《往復(fù)壓縮機(jī)問題研究開題報告6200字》

學(xué)位論文（設(shè)計）題目往復(fù)壓縮機(jī)出口管系振動分析研究課題來源及類型課題的意義及國內(nèi)外現(xiàn)狀分析：研究背景及意義研究背景作為流體壓縮及輸送動力的提供者，壓縮機(jī)一直被視為石油化工系統(tǒng)中的心臟，物料經(jīng)由壓縮機(jī)加壓加速后血液般地流向裝置的其他部分，其安全平穩(wěn)運行被認(rèn)為是衡量一個國家制造加工工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。此外，壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于航空航天、國防科研、交通運輸、海洋工程、電力工業(yè)等多個國家支柱產(chǎn)業(yè)，成為了衡量國家裝備制造業(yè)的一項重要標(biāo)準(zhǔn)。伴隨著國家工業(yè)化進(jìn)程新階段的開始，國家裝備制造業(yè)也開始面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，大型化、高參數(shù)化的要求成為壓縮機(jī)設(shè)計制造的新風(fēng)向，“高效率、低能耗”更成為衡量壓縮機(jī)性能指標(biāo)的新標(biāo)準(zhǔn)。對于石油化工行業(yè)，生產(chǎn)企業(yè)以追求經(jīng)濟(jì)利益為核心，而安全穩(wěn)定生產(chǎn)則是這一切利益的前提和保障，生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)、介質(zhì)毒性大、介質(zhì)可燃性高等特點決定了對每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的高標(biāo)準(zhǔn)和高要求，作為動力供應(yīng)，壓縮機(jī)能否持續(xù)的、穩(wěn)定的安全運行，以及運行過程中的故障預(yù)防與診斷、振動控制方法等也越來越受到重視。按照工作原理，壓縮機(jī)可分為速度型、容積型兩類，往復(fù)壓縮機(jī)是容積型壓縮機(jī)中的常見機(jī)型，其依靠氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運動達(dá)到流體壓縮及輸送的目的。流體輸出后，伴隨著氣柱壓力及速度的周期性變化，以及由于管道形狀及走向的變化而產(chǎn)生的激振力作用，極易產(chǎn)生壓縮機(jī)管道的振動現(xiàn)象，并進(jìn)一步引發(fā)管道疲勞斷裂、管道連接儀表失靈、閥片磨損、壓縮機(jī)容積效率降低等問題。石化行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜、工藝參數(shù)彈性多變，但由于壓縮機(jī)特殊的工作原理，決定了其運轉(zhuǎn)可靠性低、故障種類多樣等特點，而壓縮機(jī)及其連接的附屬管道系統(tǒng)的振動故障更成為多起化工事故的誘因，嚴(yán)重危害國家經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)安全。研究意義根據(jù)《世界石油化工100起特大財產(chǎn)損失事件》的統(tǒng)計，在過去的幾十年里，每年因壓縮機(jī)及其管道系統(tǒng)發(fā)生振動并進(jìn)而引發(fā)的化工事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)百億美元，排在第二位（第一位是機(jī)械故障）。壓縮機(jī)及其管道的振動通常伴有很大的噪音，嚴(yán)重者甚至伴隨有肉眼可見的振動位移和晃動，惡化了工作條件，直接危害到職工的身體健康。因此，重視壓縮機(jī)及其管道的振動問題，采取有效的減振措施和合理化設(shè)計，嚴(yán)格控制壓縮機(jī)管道及其聯(lián)接件和設(shè)備的振動，對于石化行業(yè)乃至各基礎(chǔ)生產(chǎn)行業(yè)的生產(chǎn)安全都具有十分重要的意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀對往復(fù)壓縮機(jī)出口管系振動分析的研究國外比國內(nèi)早二十余年，上世紀(jì)五十年代開始，國外學(xué)者就開始關(guān)注和研究壓縮機(jī)進(jìn)出口管線的劇烈振動問題。