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。

基于多目标粒子群算法的隔膜压缩机膜腔曲线优化

膜腔曲线直接影响着隔膜压缩机排气量与膜片可靠性,原始膜腔曲线不能较好满足今后加氢站隔膜压缩机高压力、大流量工况需求。针对此问题,依据隔膜压缩机工作原理,采用多目标粒子群算法对膜腔曲线进行面积与弧长的双目标优化计算,得到了一种新曲线。同时,结合压缩机工程实际对膜腔曲线进行了改进,并对改进后的膜腔曲线与原始曲线进行容积计算与有限元应力对比。研究结果表明:在给定新曲线内参数m=0.95、n=2.5且膜腔半径与膜片厚度不变的情况下,新曲线膜腔下膜片气侧最大径向应力较原始曲线降低了13.89%,膜腔容积较原始曲线增加13.72%。

超高压隔膜压缩机工作过程瞬态仿真及膜片应力分析

为提高超高压隔膜压缩机膜片寿命,结合压缩机热力过程、固支圆板变形以及曲柄连杆运动等基本方程,建立了隔膜压缩机气体-膜片-液压油耦合瞬态仿真模型,并基于仿真瞬态油压和气压,采用数值模拟方法,研究了排气压力达到200 MPa级和45 MPa时膜片的应力分布,分析了膜腔型线对膜片应力与寿命的影响。研究结果表明:膜片变形减小,其沿厚度方向的应力梯度随之降低;当排气压力达200 MPa级时,即使膜片接近水平位置,仍然处于受压状态,压应力达100 MPa,且膜片紧贴膜腔壁面时的最大径向应力低于基于自由变形理论的计算结果;当膜腔型线、膜片半径与厚度不变时,排气压力200 MPa级工况下的膜片径向应力相比45 MPa工况减小97 MPa;超高压下油压和气压对膜片挤压产生的压应力不可忽略,且排气压力越高,压应力越大;超高压下膜片气侧边缘位置应力幅最大,可通过增大型线挠度降低边缘径向应力及应力幅,提高膜片寿命。研究结果可为超高压隔膜压缩机膜腔型线设计提供参考。

基于挠度指数的隔膜压缩机膜腔的结构优化

为了解决隔膜压缩机中膜片经常破裂的问题,以某FB型隔膜压缩机为原型,对膜片组运行机理进行研究,探索膜腔挠度指数变化时对膜片运行情况的影响。基于薄板大挠度理论计算得出膜片上下表面所受应力最大的位置,通过改变膜腔挠度指数,得出膜片所受应力最小的膜腔型线。运用有限元分析软件进行模拟仿真,结果验证了膜片上表面的中心处和膜片下表面的边缘处最易破坏,同时得出膜腔型线的挠度指数在2.9时,可使膜片的上下表面所受应力最小且应力强度几乎相等,优化后的膜片所受径向应力相比优化前下降了14%左右,延长了膜片的使用寿命。

基于ANSYS Workbench的超高压隔膜压缩机缸盖可靠性分析

缸盖是保证超高压隔膜式压缩机安全稳定运行的核心部件。根据压缩机的工作条件,对超高压隔膜压缩机缸盖进行受力分析,建立有限元模型,并利用有限元分析软件ANSYS Workbench对缸盖进行应力分析,获得了缸盖在最恶劣工况下的受力情况,分析了应力对缸盖结构安全可靠性的影响机制,对其强度进行校核。结果表明:缸盖平均Mises应力174.49 MPa,屈服安全系数高于1.9,缸盖强度满足设计要求。

隔膜压缩机液压驱动系统结构设计及活塞优化

隔膜压缩机因良好的密封性能而被广泛用于加氢站,但其以膜片往复压缩气体的特点使它不适合加氢站频繁启停的工况。基于隔膜压缩机的工作原理,提出一种以液压油直接驱动活塞压缩气体的新结构,并对液压系统进行设计,以适应加氢站频繁启停工况;为提高液驱系统性能,对液驱系统中活塞进行力学仿真与优化。结果表明:与传统隔膜压缩机的同种机型对比,液压驱动隔膜压缩机占地面积为原机型的四分之一,解决了传统机型因频繁启停造成隔膜片寿命降低的问题。该结构设计为解决加氢站隔膜压缩机技术问题提供了理论价值。

基于温度场的隔膜压缩机气缸的结构优化

为了解决排气温度过高使隔膜压缩机抗氢脆性能降低从而导致寿命降低的问题,提出了一种新型冷却管道的隔膜压缩机结构。以降低隔膜压缩机气缸温度为目标,在高温、高压的工况下,对改进后的气缸结构进行流体力学分析研究,得到温度场云图。仿真结果表明:优化后的隔膜压缩机气缸结构在同样工况下的温度明显降低,可知压缩机气缸的氢脆问题得到缓解,该结构有效提高了隔膜压缩机的使用寿命。

