1隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展， 工藝用往復(fù)式壓縮機(jī)正向大型化邁進(jìn)。我國沈陽氣體壓縮機(jī)廠在1998年研制成功活塞推力 80噸的大型氫氣壓縮機(jī)組， 上海壓縮機(jī)有限公司也于 2008年制造出活塞力達(dá) 100噸的壓縮機(jī)， 并投入運行。隨著活塞力的增大， 壓縮機(jī)各部件及整體的受力狀況應(yīng)得到重視，比如活塞力對基礎(chǔ)造成的影響， 慣性力及慣性力矩不平衡引起的機(jī)組振動等等。在壓縮機(jī)的設(shè)計過程中， 大都只完成熱力計算和動力計算。動力計算的目的在于計算壓縮機(jī)中的作用力， 確定壓縮機(jī)所需要的飛輪矩及各種型式壓縮機(jī)慣性力、慣性力矩的平衡情況， 并根據(jù)平衡情況初步設(shè)計壓縮機(jī)所需要的基礎(chǔ)。然而現(xiàn)場實際運行時， 有時會出現(xiàn)雖然動力平衡性能良好， 但機(jī)組振動較大， 或者作為驅(qū)動機(jī)的同步電機(jī)電流波動過大， 導(dǎo)致停機(jī)的問題。因此， 有必要在完成壓縮機(jī)的熱力計算和動力計算之后， 進(jìn)行曲軸的強度、曲軸軸系的扭轉(zhuǎn)振動以及驅(qū)動電機(jī)電流波動的計算。基于此目的， 作者開發(fā)了主要用于曲軸強度分析、軸系扭轉(zhuǎn)振動計算和驅(qū)動電機(jī)電流波動計算的軟件。

　　2 軟件介紹

　　2. 1 程序流程

　　軟件主要分為 4個部分： 相關(guān)參數(shù)輸入模塊、動力計算數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、計算模塊以及結(jié)果輸出模塊（界面顯示及生成報告 ）。

　　在相關(guān)參數(shù)輸入模塊中， 輸入各計算模塊所需的必要參數(shù)， 如曲軸材料的選擇、機(jī)組基本參數(shù)的輸入、曲軸軸向尺寸及其它參數(shù)設(shè)定。其中， 根據(jù)實際曲軸為單拐軸 （相鄰主軸頸軸承之間有 1個曲柄銷 ）或雙拐軸 （相鄰主軸頸軸承之間有 2個曲柄銷 ）， 在曲軸軸向尺寸設(shè)定界面可以進(jìn)行相應(yīng)的選擇。

　　在動力計算數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊中， 動力計算的結(jié)果，即各壓縮機(jī)列在不同曲軸轉(zhuǎn)角時的切向力、法向力、綜合活塞力， 以及機(jī)組的總切向力和平均切向力數(shù)值通過此模塊導(dǎo)入。

　　計算模塊是軟件的核心部分， 包括強度計算、扭轉(zhuǎn)振動計算和電機(jī)電流波動計算。該 3部分可分別獨立完成相應(yīng)功能。

　　在結(jié)果輸出模塊中， 可以生成*后的完整計算報告， 包括機(jī)組的基本參數(shù)、強度計算結(jié)果、扭轉(zhuǎn)振動計算結(jié)果和電機(jī)電流波動計算結(jié)果。

　　2. 2 主要功能

　　2 .2 .1 強度計算

　　曲軸強度計算內(nèi)容主要包括單位曲拐兩側(cè)軸承支反力計算， 各校核截面所受彎矩、扭矩和軸力計算， 各個校核截面正應(yīng)力和切應(yīng)力， 以及由此得到的各危險截面及危險點的安全系數(shù)。使用分段法計算軸承支反力。分段法對曲軸的受力情況先作如下簡化： （ 1）對于多支承曲軸， 在主軸承中點處切開成分段簡支梁考慮； （ 2）連桿力集中作用在曲柄銷中點處； （ 3）略去回轉(zhuǎn)慣性力； （ 4）略去曲軸自重?？梢圆榭磫挝磺帐?大活塞力或*大輸入轉(zhuǎn)矩作用時， 各個危險截面的安全系數(shù)及相應(yīng)的彎矩、扭矩以及軸力計算結(jié)果。

