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压缩机的扭振计算概述
压缩机的扭振计算概述
来源:中制冷设备网    2009-9-10
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  前言:随着改革、开放和经济发展,目前国内石油化工行业正以前所未有的发展势态向规模化、大型化和集成化方向发展,所用往复式气体压缩机也越来越大型化,从发展国民经济出发减少产品的进口化程度尽可能采用国产化设备,由此引出对大型活塞压缩机机组的运行可靠性、经济性探讨也越来越引起专家的重视。本人就自己在实际工作中所遇到及解决的实际问题做归纳总结,提出对国产压缩机做扭振计算的必要性。


  
  一.压缩机总体设计应符合以下基本原则:
  
  1.满足用户提出的排气量、排气压力、及有关使用条件的要求。
  
  2.足够长的使用寿命,足够高的使用可靠性。
  
  3.有较高的运转经济性。
  
  4.有良好的动力平衡性。
  
  5.维修检修方便。
  
  6.尽可能采用新技术、新结构和新材料。
  
  7.制造工艺性良好。
  
  8.及其尺寸小重量轻。
  
  以上1,3,5,6,7,8点国内压缩机厂家经过几十年的奋斗已经做得很好,但在实际运行中所反映出的问题大多集中在2和4点上,由动力平衡性差引起产品使用不可靠及管路的振动会使机组零部件损坏、造成故障停车、影响生产效益同时也降低机组使用寿命。
  
  


  
  二.从压缩机动力计算引出扭振计算
  
  如何解决动力平衡性差的问题在于正确的动力计算。我们知道“动力计算的目的在于计算压缩机中的作用力,确定压缩机所需要的飞轮矩及各种型式压缩机惯性力、惯性力矩的平衡情况,并根据平衡情况初步设计压缩机所需要的基础”。(摘自“活塞式压缩机设计”)上面的论述未提及压缩机轴系同电机或汽轮机轴系连接以后的整体扭振情况,所以很多运行现场尽管设计计算出的动力平衡性很好但整个机组运行情况并不乐观,原因就是国内机组没有做扭振计算。
  
  


  
  三.扭振计算
  
  我们知道压缩机运行的好坏不单单在压缩机本身还和驱动系统有关,扭振计算就是解决轴系间的影响问题,它把压缩机和驱动机作为一个整体来考虑反过来考核压缩机的可靠性。从附件一的扭振报告可以看出扭振计算分如下几部分;
  
  1.电流脉动计算。
  
  2.扭振分析。
  
  3.基础力的计算。
  
  4.轴应力的校核计算。


  
  四.提出扭振计算的依据
  
  目前很多用户提出压缩机设计须按API618要求做,我们压缩机厂家也承诺按API618设计,但没有一家能做到完全按API618设计,当然从某种角度来看允许有偏离,但这个偏离不能影响产品性能。
  
  1.API618第3.1.2.6规定:同步电机--压缩机机组的旋转部件惯量,应足以把电机的电流变化限制在所规定的负荷条件下而不超过满负荷电流的66%,对感应电机压缩机组,使其电动机电流变化,不应超过全负荷电流的40%。扭振计算的第一点”电流脉动计算”正是为了满足这一要求而做的计算。它依据基础力的计算,在基础力满足设备要求的情况下,算出电机--压缩机机组的旋转部件惯量对应的电流脉动值,同步电机低于60%,异步电机低于40%。如果不能满足则须调整飞轮GD2或电机刚度等。
  

  2.API618第2.5.2规定:除了皮带机传动机组以外,买方应对全套传动装置进行扭转分析,驱动机--压缩机回转系统(包括连轴器和一切传动机构)的固有扭转频率,应避免处在任何运转轴转速的10%以内,和包括10倍以内的其他倍数运转轴转速的5%之内,对于电机驱动的压缩机。其固有频率应按同样的范围,避开地第一和第二倍数的电源频率。扭振计算的第一点”扭振分析”正是为了满足这一要求而做的计算。