基于KPCA的核电厂隔膜压缩机缸盖螺栓松动故障诊断研究

针对核电厂隔膜压缩机容易发生缸盖螺栓松动的问题,通过分析螺栓松动的影响因素,搭建了隔膜压缩机缸盖螺栓松动故障诊断试验系统,掌握了螺栓松动前、后缸盖所有螺栓轴向力的差异变化、分布特征和影响规律,基于KPCA算法和故障重构贡献率构建了一种螺栓松动故障识别与定位方法。不同松动状态螺栓的训练与测试结果表明,轴向力是识别螺栓松动状态的关键特征,该方法依据缸盖螺栓轴向力载荷实时数据和变化规律,可以快速识别螺栓松动的故障行为,准确判断松动螺栓的故障位置,当轴向力衰减系数为5%和10%时,最低识别准确率分别为96%和98%。研究结果为隔膜压缩机螺栓早期松动预警和在线实时检测提供了新的方法,对确保核电厂隔膜压缩机安全稳定运行具有重要意义。

新型膜头环绕式冷却隔膜压缩机特性实验研究

为促进氢燃料电池的发展,设计了一种新型膜头环绕式冷却隔膜压缩机,在隔膜压缩机上膜头内部设置多个贯穿式的第一冷却流道,其与进气管和排气管在平面内相互垂直布置,进气管和排气管位于第一冷却流道之间,其中第一冷却流道包括多个冷却管路,冷却管路之间呈“米”字型排布;在下膜头靠近油腔侧的端部设置第二冷却流道,其冷却管路布置与第一冷却管路类似,从而使得隔膜压缩机膜头内部可以得到充分冷却。通过搭建的新型膜头环绕式冷却隔膜压缩机实验台,对其性能进行测试,分析了压比、进气温度对其性能的影响以及环绕式冷却管路的冷却效果随冷却介质温度的变化规律。测试结果表明:隔膜压缩机的等熵效率和容积效率会随压比的增大而降低,等熵效率和容积效率最高可达65%和64%;在压比一定的工况下,排气温度随进气温度的增大而升高,且在进气温度相近的情况下,压比越大排气温度越高;环绕式冷却管路的冷却效果在压比大的工况下更显著,最高可降低184.5℃。

加氢站隔膜式氢气压缩机膜片破裂原因分析及发展建议

氢能是一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,推动氢能在交通运输领域的发展,对于构建清洁、可持续发展的交通能源体系具有重要意义。作为重要的氢能基础供应设施,加氢站建设正处于加速期。隔膜式压缩机是加氢站内核心设备,随着运行周期增长,已接连发生多起膜片破裂事件。该文对加氢站常用氢气压缩机进行了对比分析,重点围绕某加氢站隔膜式氢气压缩机膜片破裂事件分析了产生原因,给出了加氢站升级措施,最后针对当前加氢站安全稳定运行和高质量发展面临的关键共性问题提出了相关发展建议。

某石化装置氢气隔膜压缩机异响处理及原因分析

某石化装置氢气隔膜压缩机A于2023年3月9日启机运行期间,出现“咚、咚、咚”异常声响,相比正常运行声音大了很多,运行20 min声响仍未消失,遂安排停机检修。本文针对氢压机异响情况进行分析,从飞轮及键装配松紧度、连杆大头瓦螺栓装配松紧度、补油泵柱塞杆、补油泵进出口单向阀、膜头底部止逆阀、膜头顶部溢流阀、轴承、曲轴、连杆等组件是否损伤等因素,按照由浅入深、由简入难的顺序逐步排查,给出了故障排查方法和需要采取的措施,可为同类设备提供排查思路及解决办法,具有较强的指导意义。

氢气隔膜压缩机缸头分析

缸头组件是隔膜压缩机的最重要部件之一。它的寿命一定程度上直接关系到隔膜压缩机的整机寿命。采用分析设计方法,通过有限元法对氢气隔膜压缩机的缸头组件进行仿真分析,获得缸盖、缸体、配油盘的应力场分布,缸盖-配油盘、配油盘-缸体的密封面张口间隙、接触应力等结果,并以应力分布为基础进行疲劳分析。结果表明:该缸头组件静强度、密封性能、抗疲劳性能均满足设计要求,分析设计方法可为进一步开发更高压力等级的隔膜压缩机的工程应用方法。

