离心式压缩机阻尼设计、测试与控制方法发展综述资料下载.pdf
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15810260050北京化工大学北京化工大学2API稳定性分析稳定性分析APILevelIIStabilityAnalysisNOTRequired00.511.522.533.501234567Density(lbm/ft3)N/NCRAPI617LevelIStabilityAnalysisScreeningCriteriaRegionA-LevelIAnalysisSufficientRegionB-LevelIIAnalysisNeededC453IfanyofthefollowingcriteriaapplyaLevelIIstabilityanalysisshallbeperformed:
oCross-CoupledEffects,Q0/QA2.0oLogarithmicDecrement,A0.1o2Q0/QA10andCSR(N/NCR)iscontainedinRegionBQA=Hp8866.7StageDcHcrhodrhosqABc3F1-1A19.531.8911.50871.33754.4899C63E-1A20.461.4511.74511.50875.7275N11400D-2E20.451.2282.0091.74516.7388QA16.9562(Hp*Bc*C)/(Dc*Hc*N)*d/s)*1000CompressorVibrations.August2011FORWARDANDBACKWARDMODEEXCITATIONOFFLEXIBLEROTORSUPPORTEDBYTILTINGPADBEARINGSNUMERICALANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONProceedingsofASMETurboExpo2014:
TurbineTechnicalConferenceandExpositionGT2014June16-20,2014,Dsseldorf,GermanyGT2014-26275WangWeiminBeijingUniversityofChemicalTechnologyBeijing,ChinaLiQihangBeijingUniversityofChemicalTechnologyBeijing,ChinaGaoJinjiBeijingUniversityofChemicalTechnologyBeijing,ChinaTimothyDimondRotorBearingSolutionsInternational,LLCCharlottesville,VirginiaUSAPaulAllaireUniversityofVirginiaCharlottesville,Virginia,USAEFFECTOFSPECIFICLOADOFBEARINGONTHECENTRIFUGALCOMPRESSORROTORDYNAMICSTABILITYProceedingsofASMETurboExpo2015:
TurbineTechnicalConferenceandExpositionGT2015June15-19,2015,PalaisdesCongres,CanadaGT2015-42877WangWeiminBeijingUniversityofChemicalTechnologyBeijing,ChinaLiQihangBeijingUniversityofChemicalTechnologyBeijing,ChinaLifangChenBeijingUniversityofChemicalTechnologyBeijing,ChinaGaoJinjiBeijingUniversityofChemicalTechnologyBeijing,ChinaPaulAllaireRotorBearingSolutionsInternationalCharlottesville,Virginia,USA主要内容1转子稳定性概述及发展现状转子稳定性概述及发展现状2转子稳定性识别方法转子稳定性识别方法3离心压缩机转子稳定性的改进措施离心压缩机转子稳定性的改进措施4转子稳定性技术研究展望转子稳定性技术研究展望转子转子稳定性概述及发展稳定性概述及发展现状现状Amplitude转子稳定性是离心压缩机向大型化发展过程中所面临的的主要主要障碍。
压缩机用户、设计院、制造商以及研究人员都很关注。
RobertoF.deNoronha,KatiaLucchesiCavalca,MarceloAccorsiMiranda,EdmundA.Memmott.STABILITYTESTINGOFCO2COMPRESSORS.43rdTurbomachinery&
30thPumpUsersSymposia,September23-25,2014,Houston,TX转子转子稳定性概述及发展稳定性概述及发展现状现状Dressser-Rand公司高压二氧化碳压缩机转子稳定性研究ShinichiroTokuyama,DiogoYoshikazuUjihara,AkihiroNakaniwa,SatoshiSaburi.DEVELOPMENTOFHIGH-PRESSURERATIOANDWIDE-OPERATINGRANGE700BARCOMPRESSOR.43rdTurbomachinery&
