压缩机专刊特约主编寄语

压缩机是用于提升流体压力、产生输送动力的通用装备,压缩机及系统是融合机械、热力学、流体力学、自动控制等多学科技术的复杂机电一体化装备,是工业生产和日常生活中不可或缺的重要装置,广泛应用于石油化工、建筑、国防、航空航天等诸多领域。我国压缩机行业经多年发展,已逐步形成完整的设计制造与运行维护技术体系,自主创新能力得到较大的提升。近年来,我国压缩机行业的高端设计与制造能力显著增强:千万吨炼油、百万吨乙烯、西气东输、大型煤化工等领域的高参数往复压缩机、离心压缩机国产化均取得突破;石化领域大型迷宫式压缩机、氢能领域的隔膜压缩机与液驱压缩机、航空航天领域的微型特殊压缩机、轨道交通中的无油压缩机等一大批压缩机产品均可实现自主可控;全部的制冷压缩机均实现了国内生产。我国能够自主设计制造的压缩机已涵盖近20种结构形式、30多种压缩气体介质、约500多种不同规格。

多级压缩机气阀寿命评估与极限含水量预测

针对目前油田天然气回注具有介质含水多、压力高且变化范围宽等特点,多级往复式压缩机容易产生水击破坏,如何预测极限含水量以有效防止水击是亟需解决的关键问题。采用计算流体力学方法,数值模拟并分析了多级压缩机注入湿气条件下各级气阀阀片的动力学特性,得到了不同天然气含水量的气阀阀片载荷分布。进一步结合nCode计算疲劳,预测了多级压缩机气阀服役寿命与极限含水量。JGC-4型压缩机模拟计算结果表明:随着进气含水量增大,压缩机排气压力提高,气缸内不断析出水滴,致使水击产生,且对高压级影响更为显著,压缩机整机进气含水体积分数上限为0.43%。研究结果可为多级往复式压缩机的应用提供技术支撑。

天然气处理厂压缩机振动状态研究

通过对天然气处理厂压缩机振动状态的研究,强调保持压缩机的转动频率与基础固有频率比值在非共振区间之外的重要性。对于转速超过300 r/min的大型往复式压缩机,控制基础顶面的最大振动速度在6.3 mm/s以下至关重要。监测数据显示,当压缩机转速达到850 r/min时,各监测点的振动速度均超出规范允许值。由于传统的加固方法如扩大基础面积等现场操作的复杂性和对生产运营的影响,提出将6台压缩机的基础联合为整体的改进方案,简化了施工流程,减少对地下设施的影响,且能有效降低振动幅度,确保其在安全范围内。

离心式压缩机组的布置研究

压缩机是工艺生产装置的心脏,特别是离心式压缩机,在化工物料的输送中占据核心位置,而大型离心式压缩机组由于其机型较大,辅机较多,对装置的整体布局影响较大。主通过结合使用工况,综合论述离心压缩机组的布置及配管,在满足工艺要求的前提下,经济合理的布置好离心压缩机组。

径向间隙与转速对滚动转子压缩机油膜密封角的影响

针对计算滚动转子压缩机内径向间隙泄漏时,将油膜长度视为恒定值而导致误差较大的问题,同时深入探讨油膜长度对压缩机性能的影响,基于实际微型滚动转子压缩机参数,采用VOF多相流模型模拟了压缩腔内制冷剂R290和润滑油PAG32的混合流动过程,重点揭示了油膜在径向间隙通道中动态变化的特性,研究分析了不同径向间隙和转速对油膜密封角的具体影响。结果表明,径向间隙从35μm减小至10μm时,油膜的最大密封角从14°增加至42°,较小的径向间隙有利于形成更大的油膜密封角,并且油膜能够保持较长时间,显著减少了气体泄漏量;转速从2000 r/min提升至4000 r/min时,油膜的最大密封角从31°增加至43°,较高的转速有助于压缩机在排气阶段形成更大的油膜密封角,但转子壁面速度的增加,显著加剧了由壁面剪切力引起的径向泄漏,导致总泄漏质量流量增大。研究结果可为滚动转子压缩机的设计开发提供参考。