對于國外研究現(xiàn)狀，以下從氣柱特性的研究、結(jié)構(gòu)振動的研究、減振技術(shù)應(yīng)用研究幾個方面加以介紹。管道氣柱特性研究美國在上世紀(jì)五十年代中葉就對氣流脈動展開了相關(guān)研究。為了研究管內(nèi)氣柱的氣流特性，L.E.Kinsler和A.K.Frey于1962年推導(dǎo)出了模型相對簡單且應(yīng)用較為方便的平面波動方程組，該理論基于管道中的阻尼正比于氣體流速以及當(dāng)管道的徑長比和壓力脈動都很小時，管道同截面上各處密度、壓力、流速等流體參數(shù)相同兩個基本條件假設(shè)。然而，當(dāng)管路處于共振狀態(tài)時，由于振幅大、振動劇烈，阻尼與氣體流速的關(guān)系己表現(xiàn)出非線性，該理論不再適用；Mohri與Hayama對處于共振狀態(tài)時的管路，將平面波動理論的條件之一假設(shè)為阻尼正比于氣體流速的平方，經(jīng)過修正后的理論相對誤差大為減小，基本上可以滿足工程需要。1972年，Elson和Soedel提出，在對氣流脈動和氣柱共振進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬時應(yīng)注意考慮通過氣閥的質(zhì)量流量和氣閥運動的影響。1973年，維將金利用公式計算了組合系統(tǒng)管道的氣柱固有頻率，但由于這種管道計算僅限于若干簡單管道的組合，偏離生產(chǎn)實際較遠(yuǎn)，故而不能用于解決工程實際問題。1978年，Werner在普渡壓縮機(jī)會議上公開發(fā)表的氣流脈動相關(guān)學(xué)術(shù)論文，使得在研究壓縮機(jī)氣流脈動上形成了相對完善的理論。此后，Maclaren綜合考慮了管線系統(tǒng)與外界熱交換、噪聲等因素的影響，推導(dǎo)出了模型更加完善、結(jié)果更為精確的特征型方程組，對于一維非定常流動的計算極其適用，且模擬結(jié)果接近管內(nèi)氣流的實際流動情況。管道結(jié)構(gòu)振動的研究上世紀(jì)五十年代起，國外學(xué)者對管道結(jié)構(gòu)振動特性首先進(jìn)行研究。Feadasev、Housner等人在不計重力、壓力和阻尼的影響下，將等直壁厚的細(xì)長管看作梁單元，得到了其振動特性方程。將管路簡化為梁單元，可以利用Rayleign法、Ritz法、Dunkerley法等計算簡單管路系統(tǒng)的低階固有頻率，而對于復(fù)雜管系，則采用轉(zhuǎn)移矩陣法、有限元法、多重網(wǎng)格法、阻抗分析法等求解。轉(zhuǎn)移矩陣法于1972年由史密斯與大衛(wèi)德森共同提出，1975年Bickford等人考慮軸線可伸縮性、剪切變形等影響，運用該法研究了平面曲梁的振動。Irie于1980年分析得到了用于輸流管路振動特性研究的轉(zhuǎn)移矩陣法，隨后，Wiggert和Lesmez利用分離變量法開創(chuàng)性地對空間復(fù)雜管路的轉(zhuǎn)移矩陣法進(jìn)行推導(dǎo)，最后得出了含特征值的轉(zhuǎn)移矩陣法，該法也是目前解決空間管線振動問題較為理想的方法之一。阻抗分析法是將管系進(jìn)行若干個單元的劃分，單元矩陣中的元素為阻抗參數(shù)。有限元法是研究管線振動比較常用且高效、方便的一種方法，1975年，日本學(xué)者藤川猛首次將其應(yīng)用到管線振動分析領(lǐng)域，計算出了管系結(jié)構(gòu)固有頻率，并對結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步響應(yīng)分析。多重網(wǎng)格方法是為其他方法簡化邊界條件時被人發(fā)現(xiàn)，該算法可以在幾乎不增加數(shù)據(jù)存儲容量的情況下，依然獲得十分準(zhǔn)確的結(jié)果，而且如果將其與有限差分法結(jié)合，可以使迭代計算次數(shù)大為減少，收斂速度加快，更好的獲得實驗結(jié)果。