气流脉动对大型、高速往复式压缩机曲轴扭振的诱发及抑制机理研究

随着往复式压缩机向大型化、高速化发展，扭振疲劳成为导致曲轴断裂的主要原因之一。压缩机吸、排气过程的压力脉动不均度达到10-20%、且频率与曲轴扭振的基频十分接近，因而对曲轴的扭振特性产生重要影响。而常规扭振数学模型中并未考虑这一脉动过程，无法合理解释某些大型往复式压缩机曲轴发生扭振疲劳断裂的原因。扭振设计成为大型、高速往复式压缩机曲轴设计的最大技术难点之一。针对这一难点，本项目拟建立耦合热力学、动力学及物性参数的气流脉动数学模型，采用计算流体动力学与波动方程混合的方法对数学模型求解。将基于时域的气流脉动计算结果融入到曲轴强迫扭振的动力学模型中，揭示气流脉动对曲轴扭振作用的机理及规律，据此提出抑制扭振的新方法。并通过对一台大型往复式压缩机进行气流脉动及曲轴扭振测试以验证计算结果。本研究能够为大型、高速往复压缩机曲轴的扭振设计提供理论依据及方法，为降低曲轴故障率，保证压缩机安全运行提供新思路。

随着往复式压缩机向大型化、高速化发展，曲轴由于长度增加，扭转刚度降低且负荷增大，扭振疲劳成为导致曲轴断裂的一个主要原因。而且由于气缸内吸、排气过程的压力波动造成曲轴扭振分析的复杂性增加，扭振设计成为大型、高速往复式压缩机曲轴设计的最大技术难点之一。针对这一难点，本项目建立了耦合热力学、动力学及物性参数的气流脉动数学模型，采用计算流体动力学与波动方程混合的方法对数学模型求解。将基于时域的气流脉动计算结果融入到曲轴强迫扭振的动力学模型中，揭示气流脉动对曲轴扭振作用的机理及规律，据此提出了抑制曲轴扭振及气流脉动的新方法。运用该方法成功解决了国内多家化肥厂大型往复压缩机机器及管路振动问题。. 基本完成了项目研究内容，发表SCI论文6篇（4篇已发表，2篇已在线发表），EI论文2篇，国际会议论文3篇，核心期刊1篇，获得软件著作权1项。博士学位论文1篇，硕士学位论文3篇。