【壓縮機(jī)網(wǎng)】1 項(xiàng)目概況
1.1 項(xiàng)目研究目標(biāo)與難點(diǎn)
打破國(guó)外技術(shù)壁壘，掌握一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、達(dá)到國(guó)際同等水平的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)25MPa高壓儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)的國(guó)產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)“零”的突破，提升儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)能力，為我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)工程建設(shè)提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、安全可靠的國(guó)產(chǎn)壓縮機(jī)，為我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)工程建設(shè)提供大型、關(guān)鍵的國(guó)產(chǎn)化裝備保障，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
項(xiàng)目研發(fā)面臨四大難題：
儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)寬工況設(shè)計(jì)；高壓氣缸設(shè)計(jì)及密封問(wèn)題；高壓氣缸套磨損控制；長(zhǎng)薄壁缸套制造問(wèn)題。
1.2 項(xiàng)目合同規(guī)定的任務(wù)
1）高壓大缸徑氣缸開(kāi)發(fā)
?。╝）結(jié)構(gòu)形式研究；（b）安全性研究；（c）耐磨性研究；（d）冷卻方式研究；（e）切削加工性研究。
2）高壓填料、活塞環(huán)設(shè)計(jì)研究
?。╝）填料耐磨性研究；（b）填料長(zhǎng)壽命研究；（c）填料密封性研究；（d）活塞環(huán)、支撐環(huán)結(jié)構(gòu)形式研究；（e）支撐環(huán)壓應(yīng)力研究。
3）高壓冷卻器設(shè)計(jì)研究
?。╝）結(jié)構(gòu)形式研究；（b）減振性研究；（c）抗疲勞研究；（d）降噪研究。
4）高壓容器研究
?。╝）高壓動(dòng)載荷設(shè)計(jì)研究；（b）疲勞強(qiáng)度研究；（c）末級(jí)高精度過(guò)濾器研究。
5）壓縮機(jī)組振動(dòng)控制研究
?。╝）脈動(dòng)及振動(dòng)的成因研究；（b）壓縮機(jī)組扭振分析；（c）整機(jī)脈動(dòng)分析研究。
1.3 項(xiàng)目考核指標(biāo)
?。?）主要技術(shù)指標(biāo)（見(jiàn)表1）
（2）主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
通過(guò)成功進(jìn)行天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化研制，單機(jī)采購(gòu)成本比同類(lèi)型進(jìn)口機(jī)組降低30%左右。
?。?）專(zhuān)有技術(shù)及論文
● 2項(xiàng)專(zhuān)有技術(shù)：高壓氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
氣缸缸套熱處理工藝
● 2項(xiàng)制造技術(shù)：高壓氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
氣缸缸套熱處理
● 發(fā)表論文1篇
2 項(xiàng)目實(shí)施情況
2.1 項(xiàng)目目標(biāo)、任務(wù)總體完成情況
本項(xiàng)目完成合同規(guī)定的5項(xiàng)任務(wù)，研制出1臺(tái)儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)組，建立了1套技術(shù)規(guī)范，形成專(zhuān)利1項(xiàng)、專(zhuān)有技術(shù)2項(xiàng)、制造技術(shù)2項(xiàng)，發(fā)表論文2篇，培養(yǎng)技術(shù)骨干10人，全面完成各項(xiàng)考核任務(wù)。
?。?）全面完成合同要求的各項(xiàng)研究?jī)?nèi)容（見(jiàn)表2）：
（2）全面完成合同任務(wù)指標(biāo)
