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.)
 |
Область компетенции:
Отрасли промышленности:
|
| 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
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
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
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
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.