　　2. 2. 2 扭振計算石油化工行業(yè)中使用的大型活塞壓縮機(jī)的功率一般超過 150 kW， 此時壓縮機(jī)多由同步電動機(jī)直接驅(qū)動， 電機(jī)與壓縮機(jī)間剛性連接。因此， 進(jìn)行壓縮機(jī)軸系的扭轉(zhuǎn)振動計算時， 需要對包括同步電機(jī)轉(zhuǎn)子以及電機(jī)與壓縮機(jī)之間可能存在的飛輪在內(nèi)的整體軸系進(jìn)行計算， 若壓縮機(jī)由驅(qū)動電機(jī)通過皮帶輪間接驅(qū)動， 由于皮帶為彈性體， 計算時可以只考慮壓縮機(jī)曲軸軸系。

　　通過扭振計算可以得到壓縮機(jī)機(jī)組的各階固有頻率， 進(jìn)而得到相應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速。由此， 可以校核壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速是否在共振危險區(qū)域， 降低風(fēng)險。

　　分別為參數(shù)輸入和計算結(jié)果輸出顯示界面。在計算結(jié)果輸出顯示面中， 通過點擊不同的標(biāo)簽頁， 可以分別查看當(dāng)量慣量及柔度、自由扭轉(zhuǎn)振動以及強制扭轉(zhuǎn)振動的計算結(jié)果。

　　2. 2 .3 電機(jī)電流波動計算

　　壓縮機(jī)的總切向力矩由平均切向力矩和多余轉(zhuǎn)矩 （或稱脈動轉(zhuǎn)矩 ）組成。多余轉(zhuǎn)矩的存在會使直接驅(qū)動壓縮機(jī)的同步電機(jī)產(chǎn)生電流波動， 導(dǎo)致電機(jī)定子繞組溫度升高， 影響電機(jī)正常工作， 嚴(yán)重時出現(xiàn)停機(jī)。電機(jī)電流波動亦會引起輸電網(wǎng)中電壓的變化， 從而影響到同一電網(wǎng)中的其他用戶。根據(jù)美國石油學(xué)會 618標(biāo)準(zhǔn)， 電機(jī)電流波動必須控制在額定值的 66%范圍內(nèi)。因此， 在設(shè)計壓縮機(jī)過程中以及對已有壓縮機(jī)進(jìn)行校核分析時， 計算同步電機(jī)電流波動值就顯得非常有必要。

　　電機(jī)電流波動計算的輸入?yún)?shù)界面和計算結(jié)果顯示界面分別所示。

　　3 計算實例

　　選擇一某工藝用往復(fù)壓縮機(jī)， 壓縮機(jī)組機(jī)械效率為 0 92， 曲柄半徑 0 160 m.通過前期熱力和動力計算， 得到壓縮機(jī)組平均切向力為 490000 N， 所需軸功率約 1800 kW.同步電機(jī)的相關(guān)參數(shù)。

　　經(jīng)軟件計算， 現(xiàn)有驅(qū)動條件下， 同步電機(jī)電流波動約 20%， 低于 66% ， 符合 API 618標(biāo)準(zhǔn)。然而即使如此， 同步驅(qū)動電機(jī)還有可能出現(xiàn)功率波動過大、電機(jī)溫度過高的問題， 所以實際運行中允許的電流波動還需結(jié)合電機(jī)和電網(wǎng)因素考慮。

　　4 結(jié)束語

　?。?1）該計算軟件采用 V isual Basic6 0 開發(fā)， 界面友好， 易于操作；（ 2）國內(nèi)多數(shù)壓縮機(jī)廠商在設(shè)計過程中， 一般只完成熱力和動力計算， 較少進(jìn)行曲軸軸系扭轉(zhuǎn)振動計算和配套驅(qū)動電機(jī)電流波動的計算， 該軟件首次實現(xiàn)了這些功能；（ 3）軟件為基于 W indows中文版本， 易于移植及推廣， 可替代早期基于 DOS的相關(guān)軟件， 將產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。