超高压往复式压缩机入口管道振动及疲劳强度分析
往复式压缩机常用于输运中高压气体，在石油、化工、矿山、冶金和国防工业中占有重要地位。压缩机进出口管道振动问题普遍存在且危害很大，对管道进行振动分析及开裂分析具有一定的工程意义。本文首先通过实验获得了材料的力学性能，通过有限元数值模拟方法对管道进行了强度分析、管道内气柱声学分析、管道结构的模态分析、谐响应分析和管道裂纹的扩展寿命分析。利用计算流体力学软件FLUENT计算了管道内气体的压力脉动。主要的分析内容和结论如下: (1)对管道材料做金相分析和断口分析。结果表明，材料符合强度要求，断口有贝纹线符合高周疲劳裂纹扩展特征，证明管道断裂属于疲劳断裂。对管道材料进行拉伸实验得到材料的弹性模量，对材料进行疲劳裂纹扩展实验得到裂纹扩展的Paris公式; (2)通过对管道内部气柱进行声学模态分析和管道的结构模态分析，表明管道不会发生气柱共振和结构共振; (3)对管道流体进行了瞬态分析，利用UDF编写并加载管道出口质量流量曲线。结果表明，管道的压缩机端压力不均匀度为8.55％超过了API618的限制7％; (4)管道的谐响应分析表明，在压缩机激振频率下管道X方向的振幅峰峰值为0.069mm，Y方向的振幅峰峰值为0.017mm。两个方向的振动均没有超过API618标准中管路设计振动准则规定的许用振幅峰峰值为0.5mm; (5)运用断裂力学的方法计算了管道表面裂纹的扩展寿命，从初始深度为0.1mm的表面裂纹扩展至最大裂纹深度17.86mm深的扩展寿命为6.8年。裂纹扩展寿命随着管卡刚度变小而变小。通过对管卡位置和管卡个数对管道振动影响的研究，确定了三个管卡的最佳位置，这三个管卡的支撑使管道X方向振动比原管道X方向的振动位移降低了88.12％，Y方向振动比原管道Y方向的振动位移降低了54.8％。
超高压往复式压缩机;入口管道;振动特性;疲劳强度
北京化工大学
硕士
工程力学
李慧芳
2021
中文
TH45
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）