一种异步式压缩机涡旋盘的变形和疲劳强度分析

涡旋压缩机工作时,因涡旋盘工作环境及受力较为复杂,其容易产生变形和应力,导致密封性变差和疲劳破坏,影响到涡旋压缩机的工作效率及可靠性。针对这一问题,基于有限元理论,对一种微小型异步式涡旋压缩机进行了数值模拟研究(在多种载荷作用下),分析了其实际工况下的变形应力和疲劳寿命分布规律。首先,分析了异步吸排气涡旋压缩机的构造原理,划分了该涡旋盘的结构化网格,并赋予其材料、连接、约束和载荷等要素,由此建立了该涡旋盘的有限元计算模型;然后,分析了该涡旋盘在气体温度载荷、气体压力载荷、惯性力载荷及多载荷耦合作用下的变形和应力分布规律,并进行了模拟结果的可靠性分析;最后,计算了该涡旋盘在常温常压工况下的疲劳寿命,并研究了其在变载荷工况下的疲劳寿命变化。研究结果表明:温度载荷是引起涡旋盘变形和应力的主要因素;高吸气温度下,涡旋盘疲劳寿命随吸气温度和吸气压力的升高而线性减小,且前者的影响更加明显;低吸气温度下,涡旋盘疲劳寿命在较高的吸气压力下出现迅速下降的趋势。

两级液环压缩机内流场及外特性

采用数值模拟与试验相结合的方法,以2SY-6两级液环压缩机为研究对象,对多级液环压缩机在不同工况、不同叶轮宽度比下内流场及性能进行对比分析,结果表明:二级叶轮叶片载荷小于一级叶轮,其排气口区域锯齿形气液交界面较一级叶轮更为光滑.一级叶轮吸气口区域回流强度相对于二级叶轮吸气口区域更强,一级叶轮吸气口区域湍动能明显大于二级叶轮.等外径设计的二级叶轮进出口压缩比远小于一级叶轮,二级叶轮的做功能力小于一级叶轮.由于一级叶轮的进出口压缩比较大且均位于效率极值点的右侧,一级叶轮效率随泵的压缩比增大而逐渐下降,而二级叶轮压缩比范围包含极值点,所以其效率先增后减.液环压缩机随着二级叶轮宽度的增大,其吸气能力越强,各个工况下的流量均逐渐增大.低压缩比工况下的效率随k值减小逐渐增大,高压缩比工况下的效率随k值减小先增后减.随首次级叶轮宽度比k值的减小,二级叶轮的压缩比曲线逐渐向上平移,而一级叶轮的压缩比曲线逐渐向下平移.随泵出口压力的增大,首次级叶轮压缩比的比值曲线下降趋于平缓,k值为2.2时两级叶轮压缩比的比值趋于1.1.

双螺杆压缩机工作性能测试实验平台搭建及教学应用

为提升“过程流体机械”实验教学的高阶性、创新性、挑战度,设计开发了双螺杆压缩机工作性能测试实验平台。该平台可实现工作性能测试、示功(p-V)图绘制等常规实验,并支持开展变工况调节特性分析以及啮合副型面优化设计验证等研究性实验。平台硬件部分根据啮合副型面特征设计了传感器布置方案;软件部分基于LabVIEW软件完成在变载工况下绘制p-V图、计算指示功率及分析效率等数据处理功能。该平台应用于实验教学可为培养学生的工程实践创新能力提供保障。

基于功率流有限元法的涡旋压缩机振动特性研究

针对涡旋压缩机内部振动传递路径复杂,采用传统的传递函数法往往不能真实地描述振动产生与传递的本质问题,引入功率流有限元法从能量角度分析振动传递特性,进行涡旋压缩机内部振动产生、传递与空间分布的可视化研究。在分析涡旋压缩机的动力拓扑关系基础上建立激励源,提取与振动响应模型并进行仿真分析;利用实体试验和响应分析结果对比进行模型有效性分析;在验证后的模型上定义8个能量输出面,分析谐波与激励作用下上支撑和下支撑的振动能量传递特性,并且计算节点的功率流矢量确定振源的空间分布。结果表明,涡旋压缩机曲轴在运转到280°时,振动频率在1 000 Hz与1 890 Hz时振动能量传递率较高,上支撑能量分布均匀并集于自身,下支撑能量集中于支脚并向外传递。研究方法和研究成果对于涡旋压缩机振动分布及传递、振动控制和优化设计等方面具有一定借鉴意义。