30thPumpUsersSymposia,September23-25,2014,Houston,TX日本三菱公司高压二氧化碳压缩机转子稳定性研究转子转子稳定性概述及发展稳定性概述及发展现状现状Takahashi,N.Magara,Y.,Narita,M.,andMiura,H.,2012,“ROTORDYNAMICEVALUATIONOFCENTRIFUGALCOMPRESSORUSINGELECTROMAGNETICEXCITER”ASMEJournalofEngineeringforGasTurbinesandPower,134,p.032505.010020030040050010-210-1100-180-900901802ndMode1stModeAmplitudem/NFrequencyHzForwardBackwardPhasedeg.日本日立公司转子稳定性研究转子转子稳定性概述及发展稳定性概述及发展现状现状C.P.Brian,C.H.Cloud,S.C.Rogerio,SHOPACCEPTANCETESTINGOFCOMPRESSORROTORDYNAMICSTABILITYANDTHEORETICALCORRELATION.ProceedingsoftheThirty-NinthTurbomachinerySymposium,TurbomachineryLaboratory,TexasA&
MUniversity,CollegeStation,Texas,2010,pp.31-42.转子转子稳定性概述及发展稳定性概述及发展现状现状ELLIOTT压缩机稳定性测试采用工作模态分析方法(采用工作模态分析方法(OMA)对稳定性进行了分析。
)对稳定性进行了分析。
ASMETURBO2014转子转子稳定性概述及发展稳定性概述及发展现状现状GE公司的稳定性测试公司的稳定性测试对于转子稳定性分析所面临的挑战,我们进行了如下的研究,逐个突破对于转子稳定性分析所面临的挑战,我们进行了如下的研究,逐个突破:
通过基于转子动力学理论的仿真分析,确认运用频域的频响函数方法(通过基于转子动力学理论的仿真分析,确认运用频域的频响函数方法(FRFs)可以有效的识别转子的一阶模态的对数衰减率。
可以有效的识别转子的一阶模态的对数衰减率。
.运用短时傅里叶变换运用短时傅里叶变换(STFT)可以消除其他不相关信号,而只保留相关信号,从可以消除其他不相关信号,而只保留相关信号,从而实验工程实际中的强噪声干扰工况。
而实验工程实际中的强噪声干扰工况。
.运用多输入多输出(运用多输入多输出(MIMOidentification)识别方法,运用两个支撑轴承处识别方法,运用两个支撑轴承处和激振器处的振动,可以有效的去除高阶模态的影响,从而避免模态混叠和激振器处的振动,可以有效的去除高阶模态的影响,从而避免模态混叠。
当当陀螺效应的影响比较严重是陀螺效应的影响比较严重是,(,(dFRFs)方法可以方法可以有效的避免兄弟模态。
有效的避免兄弟模态。
1W.Wang,Q.Li,F.He,&
P.Allaire.NumericalandExperimentalStabilityInvestigationofaFlexibleRotoronTwoDifferentTiltingPadBearingConfigurations.Int.J.RotatingMach.(2014),http:
/dx.doi.org/10.1155/2014/6979252W.Wang,Q.Li,J.Gao,etal.Anidentificationmethodfordampingratioinrotorsystem,Mech.Syst.SignalProcess.(2015),http:
/dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2015.05.023转子转子稳定性概述及发展稳定性概述及发展现状现状主要内容1离心压缩机及汽轮机转子稳定性概述及发展现状离心压缩机及汽轮机转子稳定性概述及发展现状2转子稳定性识别方法转子稳定性识别方法3汽轮机及离心压缩机转子稳定性的改进措施汽轮机及离心压缩机转子稳定性的改进措施4转子稳定性技术研究展望转子稳定性技术研究展望转子稳定性识别方法转子稳定性识别方法Numberofpads5LoaddirectionLOPPadarcangle58Rotordiameter50mmPadaxiallength28mmPivotoffset50%Padpreload0.167Bearingclearance0.1mmPadclearance0.12mmPadmass0.11kgPadinertiaaboutpivot0.186kg.cm2LubricanttypeISOVG32Oilsupplytemperature41Journalspeed7000-9000rpmStaticspecificload0.2821.020MPaTab.3.ParametersfornumericalcalculationofTPJBNodeStiffnessN/mKxxKxyKyxKyy17272.43068-3068272.420811210080-100808112Figure4.CompressorrotordynamicFEMmodelTab.2.SealforcecoefficientsforFEMmodelThefiniteelementequationcanbedescribedasbelow:
()()()()tttt+=qqqfMCKWhere,q=x1,y1,x1,y1,x2,y2,.xn,yn,xn,ynT;
TransformingtheEq.
