[发明专利]一种往复式压缩机转子系统扭转振动的设计方法

说明书

本发明公开了一种往复式压缩机转子系统扭转振动的设计方法，对往复式压缩机运动零件进行质量等效计算，为往复式压缩机转子系统扭转振动系统的模型转化提供数据；进行质量等效计算的往复式压缩机运动零件包括连杆、十字头和活塞；按照结构转动惯量相等原则，对转子系统的联轴器结构、飞轮和电机转子结构进行等效处理，完成包含曲轴、等效联轴器、等效飞轮、电机轴和等效电机转子的往复式压缩机转子系统的几何模型构建。利用通用ANSYS有限元计算软件替代原有专用分析软件，该方法不仅提高了往复式压缩机转子系统扭转共振的计算精度和工作效率，而且还不受往复式压缩机系列产品专有技术归属的限制，能够在行业内得到广泛应用。

技术领域

本发明涉及往复式压缩机转子动力学计算领域，具体为一种往复式压缩机转子系统扭转振动的设计方法。

背景技术

往复式压缩机转子系统扭转振动的计算技术，是制约往复式压缩机向多列或高转速发展的技术瓶颈。大量研究表明，往复式压缩机转子系统列数越多，系统扭转固有频率越低，机组越容易发生共振；往复式压缩机的转速越高，引起系统共振的扭转载荷越大，机组同样越容易发生共振。

往复式压缩机转子系统扭转振动的计算通常采用传统的专用分析软件，这些核心技术通常采用引进渠道获得，并且与其他技术捆绑使用。传统专用分析软件存在诸多的局限性，除了普及应用性比较差以外，传统计算方法的模型简化量高、计算偏差比较大，且只能进行无轴承约束的转子临界转速和简谐载荷作用下的动力学计算。随着大型通用有限元分析软件的广泛应用，本发明目的在于提供一种基于ANSYS有限元计算软件的往复式压缩机转子系统扭转振动的计算方法，解决制约往复式压缩机向多列、高转速发展的技术瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种往复式压缩机转子系统扭转振动的设计方法，不仅能够实现轴承约束下转子临界转速的计算，而且还能够用转子系统承受各列综合活塞力和电机转矩的瞬态动力学响应的计算方法替代转子系统承受简谐扭转力矩的简谐动力学响应的计算方法，以提高往复式压缩机转子系统扭转共振的计算精度和功能范围。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种往复式压缩机转子系统扭转振动的设计方法，该方法的步骤如下：

(一)对往复式压缩机运动零件进行质量等效计算，为往复式压缩机转子系统扭转振动系统的模型转化提供数据；进行质量等效计算的往复式压缩机运动零件包括连杆、十字头和活塞；

(二)按照结构转动惯量相等原则，对转子系统的联轴器结构、飞轮和电机转子结构进行等效处理，完成包含曲轴、等效联轴器、等效飞轮、电机轴和等效电机转子的往复式压缩机转子系统的几何模型构建；

(三)把往复式压缩机转子系统的几何模型分成若干个独立的体，不同体之间粘结成一个组合体；定义转子系统各独立体的材料属性，连杆、十字头、活塞的等效质量用定义曲柄销不同密度的方式作用于对应列的曲柄销上；将转子系统多体动力学问题的求解转化成一般机械结构动力学问题的求解；

(四)建立等效后转子系统有限元计算模型，施加转子系统轴承约束处节点的径向位移，实现计算模型边界条件的定义，建立往复式压缩机转子系统模态分析模型；

(五)求解往复式压缩机转子系统固有频率及模态振型，获得具有动力学模态特性的转子系统计算模型；

(六)在往复式压缩机转子系统各列曲柄销处的节点上，施加交变综合活塞力，在驱动电机转子的节点上，施加恒定的扭转力矩，创建模态叠加法求解转子系统瞬态响应扭转振动的多载荷步模型；

(七)求解往复式压缩机转子系统各节点的位移与应力，获得各节点位移、应力的时间历程曲线，获得转子系统各时刻的位移和应力分布云图。