所有這些理論方法的提出、發(fā)展與應(yīng)用，都為工程實踐研究，起到了很好的指導(dǎo)作用，極大促進(jìn)了管道振動研究的發(fā)展。減振技術(shù)應(yīng)用研究對往復(fù)壓縮機(jī)管線振動進(jìn)行控制離不開減振裝置的設(shè)計和減振方法的工程應(yīng)用。美國的Kartha等對內(nèi)部設(shè)有復(fù)合材料作動器的Helmholtz共振腔進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用可以大幅降低管內(nèi)的壓力脈動；英國的Brennan等人提出并制造了一種氣流脈動作動器，可用于壓縮機(jī)管線減振，瑞典的Maillard等人對其進(jìn)行了進(jìn)一步分析應(yīng)用，以探究其對管系的氣流脈動的控制作用；Narita等對管路支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化研究；除此之外，國外還有許多學(xué)者對孔板、緩沖器、脈動衰減器、聲學(xué)濾波器等振動控制技術(shù)進(jìn)行了研究，其中，衰減器和濾波器的減振效果更佳，但由于它們結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、制造成本高，實際應(yīng)用中尚不及孔板和緩沖器常見。國內(nèi)研究現(xiàn)狀管線振動特性的研究在國內(nèi)，對往復(fù)壓縮機(jī)管線振動特性研究較早的是西安交通大學(xué)和沈陽壓縮機(jī)研究所。1975年，沈陽壓縮機(jī)研究所組織翻譯并出版了前蘇聯(lián)相關(guān)專著《活塞壓縮機(jī)的脈動與振動》；1984年，西安交大的黨錫淇、陳守五合著出版了《活塞壓縮機(jī)氣流脈動與管道振動》一書，對我國在壓縮機(jī)管線振動問題上的研究起到了巨大的指導(dǎo)和推動作用。謝林章對往復(fù)壓縮機(jī)氣體的氣柱固有頻率和結(jié)構(gòu)固有頻率的計算方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，給出了某國產(chǎn)對動式氮氫壓縮機(jī)組相關(guān)頻率的電算方法，通過降低管線高度、減少彎頭、大小頭等激振源，管線機(jī)械振動明顯改善，顯示了其電算程序的優(yōu)越性；韓龍文等根據(jù)CFD方法研究了兩臺并機(jī)運行的往復(fù)壓縮機(jī)管線系統(tǒng)關(guān)鍵位置的氣流脈動，通過建立的管系流體動力學(xué)模型分析了層流及湍流兩種管流情況下的氣流脈動，實驗對比發(fā)現(xiàn)計算管路氣流脈動時采用湍流模型比層流更合理；張道剛等針對某煉油廠壓縮機(jī)管系的二級分離器出口管道振動劇烈問題，利用ANSYS軟件進(jìn)行了分析，并與相關(guān)實測及計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)共振為劇烈振動的主因；李永東等對某天然氣站的兩臺增壓機(jī)根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)建立了相關(guān)管線的理論分析模型，并利用西安交通大學(xué)振動研究課題組自行研究開發(fā)的壓縮機(jī)管道振動分析PAP軟件對管路的氣柱固有頻率、機(jī)械結(jié)構(gòu)固有頻率、壓力不均勻度及機(jī)械振動響應(yīng)等進(jìn)行了計算；徐斌等針對現(xiàn)有壓縮機(jī)管系模型計算精度不足等問題，依據(jù)平面波動理論對模型進(jìn)行了適當(dāng)修正，并使用修正模型編寫通用程序求解氣流脈動及氣柱固有頻率，應(yīng)用該方法及有限元離散思想對某型氮氫氣壓縮機(jī)的級間管路進(jìn)行了計算，并對管線系統(tǒng)重要位置的振動特性進(jìn)行了實際測量，證實了修正模型計算的正確性。此外，他們研究指出，將復(fù)雜壓縮機(jī)管路以大容器進(jìn)出口處為分段點進(jìn)行分段，利用各簡單管路進(jìn)行氣流脈動的計算，方法準(zhǔn)確可靠，且能夠滿足工業(yè)要求；陳玲莉等建立了針對管系結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化的數(shù)學(xué)計算模型，推導(dǎo)了振幅及頻率靈敏度的計算公式，同時給出了兩個具體算例，計算結(jié)果顯示頻率靈敏度遠(yuǎn)大于振幅靈敏度，由此得出在整個優(yōu)化過程中，起決定性作用的為頻率約束，而振幅約束作用相對較??