(2)intostatespaceexpression()-XXt+=qqqqf0M0CK0MM0(a)Timesignal(b)Fullscalewaterfallspectrum转子稳定性识别方法转子稳定性识别方法STFTFILTER-EXPERIMENTSIGNALFig.A-2Timewaveformofx(t)withandwithoutSTFTfiltering(a)WithoutSTFTfiltering(b)WithSTFTfilteringFig.A-3STFTspectrumofx(t)withoutandwithSTFTfilteringFig.A-1Waterfallgraph识别方法识别方法Fig.A-5WaveformsofvibrationbeforeandafterfilteringSTFTFILTERVS.Fig.A-4FEMmodeloftestrig(a)FRFwithoutSTFTfiltering(b)FRFwithSTFTfiltering(c)FRFwithoutnoiseSTFTFILTERNUMERICALSTUDYIDENTIFICATIONMETHODUncertaintiesintheSineSweepProcessDYNAMICMODELOFROTOR-BEARINGSYSTEMFigure2.StabilityTestRigFigure3.ExampleTestRigBearingFigure4.Dynamicparametersofbearingatdifferentoperationspeed电机齿轮增速箱手摇液压泵离心压缩机输油管扭矩仪电磁轴承止推轴承箱径向轴承箱实验台描述实验台描述实验台描述实验台描述三维有限元模型及网格划分图实验台描述实验台描述磁轴承磁轴承的标定AMBBrg2ShakerBrg1GearboxMotorCompressorVib.AnalysisPerformanceMonitoringVib.MonitoringInterlockProtectionMotorContorlAMBControlSweepIdentificationCurrentMonitoringAmplifierVFDPLCDisplacementSensorsCurrentHoll-sensorsEthernetOPCVib.TrendSpeedAnalysisBodePlotOrbitSpectrumAnalysisWaterfallGraphInterfaceControlCenterDeviceorSensorDAADADDAIncludeAMBShakerMotorSensorsFig.2.PhysicalPictureofExperimentPlatformFig.3LogicalFlowChartforMonitoringandControlSystemNumberofStages1RotorWeight80.6kgTotalLength/BearingSpan1558.6mm/1079.8mmSpeedRange0-15000RPMSuctionPressure0-1MpaDischargePressure0-1.4MpaSuctionTemperatureAtmosphereSuctionFlow4000Nm3/h(Maximum)Power300KWTable1Designedcompressorparameters实验台描述实验台描述无噪声时的识别结果噪声标准差r=1m时的识别结果噪声标准差r=5m时的识别结果主要内容1离心压缩机及汽轮机转子稳定性概述及发展现状离心压缩机及汽轮机转子稳定性概述及发展现状2转子稳定性识别方法转子稳定性识别方法3汽轮机及离心压缩机转子稳定性的改进措施汽轮机及离心压缩机转子稳定性的改进措施4转子稳定性技术研究展望转子稳定性技术研究展望建议加一页建议加一页过渡的!
(不知道加什么好)过渡的!