隔膜压缩机二指数母线膜腔型面设计及实验验证

针对广泛使用的单指数母线膜腔型面进行了优化计算,分析了该型面的特点和不足,同时以增大膜腔容积、降低膜片应力为目标,提出了二指数母线膜腔型面。该二指数母线膜腔型面下的膜片径向应力峰值在膜片半径的中间及边缘处,这样可以避开与膜片中心区域附加应力叠加,使得膜片中心区域油侧和气侧面上的径向应力相同且均处于一个较低的水平。对比研究结果表明:在相同膜腔半径、相同膜片材料及膜片内应力均达到许用应力条件下,二指数母线膜腔容积相比单指数增大6.6%;在相同膜腔半径、相同膜腔容积及相同膜片材料情况下,二指数母线膜腔下膜片最大径向应力相比单指数降低10.0%,膜片中心区域最大径向应力降低11.8%。

隔膜式压缩机双函数构造膜腔曲面

膜腔曲面形状是隔膜式压缩机的关键,它直接影响压缩机的排气量和膜片使用寿命。多年来,国内外一直沿用一种单指数方程曲面。这种曲面,不但工作容积小,还使膜片的工作应力很不均匀,其外缘应力幅大,膜片的寿命很低,一般不超过1000小时。本文根据压缩机的工作过程,应用对称圆薄板大挠度理论,计算分析了膜腔曲面形状对膜片应力状态和工作容积的影响规律,提出了一种新的膜腔曲面的构造方法,即用双函数组合构造膜腔曲面。经计算表明,新曲面不但使膜片工作应力均匀,外缘应力幅小,同时还增大了膜腔曲面约6.6％,故新构造的曲面对提高隔膜式压缩机的可靠性和经济性具有重要的实用意义。

隔膜压缩机金属膜片受力变形的分析

隔膜压缩机虽然在国内已经运用了好多年,但是关于隔膜压缩机膜片的力学分析和膜腔曲面的设计的理论知识还需进一步深入研究。根据隔膜压缩机的工作过程,运用弹性力学的知识对隔膜压缩机膜片受力变形的情况作一详细的理论分析,得出了膜片挠度与作用力的关系,并运用ABAQUS有限元分析软件对其进行了分析,通过分析对比,得出了隔膜压缩机膜片应力的分布情况,这为生产制造隔膜压缩机提供了一定的理论依据。

基于ABAQUS的隔膜压缩机膜片有限元分析

隔膜压缩机膜片是隔膜压缩机中最易损坏的部件。运用有限元分析软件ABAQUS对隔膜压缩机膜片的受力进行分析,研究阀孔处的应力状态,并根据隔膜压缩机膜片应力的分布情况,提出了相关预防膜片破裂的措施,对于隔膜压缩机膜片应力分析具有理论和现实意义。

一种基于弹性膜片的脉管制冷机

本文将介绍一种基于弹性膜片的斯特林脉管制冷机。该系统采用传统的油润滑活塞式压缩机作为驱动,用一种弹性膜片阻止润滑油进入制冷机,同时保证压缩机产生的压力波顺利传入制冷机。该系统在脉管制冷机入口和双向进气阀之间安装有另一弹性膜片,切断了脉管制冷机内引发直流的回路,彻底消除了直流流动。该制冷机系统在25 Hz,2.1 MPa压力下获得了29.8 K的最低制冷温度。

加氢站用隔膜压缩机和液驱活塞式压缩机的性能和应用分析

氢气压缩机是加氢站的核心设备之一,承担着为氢气增压的重要作用。而液驱活塞式压缩机和隔膜压缩机是目前最常用的两种容积式往复压缩机。基于两者的工作原理、结构特点等,分析两种压缩机的性能特点和优缺点,以便更合理地在加氢站中选择适合的压缩机类型以及开展氢气压缩机技术与装备的国产化。

隔膜压缩机三指数母线膜腔轮廓优化设计

隔膜压缩机的膜腔轮廓决定了压缩机的流量和膜片的应力分布。膜片破裂实例表明膜片径向应力过大是膜片破裂的主要原因,因此利用薄板大挠度理论对膜腔轮廓进行优化设计时,应以径向应力不超过许用应力为设计原则。对如今广泛使用的单指数母线膜腔轮廓进行了优化计算,并分析了该轮廓的特点和不足,在此基础上提出了三指数母线膜腔轮廓及其优化算法。两种轮廓的优化计算结果表明,在相同膜腔半径、相同膜片材料及膜片内应力均达到许用应力条件下,三指数母线膜腔容积相比单指数增大10.1%;在相同膜腔半径、相同膜腔容积及相同膜片材料情况下,三指数母线下的膜片最大径向应力相比单指数降低13.5%,膜片中心区域最大径向应力降低18.3%。

CO_2压缩机隔板松动机械故障的分析诊断

运用故障分析理论成功地诊断了CO2 压缩机高压缸出现的隔板松动机械故障。