；盛敬超在統(tǒng)籌考慮管路負(fù)載阻抗及管路機(jī)械振動對管內(nèi)流體的影響下，對管流采用模態(tài)分析法進(jìn)行了分析；許超洋等人通過類比實驗原理，建立了基于聲學(xué)波動方程及電學(xué)系統(tǒng)方程的氣柱等效電路，并且采用軟件MATLAB/SIMULINKL對管線進(jìn)行電路模擬仿真，得到了各階固有頻率，為管系氣柱固有頻率的計算及聲電類比的研究提供了依據(jù)。減振技術(shù)工程應(yīng)用關(guān)于壓縮機(jī)管道減振技術(shù)及工程應(yīng)用方面的研究，國內(nèi)目前己有不少研究機(jī)構(gòu)和從業(yè)人員做出了貢獻(xiàn)，且己取得相當(dāng)豐富的研究成果。吸振器是一種常用的減振裝置，屬耗能器件，可對管線內(nèi)壓力脈動造成的管線動能有效吸收，其在管線振動方面也被不少學(xué)者研究利用。王震、孫玉東等人設(shè)計了一種可對管路振動進(jìn)行調(diào)控的吸振器，數(shù)值仿真結(jié)果表明，該方法能夠有效的減弱管道的低頻結(jié)構(gòu)振動；張洪田、李玩幽等人研制了一種電磁式吸振器，與頻域自適應(yīng)算法相結(jié)合，是一種新的控制管路振動實用技術(shù)；劉明華、程小勇等人設(shè)計了一種在結(jié)構(gòu)上由螺栓與管道連接，型式上由彈簧片質(zhì)量塊所構(gòu)成的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)進(jìn)行吸振的的動力吸振器，適用于管路系統(tǒng)減振且具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便和調(diào)頻等優(yōu)點。國內(nèi)不少減振技術(shù)的提出與應(yīng)用大多有一個共同點，就是多在對某具體企業(yè)減振項目的研究過程中取得的。劉錄、趙杰等通過對某煉油廠往復(fù)壓縮機(jī)機(jī)體引起的管線振動研究，提出通過降低缸頭和活塞安裝誤差、增加缸頭配重、均勻擰緊地腳螺栓等措施，可以得到有效控制；田勇等對某輕烴回收裝置中氣體壓縮機(jī)管線的激振力、氣柱振動系統(tǒng)和機(jī)械振動系統(tǒng)進(jìn)行了分析，提出了在壓縮機(jī)進(jìn)出口擴(kuò)大管道外徑及厚度，即相當(dāng)于增設(shè)緩沖段、改變部分管道的高度及走向、卡箍和支撐增加減振墊圈等方法使得原本導(dǎo)致天然氣泄漏的管道振動問題得以解決。唐斌等對某型號為DW-247/2，2-14的二級、三列往復(fù)壓縮機(jī)從不平衡力與力矩分析、基礎(chǔ)振動分析、軸系振動分析、管道系統(tǒng)振動分析等幾個方面進(jìn)行力研究，發(fā)現(xiàn)管系的流固禍合振動是整個系統(tǒng)振動故障的主因，通過管路系統(tǒng)優(yōu)化、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整等措施使振動幅值降到了API-618標(biāo)準(zhǔn)之下；崔玉清結(jié)合大慶石化某大型動力車間的八臺往復(fù)壓縮機(jī)的減振改造經(jīng)驗，總結(jié)了增設(shè)管架、孔板等五種減振方法，并對各種方法的應(yīng)用場所、減振要領(lǐng)及注意事項等進(jìn)行了說明。孫靜憨對某化肥廠的4M16壓縮機(jī)系統(tǒng)改雙層管道布置為單層，同時增大部分管徑，水冷器進(jìn)出口等振動易損部位增設(shè)集管器，并從支架的剛度、位置及安裝等方面采取相應(yīng)措施防止管路機(jī)械共振；梁政等對某天然氣增壓站的往復(fù)壓縮機(jī)管線振動進(jìn)行了研究與改造，通過對不同轉(zhuǎn)速工況下的現(xiàn)場布點測試、頻譜分析、氣流脈動分析等，得出壓力脈動過大為該套系統(tǒng)振動超標(biāo)的主因，通過將原有的多條管線共用的單個匯氣管重新設(shè)計為兩個并聯(lián)匯氣管，并增大每個匯氣管的直徑和容積，使得最大振動位移和最大振動速度都明顯降低，不僅減振改造效果明顯，增壓站的處理能力也得以提升。