直线压缩机及关键技术研究进展

介绍了小型低温制冷机用直线压缩机的结构和动力学理论,结合国内外近20年来的文献和报道,总结了国内外主要研究单位的直线压缩机研究进展。对影响直线压缩机的关键因素如磁路设计、支撑结构、间隙密封技术进行了总结,最后指出当前小型低温制冷机用直线压缩机的未来研究趋势。

往复压缩机连杆裂纹故障动力学仿真及振动响应分析

以往复压缩机连杆裂纹故障为研究对象,利用ADAMS和ANSYS软件建立往复压缩机刚柔耦合仿真模型,以连杆大小头间隙接触力为主要激励源,在此基础上添加连杆裂纹故障,通过仿真计算得到连杆裂纹激励的振动响应信号。考虑裂纹深度和输入转速等影响因素,进行变工况仿真,并通过仿真结果对比分析了连杆裂纹激励在机体表面的振动响应规律。结果表明,当往复压缩机发生连杆裂纹故障时,其振动信号的幅值会显著增大,并且裂纹深度越大、输入转速越高,振动信号的冲击和幅值就越大。仿真结果有助于对往复压缩机连杆裂纹故障的定性和定量分析。

基于数字孪生技术的往复式空气压缩机效率预测方法研究

通过建立往复式空气压缩机数字孪生体模型,实现压缩机效率预测和参数寻优的方法,具有灵活、成本低、通用性好的优势.但是在多变量条件下,传统的基于BP神经网络孪生模型训练时间长、工作量大,寻优过程易陷入局部最优解,不易实现全局最优.针对传统孪生体模型存在的问题,提出了基于CIWOA-BPNN算法的孪生体模型构建方法,通过主成分分析法确定孪生体模型关键指标,在BPNN模型基础之上引入改进的鲸鱼优化算法.研究表明,基于CIWOA-BPNN算法的孪生体模型有效避免了BPNN模型陷入局部最优解.用CIWOA-BPNN算法预测压缩机效率相对误差小于0.6%,决定系数为0.99775,与传统模型相比大幅提升了预测精度.

背压扰动平衡盘对涡旋压缩机黏性内流压力影响研究

在变转速工况下,电动涡旋压缩机背压腔中润滑油产生的背压力无法准确平衡轴向气体力。针对这一问题,提出了一种带有扰动片的背压扰动平衡盘,研究了背压扰动平衡盘对涡旋压缩机黏性内流压力的影响。首先,对背压扰动平衡盘作用原理进行了分析,使用贝塞尔曲线构建了扰动片型线,对润滑油被扰动后的静压增量进行了公式推导,计算了扰动片出口安装角和扰动片数对润滑油静压的影响;然后,建立了含背压扰动平衡盘的背压腔模型,将流体域分为旋转域和静止域,采用旋转坐标系的方法进行了数值模拟,研究了背压腔内润滑油的压力场;最后,根据理论计算,模拟了润滑油在不同出口安装角和扰动片数下的润滑油静压,对润滑油静压与压缩机所需最佳背压进行了对比分析。研究结果表明:采用背压扰动平衡盘可以使润滑油静压增加21%,且静压增量随主轴转速的增加而增大,适当增大扰动片出口安装角可使润滑油静压增加0.032 MPa;对比最佳背压可知,扰动前润滑油静压与最佳背压相差26%,而合理设计扰动片后的润滑油静压与最佳背压相差仅为9%,极大改善了电动涡旋压缩机在变转速下的轴向平衡。

深水FPSO上部模块二氧化碳压缩机侧装工艺

本文以一种深水FPSO上部模块的超大型二氧化碳压缩机的侧装施工为例,介绍了该大型设备采用履带吊吊装和坦克车侧向滑移进行安装就位的工艺,具有设备安装高效、平稳、安全性优良的特点,为后期大型设备的安装就位提供了有益的参考。

基于GMPE和GWO-MKELM算法的往复压缩机轴承故障诊断

针对往复压缩机内部结构复杂,轴承间隙故障特征提取困难和识别准确率不高等问题,提出了多尺度排列熵和多核极限学习机混合算法的智能诊断新方法。首先,针对多尺度排列熵在多尺度过程中,利用均值粗粒化的方式在一定程度上“中和”了原始信号的动力学突变行为,降低了熵值分析的准确性,提出了一种广义多尺度排列熵算法;然后,为解决核极限学习机处理复杂数据样本分类存在的局限性,将高斯核函数、多项式核函数和感知器核函数进行线性叠加,构建混合核函数,提出了多核极限学习机模型。仿真实验结果表明,该故障诊断方法识别准确率高达98%,高效地实现了轴承不同种类故障的智能诊断。