  
  五.扭振计算及解决实例
  
  我们的扭振计算来源于DRESSER-RAND的机组,当时上海压缩机厂同美国德莱赛兰压缩机有限公司合资,全套引进DRESSER-RAND机型,当时第一套7VG01机组是用于某化肥厂的汽轮机拖动压缩机机组,结果开车现场振动非常大,导致无法运行,因为是第一台这样大的机组在国内生产,很多地方考虑不是很周全,首先要提的就是没有做整机扭振计算,事后我对该机组做了扭振计算,结果是压缩机自振频率没有避开开汽轮机的频率范围,因为整机以定性,压缩机已无法调整,所以只能从驱动设备着手,其结果是采用电机驱动以避开汽轮机的频率范围。
  
  7VG01事件以后我们对所有设备都做了扭振计算,而当时金山石化2VE07机组又出现了电流脉动超的现象,使得机组无法实现运行,分析下来是用户事先没有通知我们有50%的运行工况,而我们的计算只保证非50%工况的可靠运行,而要保证50%工况的可靠运行需
作适当的调整,结果是对飞轮的GD2作了调整,使整机电流脉动在50%工况下也能满足使用要求。
  
  DRESSER-RAND有一台出口巴西的4VG机组当时算出的二阶惯性力矩偏大,在协调会上设计院提出能否把该值降下来,这样他们的基础成本可以大大降低,我对此做了好几种方案其结果是不能,该机组的运行工况只能调整到该惯性力矩值,否则其他如电流脉动超或不能避开电机一二阶电机频率。如此种种很多用户不能理解,包括压缩机设计者,因为4VG
  
  就是我们说的4M机型,一般来说这样的机组都不配飞轮其动力性能也很好,运行也很稳定,但在我们考虑整机个驱动力系的时候就有可能出现这样的情况,所以只有做扭振计算才能发现这样的问题,如果没有这样的计算一味的追求小的惯性力和惯性力矩,而使得电流脉动超或产生共振那后果不堪设想。
  
  我们用于南化八列机8VL也是目前国内自产最大的压缩机组,由于目前用户工艺流程变了,需要改成6VL六列机的压缩机,在热力计算保证的前提下首先想到的就是做扭振计算,
  
  我就在前面8VL计算的基础上适当调整了配重的情况使得该工况得以完满的实现。
  
  从上面的事例说明,如果我们能事先做好整机的扭振计算,还有用户能把自己需要的运行工况同我们说明白,那就能避免很多不必要的麻烦和不必要的损失。其实上述事例只反应了该计算的一部分情况。很多还有待于在不同的机组及运行工况中的不断探讨和前进。


  
  六.扭振计算概述
  
  下面就我们在计算中遇到的情况对该计算应该注意的地方做个总结以便其他人在做该计算时不再走弯路。
  
  1.在做压缩机方案设计时尽可能做到往复惯性力的平衡。
  
  2.而飞轮的大小不一定大机组就取大值,有时取小的飞轮矩却能让压缩机避开电机的一阶二阶频率。
  
  3.计算结果需要增大GD2时尽可能让电机厂来改变电机的刚度或GD2,而改变电机的GD2能使效果更明显,实在不行再改压缩机的飞轮或对配重,这里要注意的配重的改变要使得压缩机机组的一二阶惯性力和力矩在合理的范围内。
  
  4.对于一二阶惯性力和力矩的控制目前包括国外压缩机生产厂家都没有一个很明确的规定,特别是大型压缩机组。
  
  5.机组振动应力和受迫振动应力的控制,对合金钢来说控制在3000PSI以内,若计算超出此值,就要做曲轴应力分析计算,保证曲轴的安全系数大于1.8,那计算也算合格,
  
  反之要对此应力进行控制。


  
  七.结论:
  
  综上所述,扭振计算是大型工艺压缩机动力计算中不可缺的一部分,应该引起压缩机生产厂家的重视,国外压缩机厂家非常重视该计算,我们国内压缩机厂家在做大型机组时应该有这样的意识,为用户着想,减少不必要的损失,也为我们未来的大型压缩机能脱离进口机组的束缚做准备。

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