杭州振兴转子动力学分析报告.docx
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杭州振兴转子动力学分析报告
撰写人员:
刘辉
II
目 录
1.概述 1
1.1任务来源及目的 1
1.2转子系统介绍 1
2.计算模型 1
2.1计算软件 1
2.2转子模型 1
3.计算结果与分析 2
3.1轴承动力特性计算结果与分析 2
3.2转子动力学计算结果与分析 4
4.结论 6
1.概述
1.1任务来源及目的
根据杭州振兴提供的压缩机转子模型和相关参数,建立转子动力学模型,进行转子动力学分析,从而验证转子设计方案是否满足API标准中关于动力学性能的要求,所使用的计算分析软件为DyRoBeS。
1.2转子系统介绍
杭州振兴压缩机转子的示意图如图1.2-1所示,它由主轴、叶轮、半联轴器、止推套等组成,采用的轴承为可倾瓦轴承,转子呈水平放置。
图1.2-1转子结构示意图
2.计算模型
2.1计算软件
计算软件采用专业的转子动力学分析软件DyRoBeS,它是一个基于有限元分析的转子动力学和轴承分析程序,可以进行横向振动、扭转振动和轴向振动等分析。
2.2转子模型
考虑到建模的方便以及对计算结果的影响较小,在建模过程中将一些很小的倒圆角以及倒角省略,转子的计算模型和参数如图2.2-1所示。
其中主轴材料为34CrNi3Mo,半联轴器为42CrMo,止推套为20CrMnTi,叶轮为00Cr13Ni6MoNb。
6
图2.2-1转子计算模型及参数
3.计算结果与分析
3.1轴承动力特性计算结果与分析
转子采用的轴承类型为可倾瓦轴承,驱动端轴承和非驱动端轴承的输入参数如图3.1-1和图3.1-2所示,宽径比为0.5,轴承半径间隙为0.06mm,相对间隙为2‰,预载荷系数和瓦块支点系数分别为0.7和0.5,润滑油选46#透平油,进油温度为45℃,散热率选为80%,载荷方向竖直向下,它们的模型如图3.1-3所示。
图3.1-1转子驱动端轴承的输入参数
图3.1-2转子非驱动端轴承的输入参数
(a)驱动端 (b)非驱动端
图3.1-3转子轴承模型
工作转速下转子驱动端轴承和非驱动端轴承油膜内压力分布如图3.1-4所示,其中,
驱动端轴承的比压为362kPa,非驱动端轴承的比压为321kPa,在10L/min供油量的情况下,两个轴承正常运行下的平均油温都为57.4℃。
(a)驱动端 (b)非驱动端
图3.1-4转子轴承油膜内压力分布图
3.2转子动力学计算结果与分析
1)模态分析
前四阶模态振型图和能量图分别如图3.2-1和图3.2-2所示:
(a)一阶振型 (b)二阶振型
(c)三阶振型 (d)四阶振型
图3.2-1前四阶模态振型图
(a)一阶模态 (b)二阶模态
2)临界速度图
(c)三阶模态 (d)四阶模态
图3.2-2前四阶模态能量图
不同轴承刚度下转子的临界转速如图3.2-3所示,从图中可以看出,工作转速
15600rpm介于一阶和二阶临界转速之间。
3)伯德图
图3.2-3前三阶临界速度图
伯德图(BodePlot)表示在激励的作用下,某截面上的响应振幅和相位在升速过程中的变化图,常作为临界转速判断的图谱。
图3.2-4和图3.2-5分别为转子驱动端和非驱动端轴承截面上x方向和y方向的振幅和相位随转速变化图,由图可知,两个轴承截面上的伯德图变化规律基本相同,由于轴承特性基本上是各向同性的,所以在x方向和y方向的振幅基本相同,都在5400rpm和
22000rpm附近出现了一个波峰,两个轴承截面上AF值的最大值分别为6.06和4.50,根据
API标准,驱动端轴承的最小隔离裕度SM=10+17*{1-1/(AF-1.5)}=23.26,而(22400-15600)/15600=43.59%>23.26%,非驱动端轴承的最小隔离裕度SM=17*{1-1/(AF-1.5)}
=11.33,而(15600-5400)/15600=65.38%>11.33%,转子在轴承处运行比较平稳。
图3.2-4驱动端轴承截面的伯德图
图3.2-5非驱动端轴承截面的伯德图
4.结论
由上述计算结果可知,该转子设计方案满足API标准中关于动力学性能的要求,转子系统能较为平稳地运行。
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