毕业设计（论文）-压缩机工艺管线结构固有特性分析计算

摘要 本 科 毕 业 设 计 论 文 题 目 压缩机工艺管线结构固有特性分析计算 系 别 机械工程系 专 业 热能与动力工程 班 级 热动101 学 号 学生姓名 指导老师 2014年6月II摘要压缩机工艺管线结构固有特性分析计算摘 要 管道设计一般都要考虑振动对管道的影响，而振动的产生一般是由于设备自身振动的传递以及由流体脉动、流体瞬间冲击作用而引起的。管道承受变形的能力具有一定的范围，若振幅在许用范围之内，一般没有大的影响，但过度的幅振动就会造成很大危害，输送介质的管道有自己的固有频率，当压缩机气流脉动频率与管道固有频率一致时，就会发生共振，引起一系列问题。例如:设备发生有害变形而不能正常运转，过大的噪音严重影响人身健康，管道的使用寿命降低，管道与管道之间或管道和附件之间的连接发生松动和破裂主体泄漏甚至造成爆炸。因此对管道进行振动分析是十分必要的。利用SAPP软件对管道的固有频率进行计算测量，算出管道固有频率，检测管道固有频率是否接近压缩机的振动频率，以防发生机械共振，超出机械安全运行振动范围，发生破坏或事故。根据测得数据，检索出不安全的管道段，通过改变支撑刚度，来改变管道系统危险部分的固有频率。关键字：管道振动; 固有频率; 控制振动ABSTRACTPipeline design must take into account the effect of vibration on the vibration of pipeline, and is usually due to transfer the equipment itself by fluidpulsation, vibration and shock caused by the fluid. The ability to withstand deformation of the pipeline has a certain range, if the amplitude in the allowable range, generally do not have a big impact, but the amplitude vibration will be excessive cause great harm, pipeline transportation medium has its own inherent frequency, when the compressor airflow pulsation frequency and pipeline natural frequency consistent, resonance occurs, caused a series of the problem. For example: equipment harmful deformation and cannot operate normally, excessive noise seriously affected the health of human body, reduce the service life of the pipeline, between the pipe and the pipe or pipe and accessory connection looseness and rupture body leakage and even cause an explosion. So the pipeline vibration analysis is very necessaryUsing SAPP software to calculate the natural frequency of pipeline measurement, calculates the natural frequency of pipeline, vibration frequency detection pipeline natural frequency is close to the compressor, to prevent the occurrence of mechanical resonance, beyond the range of the safe operation of machinery vibration, failure or accident. According to the measured data, retrieve the pipeline segment not safe, by changing the supporting stiffness, to change the natural frequency of the pipe system for dangerous section.Keywords: pipe vibration; natural frequency; vibration controlI目 录第一章 绪 论11.1研究背景11.2研究意义21.3理论研究现状21.4.