适用过程模拟的等熵多级压缩机模块开发

基于国产化工过程模拟软件,开发了针对具有多流股中间级进出料的等熵多级压缩机单元模块。首先建立了多级串联等熵压缩和中间换热的数学模型以及求解步骤,然后利用面向对象的C++语言和COM组件技术开发了等熵多级压缩机模块,最后采用轻烃压缩、催化裂化装置的富气压缩等工段的实际数据校验模块计算准确性。结果表明,压缩机功率与冷凝器热负荷平均相对偏差分别为0.80%和0.39%,压缩机出口物流组成平均相对偏差分别为0.77%和0.73%,压缩机出口物流流量与密度平均相对偏差分别为0.15%和0.46%。实际案例验证表明,模拟结果与工业实际值吻合良好,说明等熵多级压缩机模块稳定可靠,对化工流程中气体压缩过程的模拟计算具有重要的指导作用。

海洋平台燃驱天然气压缩机系统控制方案设计

本文阐述了海洋平台燃驱式天然气压缩机系统控制方案设计总体思路,包括压缩机选型、燃驱发动机选型、电气仪表控制系统硬件配置以及系统控制逻辑设计,为燃驱式压缩机控制逻辑方案的设计提供了参考。

基于CBAM-CNN的涡旋压缩机故障诊断

针对涡旋压缩机振动信号不平稳和噪声情况下故障振动信号弱、需要人为提取故障特征以及准确率有待进一步提高的问题,提出基于多尺度注意力机制(convolutional block attention mechanism,简称CBAM)-卷积神经网络(convolutional neural network,简称CNN)涡旋压缩机故障诊断方法。首先,通过多个不同尺度的卷积核对振动信号转化为灰度图的故障特征进行全面提取,并引入注意力机制,通过调整权重值的方式提取重要的故障特征;其次,利用降维卷积模块、深度可分离卷积模块和残差模块提取更高维度的深层次故障特征,提升网络计算效率;最后,设置舍弃率为0.5的Dropout层防止过拟合,提升了网络的鲁棒性、抗干扰能力和泛化能力。实验结果证明,该方法在无噪声和添加不同信噪比噪声的情况下,均能有效地对涡旋压缩机故障进行分类,具有更高的识别准确性和更快的收敛能力。

嵌入式冰箱压缩机仓散热优化研究

针对嵌入式冰箱压缩机仓散热效果不佳的问题,采用数值模拟与试验结合的方法对其散热进行研究。模拟了嵌入式冰箱压缩机仓的散热过程,结果显示冰箱背部气流未经过充分散热再次进入到压缩机仓形成短路气流,且由于橱柜的影响进入压缩机仓内的总气流相较于自由状态下减少了51.78%;针对散热效果差的原因提出了3种不同适用场景的优化方案,并对各方案在通风量、能耗、制冷性能方面进行对比研究。结果表明,3种优化方案均能改善散热效果,但各有优劣,优化方案的总风量比原嵌入方案分别提高了3.9%,75.3%,55.3%;在32℃和16℃的环境温度下,3种优化方案的能耗相较于原嵌入方案分别降低了6.50%和3.90%,23.03%和25.07%,17.70%和17.50%。研究结果为不同适用场景下的嵌入式冰箱压缩机仓散热优化提供了解决思路和参考。

变工况隔膜压缩机曲轴动力学仿真分析

隔膜压缩机通过活塞运动挤压膜片达到压缩气体的作用,而这一过程中产生的排油压力会导致各传动部件受到复杂的交变载荷,而像曲轴等重要部件上则会产生较大的应力应变,这些复杂的作用力会引发曲轴等部件的强烈振动。针对这一问题,采用理论分析与ADAMS刚柔耦合仿真方法,对一台排气压力为45MPa隔膜压缩机的往复运动机构进行分析,结果表明:在额定工况下,曲柄销径向最大受力约为70282.4N,切向最大受力约为72593.2N,曲轴上最大应力值为141.36MPa,最大变形量为0.108mm;而对不同工况的分析结果显示,排气压力升高、曲轴转速变大都会导致曲轴上的应力增大。其中,转速变大对应力值的影响较小,而排气压力升高则对应力值的影响较大。