王蟬月對某柴油加氫精制裝置的新氫壓縮機(jī)管線振動，提出在管道的壓力不均勻度較大和支管管段較長的地方設(shè)置防振管卡，在壓縮機(jī)嘴子入口處增設(shè)孔板同時增設(shè)摩擦減振支架，以降低嘴子受力并對壓縮機(jī)進(jìn)行保護(hù);樊長博等對西部某油田承擔(dān)氣舉井供氣任務(wù)的氣舉壓縮機(jī)振動進(jìn)行了分析，通過壓縮機(jī)空載和負(fù)載運轉(zhuǎn)對比實驗及頻譜分析，找到氣柱共振為振動主因，整改措施包括減少管線不必要的拐彎，增大拐彎角度和圓弧半徑，避免直角拐彎，同時在壓縮機(jī)出口處安裝帶尖銳棱角內(nèi)邊緣的孔板。課題研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題：研究目標(biāo)1、構(gòu)建往復(fù)壓縮機(jī)出口管系振動受力分析模型。2、完成常見的往復(fù)壓縮機(jī)出口管系振動故障改良設(shè)計。3、通過壓縮機(jī)出口管系振動分析項目經(jīng)驗，提高對課題的研究深度。研究內(nèi)容第一部分：對課題的相關(guān)背景、研究現(xiàn)狀以及自己的研究工作進(jìn)行總結(jié)概述。第二部分：對壓縮機(jī)管系振動的基本理論進(jìn)行分析研究。第三部分：構(gòu)建壓縮機(jī)出口管系振動模型，對其進(jìn)行靜力、動力分析。第四部分：針對壓縮機(jī)出口管系常見振動故障問題，提出改良優(yōu)化。第五部分：通過自己的實際項目經(jīng)驗，完成壓縮機(jī)出口管系振動分析研究。第六部分：總結(jié)展望解決的關(guān)鍵問題1、完成往復(fù)壓縮機(jī)出口管系振動受力分析過程。2、對于常見的往復(fù)壓縮機(jī)出口管系振動故障問題，做出改良優(yōu)化設(shè)計。3、實例項目經(jīng)驗，完成往復(fù)壓縮機(jī)出口管系振動分析研究。課題的研究方法、設(shè)計及試驗方案，可行性分析（含經(jīng)費預(yù)算及落實情況）：研究方法文獻(xiàn)研究法通過搜索與課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料，對課題理論知識進(jìn)行熟悉，對前人的研究進(jìn)行分析，并合理的借用到自己的研究設(shè)計中。案例研究法通過自己實際的案例項目經(jīng)驗，來完成往復(fù)壓縮機(jī)出口管系振動分析問題，加深自己對于課題的理解和深度?？尚行苑治鍪紫缺救说墓ぷ鲀?nèi)容與壓縮機(jī)相關(guān)，對壓縮機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成，常見故障與問題處理都有比較深的了解，其次，本人也參與了對外壓縮機(jī)管線振動實際項目研究，在和工程師傅們的交流合作中，能夠?qū)W到非常多的知識，這些保證了本人能夠?qū)Ρ菊n題進(jìn)行開展研究，最后在學(xué)校指導(dǎo)老師的幫助下，對于本文的理論知識和實際分析問題能力有了很大的提升改進(jìn)，因此，這些都構(gòu)成了本文完成本次研究的基礎(chǔ)，最后本人還可以借助網(wǎng)絡(luò)圖書館，學(xué)習(xí)當(dāng)前最為前言的壓縮機(jī)管系振動分析研究，然后基于前人研究結(jié)果上，進(jìn)行本次研究。課題計劃進(jìn)度和預(yù)期成果：計劃進(jìn)度1、2019年12月1日-12月31日：確定好題目后，通過查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料，對往復(fù)壓縮機(jī)管系振動的基本理論做深入的分析研究。2、2020年1月01日--1月31日：完成往復(fù)壓縮機(jī)管系振動分析方法的設(shè)計，構(gòu)建分析模型，對壓縮機(jī)出口管系進(jìn)行靜力、動力分析。3、2020年2月01日--2月28日：對往復(fù)壓縮機(jī)出口管系振動常見的問題進(jìn)行分析，并找到減振預(yù)防