往复压缩机气阀动力特性及故障模拟研究

论文摘要

本文对往复压缩机气阀的动力特性、故障模拟和振动测试进行了研究。首先采用理论分析的方法,得出了气阀阀片运动规律曲线和阀隙的气体流速变化规律,然后运用数值模拟的方法,计算出阀片的冲击应力、气阀的冲击响应,进而得出阀片自身的应力分布情况和气阀部分故障的特征频谱,最后用实验研究的方法对气阀的振动情况进行测试,分析得出了气阀振动测量参数的选择原则和振动频谱的组成成分。通过对气阀的动力特性研究,计算得出了阀片运动的位移、速度和压力损失曲线,进而求出了阀隙气体的流速;依据阀片的运动规律可得出阀片的碰撞速度,再利用显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟计算,得出阀片与升程限制器碰撞过程的应力值及应力分布情况,并将计算所得的应力值和近似解析计算值进行比较,结果表明有限元计算结果较为可靠;根据ANSYS/LS-DYNA计算出的冲击载荷值,利用有限元计算软件ANSYS的结构动力学模块进行数值模拟计算,得出了在正常情况和阀簧弹力不足情况下阀片冲击升程限制器的冲击响应,并与实测的频谱规律进行对比,结果表明,在出现弹力不足的情况下,加速度冲击响应在频域的主振频率比正常情况下有明显的增大,实测频谱的故障规律与此相同;通过对气阀振动的实验研究表明,对阀盖处的位移或速度进行测量无法检测到由阀片撞击引起的振动成分,高上限频率的加速度频谱可以全面的代表气流脉动和阀片撞击引起的振动。研究结果能够为气阀的优化设计、故障诊断和振动测试提供一定的理论基础和依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 气阀数学模型的研究
• 1.2.2 阀片冲击升程限制器（或阀座）的研究
• 1.2.3 气阀故障诊断的研究
• 1.2.4 阀片振动测试的研究
• 1.3 研究内容和研究方法
• 第二章 气阀运动参数的计算研究
• 2.1 气阀的基本组成、工作原理及性能要求
• 2.1.1 气阀的基本组成
• 2.1.2 气阀工作原理
• 2.1.3 气阀性能的基本要求
• 2.2 气阀通流截面、流量系数及推力系数
• 2.2.1 气阀通流截面
• 2.2.2 流量系数及有效通流截面
• 2.2.3 推力系数
• 2.3 气阀工作过程数学模型的分析计算
• 2.3.1 数学模型
• 2.3.2 初始条件
• 2.3.3 边界条件
• 2.3.4 基于MATLAB的阀片运动规律计算
• 2.4 阀隙气体流速的计算
• 2.4.1 阀隙平均气体流速的计算
• 2.4.2 阀隙瞬时气体流速的计算
• 2.4.3 平均流速和瞬时流速的对比
• 2.5 小结
• 第三章 阀片冲击应力的计算分析
• 3.1 LS-DYNA显式动力分析的基本理论
• 3.1.1 ANSYS/LS-DYNA简介
• 3.1.2 LS-DYNA碰撞分析的基本理论
• 3.1.3 接触碰撞的类型和基本算法
• 3.2 阀片冲击应力的有限元计算
• 3.2.1 实体模型的建立及网格划分
• 3.2.2 约束及加载的定义
• 3.2.3 求解及后处理分析
• 3.3 阀片冲击应力的近似解析计算
• 3.4 有限元计算结果与近似解析计算结果的比较分析
• 3.5 小结
• 第四章 气阀冲击响应的计算分析及故障模拟
• 4.1 ANSYS结构动力学分析基本理论
• 4.1.1 模态分析
• 4.1.2 瞬态动力学分析
• 4.2 傅立叶变换简介
• 4.2.1 傅立叶变换基本原理
• 4.2.2 FFT算法原理
• 4.3 升程限制器的模态分析
• 4.3.1 实体模型的建立
• 4.3.2 材料的选取及网格的划分
• 4.3.3 约束条件的设定及求解
• 4.4 升程限制器的冲击响应计算分析
• 4.4.1 载荷的确定及加载
• 4.4.2 计算及结果显示
• 4.5 计算结果的处理分析
• 4.5.1 计算数据的FFT
• 4.5.2 计算和实验测试故障规律对比
• 4.6 小结
• 第五章 气阀振动的测试分析
• 5.1 气阀盖振动的力学模型
• 5.2 测试仪器及数据分析系统
• 5.2.1 PL302 双通道频谱分析仪测试功能及应用简介
• 5.2.2 PM系统软件
• 5.2.3 振动测量传感器
• 5.3 测试方案及测试参数
• 5.4 数据处理
• 5.5 测试结果分析
• 5.5.1 振动位移的分析
• 5.5.2 振动速度分析
• 5.5.3 振动加速度分析
• 5.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 在学期间的研究成果
• 致谢