1）預(yù)期成果完成情況
全面完成合同預(yù)期成果（見(jiàn)表3）。
2）技術(shù)考核指標(biāo)完成情況
項(xiàng)目的17項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)全部完成，達(dá)到考核要求（表4）
3）主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
通過(guò)成功進(jìn)行天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化研制，單機(jī)采購(gòu)成本比同類(lèi)型進(jìn)口機(jī)組降低50%左右（表5）。
4）完成廠內(nèi)主要試驗(yàn)（表6）
2.2 主要成果情況
通過(guò)本項(xiàng)目的開(kāi)展與實(shí)施，形成4大核心成果（表7）。
2.2.1 形成了儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)寬工況設(shè)計(jì)技術(shù)
通過(guò)熱力學(xué)專(zhuān)用軟件計(jì)算分析，研究壓縮機(jī)動(dòng)力特性及振動(dòng)控制分析，形成儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)主機(jī)配置及機(jī)組總體設(shè)計(jì)方案。
?。?）儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)總體方案
通過(guò)方案設(shè)計(jì)，提出二種主機(jī)配置方案進(jìn)行對(duì)比分析，一種方案為四缸二級(jí)壓縮，一級(jí)氣缸兩個(gè)，二級(jí)氣缸兩個(gè)；另一種方案為二缸二級(jí)壓縮，一級(jí)氣缸一個(gè)，二級(jí)氣缸一個(gè)，二種方案的一級(jí)氣缸均配有可調(diào)余隙。
對(duì)兩種方案進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)分析可知：
1）四列機(jī)組比二列機(jī)組行程短，活塞線(xiàn)速度低；
2）四列機(jī)組比二列機(jī)組綜合桿載更小，提高了機(jī)組的安全性 ；
3）二列機(jī)組的氣體力較大，且反向角很小，為保證機(jī)組有一定的反向角，二級(jí)氣缸需要設(shè)置尾桿（貫穿活塞桿）。四列機(jī)組不存在反向角小的問(wèn)題。
4）四列機(jī)組比二列機(jī)組的不平衡力矩要小，因此四列機(jī)組的振動(dòng)要?。▓D1）。
（2）壓縮機(jī)負(fù)載柔性控制技術(shù)
1）壓縮機(jī)負(fù)載啟動(dòng)柔性控制技術(shù)
研究壓縮過(guò)程負(fù)荷特性，采用遞階控制結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建壓縮機(jī)負(fù)載柔性控制方法，協(xié)調(diào)控制先導(dǎo)閥組與進(jìn)氣閥門(mén)，適應(yīng)高壓進(jìn)氣變化，降低機(jī)組啟動(dòng)負(fù)載。
2）壓縮機(jī)加/卸負(fù)載柔性控制技術(shù)
研究機(jī)組加\卸負(fù)載特性，采用模糊控制技術(shù)，創(chuàng)建負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)方法，實(shí)現(xiàn)加載平穩(wěn)漸進(jìn)、卸載回流控制。避免加載對(duì)電網(wǎng)干擾、卸載高壓對(duì)罐體容器和安全閥沖擊。根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)排氣壓力變化值調(diào)整加載閥門(mén)關(guān)閉速度，使機(jī)組負(fù)載在一個(gè)合理的變化規(guī)律內(nèi)緩慢增加，減小對(duì)電機(jī)軸承損害和對(duì)電網(wǎng)的干擾；根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)、排壓力變化值調(diào)整閥門(mén)開(kāi)啟速度，減小高壓氣回流對(duì)進(jìn)氣洗滌罐內(nèi)濾網(wǎng)的沖擊力，同時(shí)可保證卸載時(shí)機(jī)組進(jìn)氣管線(xiàn)內(nèi)壓力不超過(guò)安全閥工作設(shè)定值。
?。?）壓縮機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)
采用API618規(guī)定的第三種方法進(jìn)行氣流脈動(dòng)分析，優(yōu)化管線(xiàn)、支撐布置和緩沖罐結(jié)構(gòu)，減小氣流脈動(dòng)力，降低管線(xiàn)振動(dòng)。
