五軸齒輪組裝式離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及其非線性特性.pdf

1、多軸齒輪組裝式離心壓縮機(jī)是能源、石化等領(lǐng)域發(fā)展的前沿重大機(jī)械裝備，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為多軸齒輪組裝式離心壓縮機(jī)的核心部件，是由多個(gè)轉(zhuǎn)子通過(guò)齒輪嚙合而成，且長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)在臨界轉(zhuǎn)速以上，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性更為復(fù)雜，軸承和齒輪非線性特性對(duì)機(jī)組工作性能影響非常明顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)能源和石油石化行業(yè)中運(yùn)行的大型離心式壓縮機(jī)組發(fā)生的事故以轉(zhuǎn)子故障最多，普遍表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)大、轉(zhuǎn)子振動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損傷時(shí)常發(fā)生等。長(zhǎng)期以來(lái)，壓縮機(jī)制造行業(yè)對(duì)此類轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)設(shè)

2、計(jì)時(shí)，仍沿用各個(gè)轉(zhuǎn)子單獨(dú)設(shè)計(jì)的方法，致使某些機(jī)器在工作中經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的異常振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)影響生產(chǎn)甚至造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，開(kāi)展對(duì)多軸齒輪組裝式離心壓縮機(jī)的齒輪耦合多轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)進(jìn)行理論研究，掌握其動(dòng)力學(xué)特性及其非線性特性與振動(dòng)規(guī)律十分必要。
　　本文在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（973項(xiàng)目）“高端壓縮機(jī)組高效可靠及智能化基礎(chǔ)研究”(編號(hào):2012CB026000)課題5“壓縮機(jī)組復(fù)雜系統(tǒng)振動(dòng)故障機(jī)理及智能聯(lián)鎖保護(hù)原理與方法”的支持下，

3、以某型號(hào)五軸齒輪組裝式離心壓縮機(jī)為對(duì)象，開(kāi)展多軸齒輪組裝式離心壓縮機(jī)的齒輪耦合多轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性及其軸承、齒輪和負(fù)載等非線性影響規(guī)律的理論研究并進(jìn)行數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)驗(yàn)證。主要內(nèi)容如下:
　　采用線性時(shí)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(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)線性模型建立方法;根據(jù)幾何畸變的相似設(shè)計(jì)方法研制了五軸齒輪組裝式離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的縮尺模型試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)對(duì)比確認(rèn)了縮尺模型的有效性;獲得該試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固

4、有特性及不平衡下的振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算方法，重點(diǎn)研究了不平衡對(duì)齒輪耦合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng)和嚙合力的影響規(guī)律，利用五軸齒式壓縮機(jī)動(dòng)力學(xué)特性模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　基于流體Reynolds方程，在軸頸的靜平衡假設(shè)基礎(chǔ)上，研究了在不同負(fù)載下油膜徑向軸承以及油膜推力軸承的動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律，建立了試驗(yàn)臺(tái)軸承剛度與阻尼系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù);基于建立的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了考慮非線性油膜力的齒輪耦合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的快速計(jì)算方法，獲得了

5、考慮油膜非線性影響下負(fù)荷變化對(duì)齒輪耦合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律，對(duì)多軸齒輪組裝式離心壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的“臨界負(fù)荷”現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，提出了“臨界負(fù)荷”的確定方法。
　　引入非線性時(shí)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(jī)齒輪耦合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)整體有限元模型，實(shí)現(xiàn)了五軸齒輪組裝式壓縮機(jī)多點(diǎn)嚙合多平行軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與非線性振動(dòng)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(lì)、齒輪間隙激勵(lì)、齒輪傳遞