工程应用现状21.5本文的主要工作3第二章 管道结构的动力特性分析42.1管道振动的原因42.2调整管系结构的固有频率以避免发生机械共振4第三章 复杂管系结构固有频率计算SAPP63.1 概述62.1 主控数据73.3 结点和单元数据83.2结点约束状况输入93.3两结点联接(用于闭环系统)93.4结点附加质量输入103.5结点附加刚度输入103.6给出当前点以后的管径和壁厚103.7弯管单元的半径输人10第四章 闪蒸汽压缩机管系固有频率计算124.1闪蒸汽压缩机一级进气管线振幅计算134.2闪蒸汽压缩机一级排气管线振幅计算204.3闪蒸汽压缩机二级进汽管线振幅计算234.4闪蒸汽压缩机二级排气管线分布30第五章 结论335.1一级进气管道系统振动共振分析处理335.2一级排气管道系统振动分析与共振处理335.3闪蒸汽二级进气管道振动分析与共振处理345.4闪蒸汽二级排气管道振动分析与共振处理34致谢35参考文献36第一章 绪论第一章 绪 论1.1研究背景压缩机是用以提高各种气体压力的一种通用机械，是机械工业中量大面广的产品之一。在国民经济许多部门中得到十分广泛的应用，几乎遍及工业、农业、交通运输、医生、国防、科研乃至全入民生活的许多领域，尤其在化工、合成、煤炭、石油、建筑施工、海洋工程等方面，更是必不可少的动力设备。压缩机、泵、风机和电动机等四类产品的设计制造水平，以及它们的远行经济性和可靠性，己被认为是衡量一个国家机械工业发展状况和水平的标志之一。容积式压缩机的种类很多，适用的范围各不相同。据我国机械工业部的统计，社会对各类容积式压缩机的需求最(按吨位均为:活塞式压缩机86%，螺杆式7.5%,滑片式3.5%,隔膜式及其它型式为3%。由此可以看出，活塞式压缩机的需求量最多，在经济建设中的重要性不言而喻。活塞式压缩机是通过曲柄连杆机构，把驱动机的旋转运动转化为活塞的往复运动而对气体做功，提高气体的压力，属于往复式运动机械。这类机械带来两个特点:一是运行过程将产生往复惯性力，通过机构传给基础;二是具有明显脉动性质的气体压力，产生交变的活塞力作用在压缩机机构上，从而引起压缩机机组和管道振动。双作用压缩机每个汽缸在曲柄一转中有两个压缩行程的压缩机，即活塞两面都是工作面的压缩机。压缩机气缸两端都有吸排、阀，运行到一侧止点的活塞往回运行时，在对一侧气体进行压缩排气的同时，另一侧的余隙压缩气体则膨胀，在气体膨胀到压力低于进气压力时，又进行吸气，活塞在气缸内循环运行一次，能完成两次膨胀、吸气、压缩和排气过程。这样的压缩机叫双作用压缩机。压缩机气流脉动的振动会引起管道的振动，强烈的管道振动给生产带来了严重的危害:使得管道结构、管路附件产生疲劳破坏，特别是管道的连接部位和管道与附件的连接部位等处发生松动和破裂:使得压缩机的工况变坏，阀片过早损坏:使得管道上的或附近的计测仪表失真或者毁坏;使得噪声增大，影响了工作人员的身心健康等等。所造成的损失轻则引起泄漏，重则由破裂而引起爆炸、燃烧，造成严重事故。在美国，因管道的振动而造成的损失，每年就达到1个亿美元，并且在I00起毁坏事件中，由管道振动而引起的，就占了1.9%,占了第二位，机械故障为第一位。在国内，由于管道振动而造成的泄漏和爆炸事故也迭有发生。某厂压缩机管道由于振动疲劳，在使用中突然断裂，大量气体泄漏入室内，冲破照明灯，引起空间爆炸，造成严重损失:某化学公司有机合成厂因放空管振裂，泄出乙烯气，立即引起大火，烧化和烧坏垮塌厂房屋顶，损坏设备和管道，酿成重大事故。1.2研究意义随着工业的发展和安全生产的需要，压缩机在广泛应用于石油化工、化学化工、动力水能等工业领域的同时，其管道的振动问题也越来越引起人们的重视。国内压缩机生产厂家在压缩机管道振动问题上一直未得到很好的解决.由振动引起的管道振裂、限时运转、气体泄漏等事故时有发生。特别是对于化工及石油等工矿企业，生产机器能安全有效的运转就是最大的经济性。压缩机管道振动带来的危害，就是对经济性最大的威胁。因此，研究压缩机管道的振动问题并有效的控制振动、消除振动是一个具有重要现实意义的课题，具有明显的经济效益和社会效益。1.3理论研究现状压缩机管道振动研究，在二十世纪五十年代就已开始。但是长期以来，人们只能对简单管道的固有频率做出计算。复杂管道系统的结构动力特性，自一九五四年开始，应用计算机来求解。但因当时计算机速度慢，存储量小，对太复杂的管系还是不能进行计算。一九五六年后，出版了大量矩阵代数的著作，同时计算机的速度和存储量迅速增大，这就有可能对任何复杂的管道系统进行有效的分析计算。到一九七五年，国外有人首先采用有限元法把框架结构固有频率值解析法应用于管道系统，计算其固有频率及振型，并进一步应用所得结果进行相应计算。国外在这方面的工作已经做的不少，并对生产起了重要的指导作用。 国内西安交通大学最早从1972年开始该课题的研究，陆续研制了包括复杂管道系统气柱固有频率、气流压力脉动、机械固有频率以及管道系统机械振动分析计算的整套大型通用程序，1984年出版了国内截至目前唯一的活塞式压缩机气流脉动与管道振动专著，1985年获得了国家级的科技进步二等奖。并结合工程实际，先后解决了大批大中企业的压缩机管道振动课题。1.4.工程应用现状 针对工程实际中出现的问题，管道振动的工程应用研究主要是寻求最实用有效的管道减振方法。在气流脉动的发源处即靠近压缩机气缸处设置缓冲器，是最方便且有效的管道振动控制措施。缓冲器能使其后管道内的气流脉动变得缓和，降低排气或吸气冲击造成得损失，以及降低管道内的阻力损失。在1952年，国外就有学者对单容积缓冲器和滤波器型缓冲器的安放位置进行了研究，得出在这两种容积相等条件下，使用滤波型缓冲器，在器前管路内的压力脉冲要高出使用单个容