a） 壓縮機(jī)和管路系統(tǒng)的固有頻率分析
b） 壓縮機(jī)力學(xué)模型的受力機(jī)械響應(yīng)分析
c） 管路系統(tǒng)受力機(jī)械響應(yīng)（圖2）
1）壓縮機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)軸系共振控制
針對(duì)壓縮機(jī)軸系進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。在往復(fù)式壓縮機(jī)軸系中施加活塞、連桿、十字頭以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子等慣性質(zhì)量的基本方法，建立考慮各種慣性質(zhì)量的軸系動(dòng)力學(xué)分析模型，選取了集總參數(shù)法，對(duì)軸系進(jìn)行了簡(jiǎn)化，將模型繼續(xù)簡(jiǎn)化成有限個(gè)自由度的模型。在構(gòu)成集總參數(shù)模型時(shí)，對(duì)軸系的總節(jié)點(diǎn)數(shù)N由一定的要求（圖3）
對(duì)軸系進(jìn)行了簡(jiǎn)化：分布質(zhì)量離散化，集總到許多節(jié)點(diǎn)上，簡(jiǎn)化成有限個(gè)自由度的分析模型（END～MBR為壓縮機(jī)軸，CP1～CP2為聯(lián)軸器，MN1～AUX為電機(jī)軸）。
?。ü街衂i為轉(zhuǎn)子第i個(gè)截面的受力和變形狀態(tài)的狀態(tài)矢量，Xi為截面的徑向位移，ai繞角，Mi為彎矩，Qi為剪力，l為軸段長(zhǎng)度；E為材料的彈性模量；I為軸段的截面矩；V則為考慮截面上剪切影響的系數(shù)： 其中G為材料的切變模量；Ar為截面積，Kt為截面系數(shù)。）
研究壓縮機(jī)動(dòng)力特性，采用轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，建立了集總參數(shù)模型后，采用傳遞矩陣法（如圖4），建立這些構(gòu)件兩端狀態(tài)矢量之間的傳遞關(guān)系，利用連續(xù)條件，得到整個(gè)軸系兩端截面的狀態(tài)矢量之間的關(guān)系式，再根據(jù)軸系的邊界條件就可導(dǎo)出頻率方程式，求解頻率方程式，得到軸系的各階固有頻率和振型，形成扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析方法，掌握了扭振控制技術(shù)，避免軸系共振計(jì)算軸系臨界轉(zhuǎn)速和瞬態(tài)響應(yīng)（圖5）。
因整個(gè)軸系中，z*薄弱、z*有可能發(fā)生破壞的部件為聯(lián)軸器，分析得到軸系的響應(yīng)幅值小于聯(lián)軸器許用扭矩值，確認(rèn)軸系安全。
2）壓縮機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)-氣流脈動(dòng)力控制
根據(jù)壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)聲學(xué)特性及聲阻抗網(wǎng)絡(luò)分析模型技術(shù)，建立壓縮機(jī)管系和元件結(jié)構(gòu)的三維分析模型，提供管系和元件的振動(dòng)分析數(shù)學(xué)模型?？紤]環(huán)境因素（管系與外界的熱交換、環(huán)境噪聲等）的情況下，建立更加完善的數(shù)學(xué)模型和特征型方程組，分析儲(chǔ)氣庫(kù)工況要求，算了模型固有頻率及響應(yīng)，形成脈動(dòng)分析方法，掌握脈動(dòng)控制技術(shù)，優(yōu)化工藝氣管路設(shè)計(jì)（圖6,7,8）。
圖8左為排氣緩沖罐改進(jìn)前不平衡力曲線(xiàn)圖，圖8右為排氣緩沖罐改進(jìn)后的不平衡力曲線(xiàn)，紅色曲線(xiàn)為API618標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。通過(guò)氣流脈動(dòng)分析后，發(fā)現(xiàn)有些頻率段脈動(dòng)不平衡力很大，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)后，降不平衡力降低到標(biāo)準(zhǔn)值以下。
3）壓縮機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)-機(jī)械振動(dòng)控制
采用有限元分析理論，建立了彈性體物理方程矩陣（如圖9）和機(jī)組有限元模型（如圖10），找到其固有頻率及頻響特性，提出解決方案（如圖11），掌握機(jī)械振動(dòng)分析方法，優(yōu)化機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
