往复压缩机作为制造业领域中的典型设备,在化工、冶金、航空航天等众多领域中扮演着核心角色。随着国家和社会对制造业绿色发展的重视,往复压缩机管线振动问题更需要得到有效控制,同时应考虑流固耦合作用对管线系统振动特性的影响,避免因管线振动带来的生产效率低和安全事故。本课题从理论分析、实验研究、仿真模拟研究和新型减振装置设计等角度进行了研究。研究内容分述如下:(1)研究往复压缩机管线系统的振动影响,阐述压缩机及管线系统实际使用中振动现象造成的经济危害及安全危险,因此有必要对管系振动进行研究,同时应考虑流固耦合作用对振动特性的影响。并对引起管系振动的主要原因介绍。从不同振动原因入手提出相应的减振控制技术,其中包括三种减振途径:减小管线压力脉动、消除管线共振和转移消耗振动能量。对结构系统的振动控制后,减振效果有具体标准衡量,振动控制标准分为管线标准和压缩机标准两个部分,分别对不同工作频率下的管道及不同压缩机种类振动标准进行描述。(2)研究管线系统的振动特性理论,阐述推导管线振动系统的描述和建模方法,通常使用离散方法描述振动系统,并对结构系统中起耗散振动能量的阻尼理论分析,包括阻尼形式与受影响因素;研究管系所受流固耦合作用的影响,应先研究流固耦合基础理论,包括流体系统的流动均遵守质量守恒、动量守恒和能量守恒定律,仿真时流体和固体交界面处的应力和位移应满足正常传递,才能保证流固耦合发挥作用并求解;振动特性理论方面,还对模态分析方法、谐响应分析求解方法进行阐述,上述分析实现对结构振动趋势和过程的确定;针对振动控制的优化设计问题,通过明确优化问题中的优化变量、目标函数和约束条件,构建数学问题表达式,为后续参数优化提供理论支撑。(3)管线系统的振动实验研究,基于往复压缩机管线振动综合测试实验平台开展。首先进行了管线基本工况实验,了解管线三种通断工况下实验平台自身的振动响应,存在有测点振动位移超标的情况,故对管线作进一步振动分析与控制。其次进行流固耦合对比实验,使研究的管线分别处于非耦合与耦合作用下,对比流固耦合对管线振动特性的影响,结果表明该实验工况下耦合作用对振动特性产生影响但不明显。同样进行了不同减振装置的实验,对装置的最优约束位置及减振效果探究,蝶形弹簧管夹的最优位置为十三,普通弹簧的管夹最优位置为六,管道阻尼器最大降幅达到23.6%,减振后系统均满足振动标准要求,并且在该工况下管道阻尼器减振效果最优。(4)研究有限元模拟管线振动特性,使用Ansy Workbench对管线进行振动仿真的研究,分别从流固耦合影响、管线模态分析模块、谐响应分析模块以及参数化的振动控制方面进行。使用单向耦合模拟的方法,尽可能复原实验现场工况,得到0.6Mpa的工作压力下,管线系统最大变形位移及最大应力,耦合作用对管道固体系统有一定影响但不明显,与实验结果相吻合。模态分析采用耦合与非耦合作用进行,结果表明前者使固有频率略有上升,但不影响管线的振型趋势。谐响应分析则是利用压缩机不同倍频的激发频率模拟共振情况,得到频率和振动响应的对应关系,在激发频率为350.3Hz时振动响应达到最大,为振动控制需要避开的频率提供参考。使用参数优化方法,模拟管道阻尼器最优减振位置在0.069m处,得到的管线振动变形云图和实验结果一致,说明使用有限元仿真是研究减振装置效果的正确方法。(5)研究管线新减振阻尼器设计,从工作原理与控制手段方面选择新阻尼器的结构形式,对主要零部件进行设计计算,结合有限元仿真方法对新阻尼器自身设计情况进行检验,使用参数优化的方法进行减振效果的模拟,同时得到新阻尼器减振的最优约束位置。对比管线约束前后的振动响应数据,新阻尼器相比原阻尼器振动位移下降了 9.93%,虽然最大应力相比原阻尼器增加,但仍在需用范围之内,说明设计的新阻尼器减振效果满足目标要求。为相关的往复压缩机管线的振动控制,提供方法参考和解决思路。