可提出改进建议与措施，并进行验证。

然而，由于管道振动问题的多样性和复杂性，有时改进方案的效果难以在现场100%确认，因此，后期需借助有限元(FE) 数值仿真的方法，建立管线的有限元模型，用测试数据校准有限元模型，完善诊断并更准确地确定可能的解决方案。

项目背景•由于管线整体的运动导致的振动，需要一个以上支架抑制管线振动。

•部分管线的位移相当严重，并且所处的位置空间狭窄，难以增加新的支架。

•管线和主结构非常近，有必要设计长支架，它们的隔振效率未知。

针对以上问题，我们借助有限元数值仿真的方法，对管道支架进行优化设计，并从动力学角度验证有效性。

此项工作可以分为三个阶段：有限元建模、模型标定、解决方案确定。

有限元建模有限元模型 (FEM) 包含：•高振级关键管线；•管线周围的结构；•结构上的管道支架。

基于Caesar文件进行管线建模。

大多数的管线将使用梁单元进行建模，一些管线区域采用壳单元建模评估应力。

管线应力分析报告中也必须体现现有管道支架的特点。

完成建模工作需要管道图纸和总装配图，必要时将在模型上增设辅助框架。

模型校准有限元分析存在数值不确定性，并且设计和制造过程中也会有差异。

因此，需通过校准提高有限元模型的精确性。

模型校准的目的在于通过调节特定参数，在仿真模型中复现现场观察到的现象。

校准分为以下两步：•校准固有模态：管道振动是由于管内流体对结构模态的激励而引起的。

因此，计算的模态振型和频率必须与测量所得的模态振型和频率相一致。

通常采用调整边界条件的方法（比如调整支架和连接刚度）;•校准激励：与振动最相关的部位（弯头、三通等）处施加激励，复现现场测量时的振级。

管线和支架结构的有限元模型试验结果校准有限元模型控制措施确定管线的有限元模型建好并且校准完毕，可以帮助确定解决方案。