其中 為正應(yīng)力， 為剪應(yīng)力， 為彈性體沿X軸正方向的位移， 為Y軸正方向的位移， 為Z軸正方向的位移，G為剪切模量。
通過(guò)機(jī)械振動(dòng)分析后，需要提高洗滌罐支撐座固有頻率，避免與機(jī)組發(fā)生共振。
?。?）高壓高精度氣液分離技術(shù)
1）論證了不同分離結(jié)構(gòu)的過(guò)濾效果，形成高壓大排量高精度過(guò)濾分離方案，控制天然氣出口含液量低于1ppm。
2）分析液體的聚結(jié)特性，優(yōu)選了“層壓法”處理過(guò)濾濾芯， 該濾芯不但可以滿(mǎn)足技術(shù)要求，并且極大延長(zhǎng)了濾芯使用壽命，濾芯的z*大更換周期在18個(gè)月。采用“層壓法”聚結(jié)濾芯可將工藝氣流中的液體污染物去除至0.01ppmw以下，同時(shí)對(duì)天然氣中少量固體顆粒物的去除率為99.98%（0.3um以上）。該聚結(jié)濾芯在生產(chǎn)工藝中采用了疏油處理技術(shù)，可以將聚結(jié)液體在只占整個(gè)濾芯25-30%的底部排除，從而避免液沫夾帶現(xiàn)象，防止聚結(jié)液體潤(rùn)濕介質(zhì)，加速液體在介質(zhì)纖維上的排出。
3）末級(jí)高壓分離器，因工作壓力變化范圍較大，氣流脈動(dòng)影響較大，承受各種靜、動(dòng)載荷或交變載荷，還有附加的機(jī)械或溫度載荷，情況很復(fù)雜。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，選擇厚壁管補(bǔ)強(qiáng)，運(yùn)用等面積補(bǔ)強(qiáng)法對(duì)末級(jí)分離器進(jìn)口接管開(kāi)孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行疲勞分析，評(píng)定結(jié)構(gòu)承受疲勞載荷的能力，保證承受交變載荷的容器不致在其壽命期限內(nèi)發(fā)生疲勞破壞。z*終設(shè)計(jì)出開(kāi)式分段高壓高精度過(guò)濾器結(jié)構(gòu)和專(zhuān)用液壓工具，解決了高壓大壁厚大通徑制造難題（圖12,13）。
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1.1 項(xiàng)目研究目標(biāo)與難點(diǎn)
打破國(guó)外技術(shù)壁壘，掌握一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、達(dá)到國(guó)際同等水平的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)25MPa高壓儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)的國(guó)產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)“零”的突破，提升儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)能力，為我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)工程建設(shè)提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、安全可靠的國(guó)產(chǎn)壓縮機(jī)，為我國(guó)儲(chǔ)氣庫(kù)工程建設(shè)提供大型、關(guān)鍵的國(guó)產(chǎn)化裝備保障，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
項(xiàng)目研發(fā)面臨四大難題：
儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)寬工況設(shè)計(jì)；高壓氣缸設(shè)計(jì)及密封問(wèn)題；高壓氣缸套磨損控制；長(zhǎng)薄壁缸套制造問(wèn)題。
1.2 項(xiàng)目合同規(guī)定的任務(wù)
1）高壓大缸徑氣缸開(kāi)發(fā)
?。╝）結(jié)構(gòu)形式研究；（b）安全性研究；（c）耐磨性研究；（d）冷卻方式研究；（e）切削加工性研究。
2）高壓填料、活塞環(huán)設(shè)計(jì)研究
?。╝）填料耐磨性研究；（b）填料長(zhǎng)壽命研究；（c）填料密封性研究；（d）活塞環(huán)、支撐環(huán)結(jié)構(gòu)形式研究；（e）支撐環(huán)壓應(yīng)力研究。
3）高壓冷卻器設(shè)計(jì)研究
