透平压缩机机组的横向振动和扭转振动分析贾亚妮 / 西安交通大学能源与动力工程学院 周亚锋 周聪勇 / 陕西鼓风机（集团）有限公司Total rctor mast 7621346 kgTolil polar moment of 8 5242 kg m?Tolil fransvtty* moment of ineiti* 231 3688 kg X Poshi9n*drcenter of gravity: 1129 rrwn呼ed 195 00 rps. 11700i _ 161.51-Dir|m]摘要：采用转子动力学分析软件 MADYN 2000，对一 台离心压缩机进行了横向振动分析，对一套轴流压缩 机机组进行了扭转振动分析，讨论了转子动力学分析 的重要性关键词：透平式压缩机 机组 振动中图分类号：TH43 文献标识码：B文章编号： 1006-8155（2007）03-0063-03Analysis on Lateral and Torsional Vibration for Turo-compressor UnitAbstract: Using rotor dynamics analysis software MADYN 2000, lateral vibration analysis for a centrifugal compressor is given, torsion vibration analysis for a suit of axial-flow compressor is given, the importance of rotor dynamics analysis is discussed. Key Words: turo-compressor unit vibration 0 引言透平压缩机转子在启停机的升速或降速过程中， 转速达到某一数值时，转子发生强烈振动，转速高于 这一数值后，振幅又减小；振幅出现峰值的转速称为 临界转速。
如果转子的转速停滞在临界转速附近，轴 的变形将迅速增大，以至轴或轴上零件乃至整个机器 遭到破坏因此，透平压缩机转子的转速应避开临界 转速随着流程工艺复杂化，介质类型多样化，机械设 备朝着大型化、精密化、高效化和高可靠性方向发展 跨度较大、刚性较小、外伸端较长的轴被大量采用， 压缩机转子临界转速都有不同程度的降低，更加容易 引起共振对于“转子-齿轮-轴承”系统，整个轴系 的扭转临界转速相对降低了很多，压缩机机组扭转振 动问题也引起了极大的重视对于这些，需要采用功能相对完备的转子动力学 软件能够进行横向振动、扭转振动等方面的分析 可以考虑多种数据：包括轴的几何尺寸，叶轮、叶片、 盘套等的位置以及相关属性，轴承的位置以及相关属 性，联轴器相关属性，齿轮的相关属性，支撑的位置 以及相关属性，材料属性，转子速度，不平衡量的大 小、相位角和位置，附加的外部载荷的位置以及与时 间相关的属性，外部激励的位置以及谐波等转子动力学分析软件“MADYN2000”软件包，具 有较强的功能和快捷的性能该软件包界面友好，易 学易用、具有丰富的前处理、后处理功能可以对“转 子-齿轮-轴承”系统进行横向振动、扭转振动、轴向 振动等方面的仿真分析。
包括有临界转速分析、不平 衡响应分析、阻尼特征值分析及转子稳定性分析、瞬 态分析及非线性分析等可以考虑陀螺效应的影响、 轴承的影响、基础的影响及密封的影响及齿轮的影响 等MADYN2000 ”软件包主要采用梁结构，采用的 梁理论是铁木辛柯梁（Timoshenko Beam）；采用的计 算分析方法是有限元法；采用的多项式是埃尔米特多 项式这里，对一台离心压缩机进行了横向振动分析， 对一套轴流压缩机机组进行了扭转振动分析总的转子质量为762.1345kg 总的极转动惯量为& 5242kg • m2 总的直径转动惯量为231.3688kg • m2 重心位置为1129mm转速为 195.00r/s,即 11700r/min图 1 计算模型1 横向振动分析1.1 计算模型的建立 这里计算分析一台离心压缩机计算模型考虑了 各轴段及叶轮的转动惯量，考虑了滑动轴承8 个动态 特性系数计算模型如图1 所示计算模型建立之后，可立即计算出转子的总质衡响应分析结果如图 3 所示图中上半部分：振幅(p m) 转速(r/min)图 图中下半部分：相位(deg) 转速(r/min )图/ : X： 4099r :■:y1结构阻尼为0%图 2 一阶不平衡响应分析结果结构阻尼为0%量、总转动惯量、重心位置等，便于进行数据核对。
1.2 计算及分析在分析计算时，进行了刚性支承下的特征值计 算、滑动轴承支承下的特征值计算、不平衡响应分析 等一阶不平衡响应分析结果如图2 所示，二阶不平图中上半部分：振幅(p m) 转速(r/min)图图中下半部分：相位(deg) 转速(r/min)图图 3 二阶不平衡响应分析结果在不平衡响应分析结果里，可直接显示出横向临 算，可得到一阶临界转速为4099r/min,二阶临界转 速为21590 r/min,该转子在设计转速下运行时不会 发生横向振动2 扭转振动分析2.1 计算模型的建立 计算和分析了一套轴流压缩机机组，该压缩机机 组由电机、齿轮箱、轴流压缩机和膜片联轴器组成高速轴转速：4545 r/min，低速轴转速:1500 r/min速比为 3.030计算程序采用 MADYN 2000 软件，模2.2 计算及分析 在分析计算时，进行了特征值分析、阻尼特征值分析等，扭转振动CAMPBELL图如图5所示，扭转振动一阶振型图如图6 所示，扭转振动二阶振型图如图7 所示，扭转振动三阶振型图如图 8 所示界转速等数据，使用非常方便该离心压缩机的工作转速为 11700r/min, 经过计模态：2频率：19.549Hz1172.969r/minMode2Frequency:Damping:19.549 Hz1172.969 cpm0.000qd71-fcqd71-dc'0 2 4 6 8 10 12 14图 6 扭转振动一阶振型图Mode:Frequency:Damping:24 3363.497 Hz3809.820 cpm-0.000模态：3频率：63.497Hz3809.820r/min阻尼：-0.000qd71-dc'0 2 4 6 8 10 12 14图 7 扭转振动二阶振型图模态：4频率：303.617HzMode :Frequency:4303.617 Hz18217.018r/minDampingqd71-dj阻尼:診000… | | | | | [ |「| | | _qd71-dc.2 i i i i i i i'0 2 4 6 8 10 12 14图 8 扭转振动三阶振型图计算的一阶扭转临界转速为 1173 r/min(19.55Hz),二阶扭转临界转速为3810 r/min (63.50 Hz), 三阶扭转临界转速为18217r/min (303.62 Hz)。
根 据有关标准，要求机组各阶扭转临界转速应避开 1 倍， 2 倍工作转速± 10%这一范围，从机组的扭振 CAMPBELL 图和各阶扭转临界转速振型图可以看出， 该机组扭转振动计算结果满足了相关要求3 结论 目前，各个方面对转子动力学分析的要求都在不 断提高，进行横向振动、扭转振动等方面的分析也越 来越多，振动特性测试、振动监测保护等方面的工作 也增加了很多这样，转子动力学分析、试车测试、 监测保护等工作可以有机地结合起来，以便机组更平 稳地运行。