1.1课题来源及背景

1.1.1课题研究背景

过去几十年，石油工业从浅海到深海再到超深海不断扩张。海洋油气总产量占全球油气总产量的比例已从1997年的20%上升到目前的40%以上，其中深海油气产量约占海洋油气产量的30%以上。在世界已发现的油气可采储量中，海洋油气约占41%。一些海域尤其是深海和北极地区的勘探程度还很低，因此海洋油气资源的潜力仍然很大。增加了对海洋钻井平台的高需求，压缩机是通过旋转运动提高气体压力的一种设备。在石油石化行业中，有着极大的应用。再化工工艺过程中，也可以应用压缩机提提高气体压力，达到所需要的气体压力条件；在油气储运过程中，还可以利用压缩机增压，减小气体体积，便于运输，尤其是在管道运输中，可以大大减少沿程损失。因此，压缩机在海洋钻井平台上也是必不可少的设备。压缩机一般分为容积式压缩机和动力式压缩机，而应用最广泛的容积式压缩机中的往复式压缩机。面对海洋平台和压缩机的需求，该论文着重对2701式压缩机进行分析和计算。

1.1.2研究意义

最值得关注的是由往复式压缩机曲轴及与之相连的各运动部件总成产生的扭转振动。扭转振动会使得轴系承受交变应力，随着压缩机的转动，疲劳积累并增强，最终造成轴系或其零部件的突然断裂，这种扭振事故的突发性也使事故的后果具有毁灭性，通常损失惨重；另外，由于曲轴较长，扭转刚度小，转动惯量比较大，其扭转振动固有频率容易在激振力矩的频率范围内，从而引发危险的共振现象。由此可见，轴系的扭转振动是影响轴系安全乃至压缩机安全运行的重要问题。因此，研究轴系的扭转振动具有重要的意义，它对于轴系设计计算、校核计算、事故分析和轴系运行的安全性都有实际指导意义。在此基础上，面对众多公司对压缩机的需求，急需一种满足工程需求的压缩机曲轴扭转振动计算和安全对比软件。

1.2国内外往复式压缩机研究现状

根据国家标准，压缩机曲轴的计算主要包括两个内容，自由振动和强迫振动，以得到固有频率，共振转速等影响压缩机曲轴相关的参数^[1]。在进行计算的过程中，又主要分为，计算模型的选定和计算方法的选定。目前在计算模型方面，主要有分布参数模型，集中质量模型和阶梯轴模型。在计算方法选择方面，主要有Holzer法，系统矩阵矩阵法，有限元法。

陈超建立了集总参数模型，利用矩阵法求解分析扭转振动结果，主要解决减震器问题^[2][3]；邓晶建立了集中质量模型，利用经典力学法直接求解固有频率和临界转速^[4]；许赠金建立了分布参数模型，利用有限元法进行细致分析^[5]；高顺建立了集总参数模型，利用矩阵法分析扭转振动，并对可靠性进行分析^[6]；张文帅对船舶传动系统自创数学模型，再利用有限元法进行扭转振动分析^[7]；于招阳建立了集总参数模型，利用矩阵法对船舶轴系扭转振动进行了分析^[8]；张春蕊对集总参数模型和分布参数模型进行对比分析后选择了较为简单的集总参数模型，之后利用矩阵法求解扭转振动^[9]；陈文卿建立了集总参数模型结合，利用传递矩阵法计算往复压缩机轴系的扭转振动，具备借鉴意义^[10]；郑建荣在建立集总参数模型的基础上，提出了了同时考虑主轴颈和曲柄销扭转、曲柄臂弯曲的曲轴扭振分析模型，解决了曲轴固有频频了的计算方法^[11]；李新宇建立了集总参数模型，对内燃机进行分析，具有指导意义^[12]。

Ivo Senjanovi#263;建立了集总参数模型，第一阶固有频率由瑞利公式计算，力响应由瑞利-里兹法计算（瑞利公式也是经典力学方法中的一种）^[13]；B. Uspensky . K. Avramo应用Kauderer-Rosenberg非线性正态模态(NNMs)理论^[14]；Lech Murawski 在原有的模型上进行改进建模，并用有限元法进行计算解决船舶轴系扭转振动问题，具有指导意义^[15]；Shangguan对振动矩阵方程进行了分析，具有借鉴意义^[16]。

对于编程方面，姚建盛和程丽玲提出了利用Python进行科学计算所使用的库，具有借鉴意义^{[17] [18]}；耿颖提出了利用Python开发GUI软件的思路和步骤，具有指导意义^[19]。