?。╝）結(jié)構(gòu)形式研究；（b）減振性研究；（c）抗疲勞研究；（d）降噪研究。
4）高壓容器研究
?。╝）高壓動(dòng)載荷設(shè)計(jì)研究；（b）疲勞強(qiáng)度研究；（c）末級(jí)高精度過(guò)濾器研究。
5）壓縮機(jī)組振動(dòng)控制研究
?。╝）脈動(dòng)及振動(dòng)的成因研究；（b）壓縮機(jī)組扭振分析；（c）整機(jī)脈動(dòng)分析研究。
1.3 項(xiàng)目考核指標(biāo)
?。?）主要技術(shù)指標(biāo)（見(jiàn)表1）
（2）主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
通過(guò)成功進(jìn)行天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化研制，單機(jī)采購(gòu)成本比同類(lèi)型進(jìn)口機(jī)組降低30%左右。
?。?）專(zhuān)有技術(shù)及論文
● 2項(xiàng)專(zhuān)有技術(shù)：高壓氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
氣缸缸套熱處理工藝
● 2項(xiàng)制造技術(shù)：高壓氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
氣缸缸套熱處理
● 發(fā)表論文1篇
2 項(xiàng)目實(shí)施情況
2.1 項(xiàng)目目標(biāo)、任務(wù)總體完成情況
本項(xiàng)目完成合同規(guī)定的5項(xiàng)任務(wù)，研制出1臺(tái)儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)組，建立了1套技術(shù)規(guī)范，形成專(zhuān)利1項(xiàng)、專(zhuān)有技術(shù)2項(xiàng)、制造技術(shù)2項(xiàng)，發(fā)表論文2篇，培養(yǎng)技術(shù)骨干10人，全面完成各項(xiàng)考核任務(wù)。
?。?）全面完成合同要求的各項(xiàng)研究?jī)?nèi)容（見(jiàn)表2）：
（2）全面完成合同任務(wù)指標(biāo)
1）預(yù)期成果完成情況
全面完成合同預(yù)期成果（見(jiàn)表3）。
2）技術(shù)考核指標(biāo)完成情況
項(xiàng)目的17項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)全部完成，達(dá)到考核要求（表4）
3）主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
通過(guò)成功進(jìn)行天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化研制，單機(jī)采購(gòu)成本比同類(lèi)型進(jìn)口機(jī)組降低50%左右（表5）。
4）完成廠內(nèi)主要試驗(yàn)（表6）
2.2 主要成果情況
通過(guò)本項(xiàng)目的開(kāi)展與實(shí)施，形成4大核心成果（表7）。
2.2.1 形成了儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)寬工況設(shè)計(jì)技術(shù)
通過(guò)熱力學(xué)專(zhuān)用軟件計(jì)算分析，研究壓縮機(jī)動(dòng)力特性及振動(dòng)控制分析，形成儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)主機(jī)配置及機(jī)組總體設(shè)計(jì)方案。
?。?）儲(chǔ)氣庫(kù)壓縮機(jī)總體方案
通過(guò)方案設(shè)計(jì)，提出二種主機(jī)配置方案進(jìn)行對(duì)比分析，一種方案為四缸二級(jí)壓縮，一級(jí)氣缸兩個(gè)，二級(jí)氣缸兩個(gè)；另一種方案為二缸二級(jí)壓縮，一級(jí)氣缸一個(gè)，二級(jí)氣缸一個(gè)，二種方案的一級(jí)氣缸均配有可調(diào)余隙。
對(duì)兩種方案進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)分析可知：
1）四列機(jī)組比二列機(jī)組行程短，活塞線(xiàn)速度低；
2）四列機(jī)組比二列機(jī)組綜合桿載更小，提高了機(jī)組的安全性 ；
3）二列機(jī)組的氣體力較大，且反向角很小，為保證機(jī)組有一定的反向角，二級(jí)氣缸需要設(shè)置尾桿（貫穿活塞桿）。四列機(jī)組不存在反向角小的問(wèn)題。
4）四列機(jī)組比二列機(jī)組的不平衡力矩要小，因此四列機(jī)組的振動(dòng)要?。▓D1）。
