往复式压缩机是石油化工行业关键的动力设备。曲轴作为往复式压缩机的关键核心部件,在机组运转过程中承受着随时间进行周期性变化的交变载荷。正是这种交变载荷的作用,使得曲轴产生弯曲、扭转以及弯扭组合等各种振动。曲轴高速旋转产生的振动是引发压缩机机组共振的重要因素,轴系动力学特性不仅影响着曲轴的使用寿命,而且直接关系到机组的安全性和稳定性,对压缩机其他零部件的寿命和性能也将产生很大的负面影响,尤其对连杆瓦、主轴瓦以及气阀等零部件的影响最为明显。随着化工流程的不断扩大,往复式压缩机向大型多列方向发展,曲轴列数的增加,轴系扭转固有频率减小,轴系共振现象频繁发生,轴系动力学问题已成为往复式压缩机向多列、高转速方向发展的技术瓶颈,大型往复式压缩机轴系动力学分析与研究已受到广大科技工作者的高度重视。本文针对6M50型往复式压缩机运转过程中以及后续产品改进过程中出现的断轴、烧连杆瓦问题,对大型往复式压缩机轴系动力学进行分析与研究。利用德国博尔齐格(BORSIG)公司BX系列压缩机专用KOL热-动力分析平台,获得连杆传递到曲柄销上的切向力、法向力、谐波载荷以及电动机转子承受的扭转力矩等外部激励载荷。采用有限单元法对大型往复式压缩机曲轴进行静力学分析,并分别对曲轴进行了静强度和疲劳强度校核。提出了在往复式压缩机轴系中施加活塞、连杆、十字头以及驱动电机转子等惯性质量的基本方法,建立考虑各种惯性质量的轴系动力学分析模型。采用有限单元法对轴系进行模态分析,并对模态分析结果进行对比研究,以确定轴系可能出现扭转共振的阶次及对应的转速。提出了谐频载荷的基本概念,将曲轴各次谐波载荷划分成谐频载荷和稳态载荷,简化了轴系谐响应的分析过程。在轴系模态分析基础上,施加谐频载荷对轴系进行谐响应分析,施加时间历程载荷对轴系进行瞬态响应分析,利用谐响应分析结果判别各谐次载荷对轴系共振的影响效果；利用轴系瞬态响应分析结果分别对轴系进行静强度和疲劳强度校核,结合曲轴静力学分析结果对轴系进行附加应力分析；最后,利用本文提出来的轴系动力学分析方法对存在问题的轴系进行了结构改进和试验研究。对往复式压缩机轴系动力学特性进行研究的结果发现：原设计轴系断轴是静强度问题,加粗后轴系断轴与烧连杆瓦是轴系扭转共振所致；在大型往复式压缩机轴系各种弯曲、扭转以及弯扭组合等多种振动模态中,只有扭转可能出现共振现象,轴系的各种弯曲、横向共振在轴系动力学分析中不需要考虑；大型往复式压缩机轴系动力学主要考虑—阶扭转共振固有频率,二阶及以上扭转模态可忽略不计；轴系节点振幅和应力出现“拍”是曲轴载荷与惯性载荷共同作用的结果；减小压缩机行程可以改善轴系扭转动力学特性；改进的6M50型往复式压缩机样机运转试验结果与理论分析吻合,进一步验证了该分析方法的可行性。本文提出的分析方法能够完成大型往复式压缩机轴系静力学分析、模态分析、谐响应分析以及瞬态响应分析。在各种往复式压缩机轴系振动与强度校核中,首先进行曲轴静力学分析,当静力学分析满足强度要求后,才有必要进行轴系动力学分析。按API618轴系共振判断准则,根据轴系模态分析结果确定轴系的共振状态,如果轴系转速脱离共振区,静力学分析结果就能满足设计要求；如果轴系转速处于共振区,需要对轴系进行动态响应分析。该研究成果的应用,不仅可以对现有往复式压缩机轴系进行结构优化、故障诊断及分析处理,还可以为新型多列往复式压缩机的开发与研制提供动力学理论分析依据。