Vibration, dynamics and noise

formerly BETA Machinery Analysis and SVT Engineering Consultants

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撬块设计和分析

吊装、环境载荷;静态和动态分析

Skid Design and Analysis - draft

对于新的撬块设计,要解决振动问题,通常需要一个动态分析。除了动态分析,还需要考虑其他设计标准。 

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1 撬块设计挑战

绝大多数海上压缩机和泵组都安装在钢制撬块或板上。基于以下几个原因,为新机组设计撬块非常具有挑战性:

  • 撬块设计必须避免共振和振动(振源来自动态机械和失衡力以及力偶)。
  • 行业内在寻找成本更低的机组。因此供应商会减少撬块成本,而这会导致撬块刚度大打折扣。然而设计不合理的撬块会产生振动和可靠性问题。在某些情况下,撬块不够结实,达不到应用要求。
  • 新设计必须考虑到载荷、吊装以及运输问题,还有质量限制。基座高度也会产生问题。
  • 环境载荷,比如风浪、地震等活动,必须满足多重不同的标准。 
2 撬块共振和振动示例

该处两例动画,说明了撬块共振,并产生剧烈振动的问题。该动画称为工作振形(或者ODS),是基于现场振动测量。ODS对于了解相对振动,以至振形都是非常有助。这些例子说明了为何通常我们需要动态撬块分析。右图说明了构筑坚实的发动机支撑所需要的改造(黄色部分所示)。该方案解决了振动问题。 

视频:振动和结构动态分析示例(英文)​

3 撬块设计解决方案

要处理以上挑战,通常需要两种撬块研究。这些工程需求必须(由业主或工程总承包商)明确,以保证项目考虑周全。
分析范围

  1. 吊装、环境以及运输研究。 这些研究可以保证撬块能被吊装并运输至现场,并能够经受比如由大风或地震引起的环境载荷。撬块应用要满足行业标准,以及客户对载荷的规定。
  2. 动态撬块分析。 研究重点在旋转式或往复式机械上。其将评估撬块结构和安装于撬块上的部件的振动和动态应力,来判定是否需要改造。

对于很多承包商,北塔可以帮助他们减少撬块成本(撬块优化研究)。联系我们 來获取更多方法,减少不必要的成本(劳力和原料)。​

请注意,最终撬块设计会受压缩机基础设计的影响(比如动态刚度会根据支撑撬块的混凝土、碎石、钢结构或桩基而有所不同)。 

3.1 吊装、载荷和运输研究——分析范围和特性

吊装分析——吊装、载荷和运输方面分析

分析范围

  • 可用于任何撬块应用(包括工艺管道和容器、压缩机、燃气机,发电机等的撬块)
  • 评估撬块设计,保障撬块单元应力低于行业标准,比如AISC规格。
  • 其他吊装标准,也适用于海上平台或FPSO应用,(比如API RP-2A-W5D)。
  • 基于吊装载荷、运输和固定的要求,并考虑环境载荷,比如风力、地震和/或橇块倾斜移动等,评估撬块设计。

北塔研究的特点

  • 吊装引起的撬块形变能符合行业标准和客户规定。
  • 撬块吊耳尺寸设计合理。
  • 妥善计算重心。
  • 提供跨接梁和吊扣设计的建议。
  • 可选分析还包括,地脚锚栓载荷并 进行有限元分析(FEA)以评估局部橇块的柔性、加筋板和设备安装设计。
  • 报告中包括对橇块设计提出改进意见,以及加载情况和计算结果的总结。
3.2 动态撬块振动和应力分析——分析范围和特性
 

FEA模型在动态撬块分析中使用,避免共振和振动问题的示例

分析范围

  • 确定橇块上动态载荷的幅度和频率。(动态载荷随着应用不同而不同)
  • 对于往复式压缩机,动态载荷包括非平衡力和力矩,十字头力,杆载荷力,管道和容器中的脉动力以及驱动机构中的非平衡力和力矩。
  • 计算橇块的振动和应力并与工业和客户的标准做比较。
  • 考虑基础的边界条件(桩,砾石垫层,混凝土块或者钢结构)。

北塔研究的特点

  • 将所有的压缩机运行产生的力以动态载荷矢量形式加载到模型中
  • 分别对每一个运行方式和工况,计算振动和应力。
  • 在运行载荷中加入了燃气机的非平衡力和力矩。北塔可计算压缩机气体力和十字头力,然后作为动载荷加入到有限元模型中。
  • 基于北塔的现场经验选择合适的阻尼系数。
  • 当振动和应力超过标准时,会提供改进建议。
  • 若需要,北塔可以计算橇块焊缝处的变形和应力并与允许值作比较。
  • 报告中包括橇块设计的建议以及对施加载荷和计算结果的总结(包括振型,结构固有频率和振幅)。
4 客户利益
  • 橇块设计将符合国际标准(ABS, API, AISC)和客户的规定。
  • 确保吊装,运输和运行的安全。
  • 优化橇块设计,节约费用。
  • 确保足够的刚度(在关键位置)以避免安装在橇块上部件的振动问题。
5 北塔优势
  • 基于撬块和结构动态分析经验,北塔可提供高性价比和可靠的设计
  • 精确的有限元模型
  • 快速的分析周期
  • 整体化设计(结合机械动态分析和基础分析)
6 相关信息
7 相关服务
   

用于吊装分析的撬块模型

需要改造撬块,以符合AISC标准(红色区域超出标准)

细节化的拉杆模型,用于评估新的撬块设计

8 关键词
  • 地震
  • 运输
  • 大风
  • 海浪
  • 环境载荷

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