Lateral rotor-dynamic analysis of a depletion centrifugal compressor for identification of critical speeds

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

The research work is aimed to identify the reason of applied cap on the study compressor's maximum continuous operating speed (MCOS) and propose a solution. Methodology followed in this study is the finite element method (FEM) in which the shaft with all attached discs to it were modelled and studied. Timoshenko beam theory is used while developing the matrices of mass, stiffness, damping and force which form the equation of motion (EOM). Shaft and discs material of construction properties are used in the calculation. MATLAB is used to solve the model. The results of rotor-dynamic analysis are then used to study the nature of the second critical speed (CS) and the severity of response analysis to mass unbalance at the CS. The study identifies that the second CS at two bearing's stiffness conditions; namely Normal Minimum Stiffness and Minimum Stiffness is not critically damped. That is proved by having amplification factor (AF) higher than the maximum allowed by the American Petroleum Institute (API) in both cases. API standard No. 617 limit is 2.5 and the results show AF of 3.65 for the normal minimum stiffness and 3.78 for the minimum stiffness case. Consequently, the study provides cautionary recommendations that can be applied to avoid running the compressors with the above-mentioned conditions and permanent solutions to push the second CS out of the operating range. The results of the rotor-dynamic analysis were then used to study the behavior of the second critical speed (CS) and to analyze the severity of the system's response to mass unbalance at this speed. The study identified that the second CS, under two bearing stiffness conditions—namely, Normal Minimum Stiffness and Minimum Stiffness—is not critically damped. This is evidenced by an Amplification Factor (AF) exceeding the maximum allowable limit set by the American Petroleum Institute (API). According to API Standard 617, the AF limit is 2.5, whereas the analysis showed an AF of 3.65 under normal minimum stiffness and 3.78 under minimum stiffness. As a result, the study provides cautionary recommendations to avoid operating the compressors under these critical conditions, as well as permanent solutions to shift the second CS out of the operating range.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

eefd51e8-53ab-470e-8791-70d4105b96c5

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

eefd51e8-53ab-470e-8791-70d4105b96c5_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

التحليل الديناميكي الجانبي لضاغط طرد مركزي لرفع ضغط الحقل المستنفد لتحديد السرعات الحرجة

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":" Nasser Sulaiman Nasser Al-Khangari","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"Hassen M. Ouakad","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Issam Bahadur","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Lateral rotor-dynamic analysis of a depletion centrifugal compressor for identification of critical speeds

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

يهدف العمل البحثي إلى تحديد سبب فرض حد أعلى على السرعة التشغيلية المستمرة القصوى (MCOS) للضاغط محل الدراسة واقتراح حل لذلك. المنهجية المتبعة في هذه الدراسة هي طريقة العناصر المحدودة (FEM) حيث تم نمذجة العمود مع جميع الأقراص المثبتة عليه ودراستها. تم استخدام نظرية عارضة تيموشينكو أثناء تطوير مصفوفات الكتلة والصلابة والتخميد والقوة التي تُشكّل معادلة الحركة (EOM). تم استخدام خصائص مواد تصنيع العمود والأقراص في الحسابات. وقد تم استخدام برنامج MATLAB لحل النموذج. ثم تم استخدام نتائج التحليل الديناميكي للدوار لدراسة طبيعة السرعة الحرجة الثانية (CS) وشدة استجابة النظام لعدم الاتزان الكتلي عند تلك السرعة. حددت الدراسة أن السرعة الحرجة الثانية في حالتين من صلابة المحامل؛ وهما الصلابة الدنيا الطبيعية والصلابة الدنيا، لم تكن مخمدة بشكل كافٍ. وقد تم إثبات ذلك من خلال وجود معامل تضخيم (AF) أعلى من الحد الأقصى المسموح به حسب معهد البترول الأمريكي (API) في كلتا الحالتين. الحد المسموح به حسب المعيار رقم 617 من API هو 2.5، في حين أظهرت النتائج معامل تضخيم قدره 3.65 في حالة الصلابة الدنيا الطبيعية و3.78 في حالة الصلابة الدنيا. وبناءً عليه، تقدم الدراسة توصيات تحذيرية يمكن تطبيقها لتجنب تشغيل الضواغط في هذه الظروف المذكورة، بالإضافة إلى حلول دائمة لإخراج السرعة الحرجة الثانية من نطاق التشغيل. بعد ذلك، تم استخدام نتائج التحليل الديناميكي الدوّار لدراسة طبيعة السرعة الحرجة الثانية (CS) وتحليل الاستجابة الناتجة عن عدم توازن الكتلة عند هذه السرعة. أظهرت الدراسة أن السرعة الحرجة الثانية، في حالتين من صلابة المحمل (الصلابة الطبيعية الأدنى والصلابة الأدنى)، لا يتم تخميدها بالشكل المثالي المطلوب. وقد تم إثبات ذلك من خلال تجاوز عامل التضخيم (AF) للحد الأقصى المسموح به حسب معايير API في كلتا الحالتين. حيث أن الحد الأقصى المسموح به وفقًا للمعيار API-617 هو 2.5، بينما أظهرت النتائج عامل تضخيم قدره 3.65 لحالة الصلابة الطبيعية الأدنى، و3.78 لحالة الصلابة الأدنى. بناءً على ذلك، تقدم الدراسة توصيات تحذيرية تهدف إلى تجنّب تشغيل الضواغط في هذه الحالات غير الآمنة، بالإضافة إلى حلول دائمة لإخراج السرعة الحرجة الثانية (CS) من نطاق التشغيل.

كلمات الباحثين

Critical Speed, Depletion Compression, Rotor-dynamic, Timoshenko Beam Theory

إشراف وإعداد

الإشراف

Hassen M. Ouakad, Issam Bahadur

الإعداد

Nasser Sulaiman Nasser Al-Khangari

الاقتباسات الببليوغرافية