五軸齒輪組裝式離心壓縮機轉子系統(tǒng)動力學及其非線性特性.pdf

1、多軸齒輪組裝式離心壓縮機是能源、石化等領域發(fā)展的前沿重大機械裝備，轉子系統(tǒng)作為多軸齒輪組裝式離心壓縮機的核心部件，是由多個轉子通過齒輪嚙合而成，且長期高負荷運轉在臨界轉速以上，轉子系統(tǒng)動力特性更為復雜，軸承和齒輪非線性特性對機組工作性能影響非常明顯。據(jù)統(tǒng)計，我國能源和石油石化行業(yè)中運行的大型離心式壓縮機組發(fā)生的事故以轉子故障最多，普遍表現(xiàn)為轉子振動過大、轉子振動導致的結構損傷時常發(fā)生等。長期以來，壓縮機制造行業(yè)對此類轉子系統(tǒng)進行動力學設

2、計時，仍沿用各個轉子單獨設計的方法，致使某些機器在工作中經(jīng)常出現(xiàn)嚴重的異常振動，嚴重時影響生產(chǎn)甚至造成重大經(jīng)濟損失。因此，開展對多軸齒輪組裝式離心壓縮機的齒輪耦合多轉子-軸承系統(tǒng)進行理論研究，掌握其動力學特性及其非線性特性與振動規(guī)律十分必要。
　　本文在國家重點基礎研究項目（973項目）“高端壓縮機組高效可靠及智能化基礎研究”(編號:2012CB026000)課題5“壓縮機組復雜系統(tǒng)振動故障機理及智能聯(lián)鎖保護原理與方法”的支持下，

3、以某型號五軸齒輪組裝式離心壓縮機為對象，開展多軸齒輪組裝式離心壓縮機的齒輪耦合多轉子-軸承系統(tǒng)的動力學特性及其軸承、齒輪和負載等非線性影響規(guī)律的理論研究并進行數(shù)值模擬和模型試驗驗證。主要內(nèi)容如下:
　　采用線性時不變的齒輪嚙合模型，提出了基于有限元法的齒輪耦合軸承轉子系統(tǒng)動力學線性模型建立方法;根據(jù)幾何畸變的相似設計方法研制了五軸齒輪組裝式離心壓縮機轉子系統(tǒng)的縮尺模型試驗臺，通過對比確認了縮尺模型的有效性;獲得該試驗臺轉子系統(tǒng)的固

4、有特性及不平衡下的振動響應計算方法，重點研究了不平衡對齒輪耦合轉子系統(tǒng)的徑向振動、軸向振動和嚙合力的影響規(guī)律，利用五軸齒式壓縮機動力學特性模擬實驗臺實驗結果對計算結果進行了驗證。
　　基于流體Reynolds方程，在軸頸的靜平衡假設基礎上，研究了在不同負載下油膜徑向軸承以及油膜推力軸承的動力學參數(shù)變化規(guī)律，建立了試驗臺軸承剛度與阻尼系數(shù)數(shù)據(jù)庫;基于建立的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了考慮非線性油膜力的齒輪耦合轉子系統(tǒng)動力學特性的快速計算方法，獲得了

5、考慮油膜非線性影響下負荷變化對齒輪耦合轉子系統(tǒng)動力學特性的影響規(guī)律，對多軸齒輪組裝式離心壓縮機實際運行中的“臨界負荷”現(xiàn)象進行了解釋，提出了“臨界負荷”的確定方法。
　　引入非線性時不變的齒輪嚙合模型，建立了考慮齒輪非線性嚙合特性的多軸離心壓縮機齒輪耦合轉子系統(tǒng)整體有限元模型，實現(xiàn)了五軸齒輪組裝式壓縮機多點嚙合多平行軸轉子系統(tǒng)動力學與非線性振動的高精度仿真;從齒輪嚙合力變化規(guī)律入手，系統(tǒng)的研究了齒輪剛度激勵、齒輪間隙激勵、齒輪傳遞