（2）壓縮機(jī)負(fù)載柔性控制技術(shù)
1）壓縮機(jī)負(fù)載啟動(dòng)柔性控制技術(shù)
研究壓縮過(guò)程負(fù)荷特性，采用遞階控制結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建壓縮機(jī)負(fù)載柔性控制方法，協(xié)調(diào)控制先導(dǎo)閥組與進(jìn)氣閥門(mén)，適應(yīng)高壓進(jìn)氣變化，降低機(jī)組啟動(dòng)負(fù)載。
2）壓縮機(jī)加/卸負(fù)載柔性控制技術(shù)
研究機(jī)組加\卸負(fù)載特性，采用模糊控制技術(shù)，創(chuàng)建負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)方法，實(shí)現(xiàn)加載平穩(wěn)漸進(jìn)、卸載回流控制。避免加載對(duì)電網(wǎng)干擾、卸載高壓對(duì)罐體容器和安全閥沖擊。根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)排氣壓力變化值調(diào)整加載閥門(mén)關(guān)閉速度，使機(jī)組負(fù)載在一個(gè)合理的變化規(guī)律內(nèi)緩慢增加，減小對(duì)電機(jī)軸承損害和對(duì)電網(wǎng)的干擾；根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)、排壓力變化值調(diào)整閥門(mén)開(kāi)啟速度，減小高壓氣回流對(duì)進(jìn)氣洗滌罐內(nèi)濾網(wǎng)的沖擊力，同時(shí)可保證卸載時(shí)機(jī)組進(jìn)氣管線(xiàn)內(nèi)壓力不超過(guò)安全閥工作設(shè)定值。
?。?）壓縮機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)
采用API618規(guī)定的第三種方法進(jìn)行氣流脈動(dòng)分析，優(yōu)化管線(xiàn)、支撐布置和緩沖罐結(jié)構(gòu)，減小氣流脈動(dòng)力，降低管線(xiàn)振動(dòng)。
a） 壓縮機(jī)和管路系統(tǒng)的固有頻率分析
b） 壓縮機(jī)力學(xué)模型的受力機(jī)械響應(yīng)分析
c） 管路系統(tǒng)受力機(jī)械響應(yīng)（圖2）
1）壓縮機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)軸系共振控制
針對(duì)壓縮機(jī)軸系進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。在往復(fù)式壓縮機(jī)軸系中施加活塞、連桿、十字頭以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子等慣性質(zhì)量的基本方法，建立考慮各種慣性質(zhì)量的軸系動(dòng)力學(xué)分析模型，選取了集總參數(shù)法，對(duì)軸系進(jìn)行了簡(jiǎn)化，將模型繼續(xù)簡(jiǎn)化成有限個(gè)自由度的模型。在構(gòu)成集總參數(shù)模型時(shí)，對(duì)軸系的總節(jié)點(diǎn)數(shù)N由一定的要求（圖3）
對(duì)軸系進(jìn)行了簡(jiǎn)化：分布質(zhì)量離散化，集總到許多節(jié)點(diǎn)上，簡(jiǎn)化成有限個(gè)自由度的分析模型（END～MBR為壓縮機(jī)軸，CP1～CP2為聯(lián)軸器，MN1～AUX為電機(jī)軸）。
?。ü街衂i為轉(zhuǎn)子第i個(gè)截面的受力和變形狀態(tài)的狀態(tài)矢量，Xi為截面的徑向位移，ai繞角，Mi為彎矩，Qi為剪力，l為軸段長(zhǎng)度；E為材料的彈性模量；I為軸段的截面矩；V則為考慮截面上剪切影響的系數(shù)： 其中G為材料的切變模量；Ar為截面積，Kt為截面系數(shù)。）
研究壓縮機(jī)動(dòng)力特性，采用轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，建立了集總參數(shù)模型后，采用傳遞矩陣法（如圖4），建立這些構(gòu)件兩端狀態(tài)矢量之間的傳遞關(guān)系，利用連續(xù)條件，得到整個(gè)軸系兩端截面的狀態(tài)矢量之間的關(guān)系式，再根據(jù)軸系的邊界條件就可導(dǎo)出頻率方程式，求解頻率方程式，得到軸系的各階固有頻率和振型，形成扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析方法，掌握了扭振控制技術(shù)，避免軸系共振計(jì)算軸系臨界轉(zhuǎn)速和瞬態(tài)響應(yīng)（圖5）。
