Список выполненных НИОКР

Конечно-элементное моделирование и исследование вибрационного состояния обвязывающих трубопроводов установки каталитического риформинга с учетом пульсации потока рабочей среды и нестационарного воздействия от компрессоров (2005 г.)

Ключевые слова Обвязывающие трубопроводы, компрессорная установка, сепаратор, опора, вибрационное состояние, пульсация потока рабочей среды, собственные частоты и формы, амплитудно-частотная характеристика, виброперемещение
Программное обеспечение SolidWorks, ANSYS
Период проведения 2005 г.

Сотрудники лаборатории «Вычислительная механика» (CompMechLab) в 2005 г. по заказу ЗАО «НефтеХимПроект» выполнили расчетные исследования пространственного вибрационного состояния обвязывающих трубопроводов установки каталитического риформинга на различных режимах работы компрессорных агрегатов.

Разработаны математические и пространственные конечно-элементные модели системы "компрессоры-трубопроводы-опоры-сепараторы". В рамках данного исследования разработаны пространственные геометрические и конечно-элементные модели обвязывающих трубопроводов, компрессоров и сепараторов. Моделирование компрессорных установок необходимо для корректного учета вибрационных воздействий от электродвигателей и кривошипно-шатунных механизмов.

На основе разработанных моделей и с применением программной системы конечно-элементного анализа ANSYS:

  • на основе решения 3-D контактных задач выполнены оценки эквивалентных жесткостных характеристик опор трубопроводов;
  • рассчитаны силовые воздействия от пульсации давления рабочей среды  в трубопроводах;
  • определены значения собственных частот системы и построены соответствующие формы свободных колебаний;
  • построены амплитудно-частотные характеристики;
  • определены местоположения зон, где наблюдаются максимальные перемещения.

Пространственная конечно-элементная модель компрессорной установки

Пространственная конечно-элементная модель компрессорной установки

На основе разработанных геометрических моделей обвязывающих трубопроводов построена пространственная конечно-элементная модель рассматриваемой системы, которая содержит: обвязки трубопровода входа и выхода первой и второй ступени, два сепаратора, три компрессора.

Модель обвязывающих трубопроводов содержит 72 тугоподвижные опоры, 4 неподвижные опоры, 3 тугоподвижные опоры для вертикальных трубопроводов, 12 трубчатых опор крутоизогнутых отводов и 101 скользящую опору.

Пространственные конечно-элементные модели опор трубопроводов

Пространственные конечно-элементные модели опор трубопроводов 

Пространственная конечно-элементная модель обвязывающих трубопроводов установки каталитического риформинга

Пространственная конечно-элементная модель обвязывающих трубопроводов установки каталитического риформинга

В работе с целью исследования вибрационного состояния трубопроводной обвязки учитываются следующие силовые факторы:

  • вибрационные воздействия от компрессоров;
  • силовые воздействия от пульсации давления рабочей среды  в трубопроводах;
  • гравитационное воздействие.

Исследование вибрационного состояния рассматриваемой системы выполняется для трех режимов работы компрессоров, когда работают одновременно две из трех компрессорных установок.

Схема приложения вибрационных нагрузок компрессора

Схема приложения вибрационных нагрузок компрессора

По результатам конечно-элементного моделирования и анализа вибрационного состояния трубопроводов обвязки на всех режимах работы компрессоров выбираются характерные точки, в которых наблюдаются максимальные перемещения на рабочей и кратных ей частотах.

Для выбранной точки (например, точка A) строятся амплитудно-частотные характеристики, т.е. графики зависимости амплитуд виброперемещений от частоты вынуждающих сил.

Распределение компонента вектора перемещения Ux на рабочей частоте для одного из режимов работы компрессоров

Распределение компонента вектора перемещения Ux на рабочей частоте для одного из режимов работы компрессоров

Характерные амплитудно-частотные характеристики

Характерные амплитудно-частотные характеристики

В результате анализа распределения компонентов вектора перемещения установлено, что для каждого из режимов работы компрессоров максимальные амплитуды перемещений наблюдаются для удвоенной частоты вынуждающих сил в точке A и составляют, соответственно, 0.4Uдоп, 0.3Uдоп и 0.1Uдоп, что не превышает допустимый уровень амплитуд виброперемещений Uдоп.