(不知道加什么好)直接从前面的实验,到下一页的四个图有些唐突。
直接从前面的实验,到下一页的四个图有些唐突。
轴承比载荷的影响轴承比载荷的影响0.0E+002.0E+074.0E+076.0E+078.0E+071.0E+081.2E+081.4E+080.30.50.70.91.1Stiffness(N/m)Staticspecificload(MPa)Kxx-rightKyy-rightKxx-leftKyy-left-3.0E+04-2.0E+04-1.0E+040.0E+001.0E+042.0E+043.0E+044.0E+045.0E+040.30.50.70.91.1Stiffness(N/m)Staticspecificload(MPa)Kxy-rightKyx-rightKxy-leftKyx-left2.0E+044.0E+046.0E+048.0E+041.0E+051.2E+051.4E+050.30.50.70.91.1Damping(N/m/s)Staticspecificload(MPa)Cxx-rightCyy-rightCxx-leftCyy-left-120.0-100.0-80.0-60.0-40.0-20.00.00.30.50.70.91.1Damping(N/m/s)Staticspecificload(MPa)Cxy-rightCyx-rightCxy-leftCyx-left(a)主刚度系数图15可倾瓦轴承刚度随比载荷的变化(a)主阻尼系数图16可倾瓦轴承阻尼系数随比载荷的变化(b)交差耦合刚度系数(b)交差阻尼系数轴承比载荷的影响轴承比载荷的影响0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450400800120016002000logarithmicdecrementLoadAppliedbyAMB(N)CalculationExperiment图图20.对数衰减率随轴承载荷的变化对数衰减率随轴承载荷的变化轴承比载荷的影响轴承比载荷的影响5.0E+061.0E+071.5E+072.0E+072.5E+073.0E+07650070007500800085009000950010000Stiffness(N/m)RotatingSpeed(rpm)Kxx-MD+TDKyy-MD+TDKxx-MDKyy-MDKxx-BaselineKyy-Baseline(a)PrincipalStiffnessCoefficients-1.0E+05-5.0E+040.0E+005.0E+041.0E+051.5E+052.0E+05650070007500800085009000950010000Stiffness(N/m)RotatingSpeed(rpm)Kxy-MD+TDKyx-MD+TDKxy-MDKyx-MDKxy-BaselineKyx-Baseline(b)CrossStiffnessCoefficients图21轴承刚度随转速的变化1.5E+042.5E+043.5E+044.5E+045.5E+04650070007500800085009000950010000Damping(N-s/m)Rotatingspeed(rpm)Cxx-MD+TDCyy-MD+TDCxx-MDCyy-MDCxx-BaselineCyy-Baseline-100-50050100150200250650070007500800085009000950010000Damping(N-s/m)Rotatingspeed(rpm)Cxy-MD+TDCyx-MD+TDCxy-MDCyx-MDCxy-BaselineCyx-Baseline(a)PrincipalDampingCoefficients(b)CrossDampingCoefficients图22轴承阻尼系数随转速的变化轴承热变形的影响轴承热变形的影响0.350.400.450.500.550.60650070007500800085009000950010000LogarithmicdecrementRotatingSpeed(rpm)MDMD+TDBaseline图图23.在考虑热变形及力变形的工况下,转子的对数衰减率随转速的变化数值模拟结果表明:
(i)轴承的热间隙对转子系统的稳定性预测具有很重要的影响;
(ii)力变形的影响要小于热变形的影响。
轴承热变形的影响轴承热变形的影响轴承预负荷对稳定性的影响轴承预负荷对稳定性的影响轴承预负荷对稳定性的影响轴承预负荷对稳定性的影响轴承预负荷对转子稳定性的影响轴承预负荷对转子稳定性的影响背靠背压缩机(a)转子有限元模型图(b)转子结构图图22压缩机有限元模型及结构图Preloadkxx/(N/m)kyy/(N/m)cxx/(N/m/s)cyy/(N/m/s)02.81E+77.97E+71.78E+51.87E+50.14.34E+77.21E+71.68E+51.62E+50.27.01E+71.00E+81.93E+52.19E+50.39.74E+71.28E+81.82E+52.05E+50.41.23E+81.53E+81.71E+51.90E+50.51.49E+81.76E+81.59E+51.74E+5不同预负荷下的轴承刚度案例分析案例分析:
某工业压缩机的稳定性分析某工业压缩机的稳定性分析RELATIVEINVESTIGATION:
NUMERICALANALYSISFORINDUSTRYCOMPRESSORS(MATLABCODE)图21在不同预负荷下的转子系统的临界转速及阻尼比图22在不同预负荷下的转子频率响应背靠背压缩机主要内容1离心压缩机及汽轮机转子稳定性概述及发展现状离心压缩机及汽轮机转子稳定性概述及发展现状2转子稳定性识别方法转子稳定性识别方法3汽轮机及离心压缩机转子稳定性的改进措施汽轮机及离心压缩机转子稳定性的改进措施4转子稳定性技术研究展望转子稳定性技术研究展望CompressorVibrations.August201141阻尼轴承及阻尼密封RMT/Lufkin挤压油膜阻尼器42CompressorVibrations.August2011致致谢谢本课题研究受到国家自然科学基金重点项目(51135001)和“973计划项目(2012CB026000)支持.谢谢谢!
谢!
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- 离心 压缩机 阻尼 设计 测试 控制 方法 发展 综述