因整個(gè)軸系中，z*薄弱、z*有可能發(fā)生破壞的部件為聯(lián)軸器，分析得到軸系的響應(yīng)幅值小于聯(lián)軸器許用扭矩值，確認(rèn)軸系安全。
2）壓縮機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)-氣流脈動(dòng)力控制
根據(jù)壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)聲學(xué)特性及聲阻抗網(wǎng)絡(luò)分析模型技術(shù)，建立壓縮機(jī)管系和元件結(jié)構(gòu)的三維分析模型，提供管系和元件的振動(dòng)分析數(shù)學(xué)模型?？紤]環(huán)境因素（管系與外界的熱交換、環(huán)境噪聲等）的情況下，建立更加完善的數(shù)學(xué)模型和特征型方程組，分析儲(chǔ)氣庫(kù)工況要求，算了模型固有頻率及響應(yīng)，形成脈動(dòng)分析方法，掌握脈動(dòng)控制技術(shù)，優(yōu)化工藝氣管路設(shè)計(jì)（圖6,7,8）。
圖8左為排氣緩沖罐改進(jìn)前不平衡力曲線(xiàn)圖，圖8右為排氣緩沖罐改進(jìn)后的不平衡力曲線(xiàn)，紅色曲線(xiàn)為API618標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。通過(guò)氣流脈動(dòng)分析后，發(fā)現(xiàn)有些頻率段脈動(dòng)不平衡力很大，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)后，降不平衡力降低到標(biāo)準(zhǔn)值以下。
3）壓縮機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)-機(jī)械振動(dòng)控制
采用有限元分析理論，建立了彈性體物理方程矩陣（如圖9）和機(jī)組有限元模型（如圖10），找到其固有頻率及頻響特性，提出解決方案（如圖11），掌握機(jī)械振動(dòng)分析方法，優(yōu)化機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
其中 為正應(yīng)力， 為剪應(yīng)力， 為彈性體沿X軸正方向的位移， 為Y軸正方向的位移， 為Z軸正方向的位移，G為剪切模量。
通過(guò)機(jī)械振動(dòng)分析后，需要提高洗滌罐支撐座固有頻率，避免與機(jī)組發(fā)生共振。
?。?）高壓高精度氣液分離技術(shù)
1）論證了不同分離結(jié)構(gòu)的過(guò)濾效果，形成高壓大排量高精度過(guò)濾分離方案，控制天然氣出口含液量低于1ppm。
2）分析液體的聚結(jié)特性，優(yōu)選了“層壓法”處理過(guò)濾濾芯， 該濾芯不但可以滿(mǎn)足技術(shù)要求，并且極大延長(zhǎng)了濾芯使用壽命，濾芯的z*大更換周期在18個(gè)月。采用“層壓法”聚結(jié)濾芯可將工藝氣流中的液體污染物去除至0.01ppmw以下，同時(shí)對(duì)天然氣中少量固體顆粒物的去除率為99.98%（0.3um以上）。該聚結(jié)濾芯在生產(chǎn)工藝中采用了疏油處理技術(shù)，可以將聚結(jié)液體在只占整個(gè)濾芯25-30%的底部排除，從而避免液沫夾帶現(xiàn)象，防止聚結(jié)液體潤(rùn)濕介質(zhì)，加速液體在介質(zhì)纖維上的排出。
3）末級(jí)高壓分離器，因工作壓力變化范圍較大，氣流脈動(dòng)影響較大，承受各種靜、動(dòng)載荷或交變載荷，還有附加的機(jī)械或溫度載荷，情況很復(fù)雜。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，選擇厚壁管補(bǔ)強(qiáng)，運(yùn)用等面積補(bǔ)強(qiáng)法對(duì)末級(jí)分離器進(jìn)口接管開(kāi)孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行疲勞分析，評(píng)定結(jié)構(gòu)承受疲勞載荷的能力，保證承受交變載荷的容器不致在其壽命期限內(nèi)發(fā)生疲勞破壞。z*終設(shè)計(jì)出開(kāi)式分段高壓高精度過(guò)濾器結(jié)構(gòu)和專(zhuān)用液壓工具，解決了高壓大壁厚大通徑制造難題（圖12,13）。
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來(lái)源：中石化石油機(jī)械股份有限公司壓縮機(jī)分公司
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