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%。

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。

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。

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。

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。

加氢站压缩机发展现状与展望

氢作为一种清洁能源载体,在实现“双碳”战略目标中将发挥重要作用。氢气可以通过生物能、太阳能和风能等可再生能源产生,并利用燃料电池或氢发动机将其直接转化为电能,不产生任何污染。虽然氢能和燃料电池技术在多个领域取得突破,但作为氢能基础设施的加氢站,目前仍存在产业化不足、商业模式欠缺等问题,成为氢能在交通领域大规模应用的重要瓶颈之一。压缩机作为加氢站的核心动设备,其发展水平直接影响加氢站商业化进程。围绕加氢站应用,剖析了隔膜压缩机、液驱活塞压缩机、离子液体压缩机和往复活塞压缩机等典型加氢站压缩机的主要特点、发展现状,针对存在的主要问题与挑战,分析了加氢站压缩机技术发展趋势,给出了行业发展建议。

氨气压缩机轴封泄漏的检查及处理

针对合成氨装置氨气压缩机在运行中出现轴封漏气氨的重大隐患,对机组轴封泄漏原因进行排查,发现软密封与动环有一小段未接触,通过更换软密封、软密封座、纤维密封盘,使问题得到解决。

超高压隔膜压缩机随动阀工作特性研究

随动阀是保证隔膜式压缩机安全稳定运行的核心部件。基于计算流体力学分析了250MPa隔膜压缩机用超高压随动阀的流场、压力场分布规律,并研究了随动阀内液压油的流动特性以及流量特性。结果表明,随动阀内膜片中心及靠近排油入口附近的液压油压力梯度大,易使膜片产生受力不均。超高压随动阀具备快开流量特性,其压力-流量曲线呈非线性,排油压力升高,流量增加越多。考虑液压油的可压缩性,流过随动阀的出口流量会比不考虑可压缩性减少。

70MPa加氢站用隔膜压缩机二级缸盖热应力分析

高压氢气压缩机是加氢站核心装置之一,其结构可靠性是保障加氢站安全的关键。基于70 MPa加氢站用隔膜压缩机的二级缸盖建立热力耦合模型,利用有限元分析温度对缸盖应力的影响。模拟结果表明缸盖最大应力所在位置在排气通道;自然冷却时最大应力比不考虑热应力时提高了104.3%,平均应力提高了86.7%,可见热应力影响显著;若对缸盖进行强制冷却,相应的最大应力可降低14.2%,而平均应力增加了23.3%,但依然在许用应力范围内。因此对缸盖进行强制冷却可以成为缓解热应力影响的方案之一。

空分装置氮产品压缩机跳车原因分析及对策

空分装置氮产品压缩机在正常运行过程中异常跳车。从机组运行参数、轴承系统静电腐蚀、转子轴向力等方面进行了分析,最终认为,汽轮机侧联轴器膜片安装错误,导致转子轴向力额外增大,造成推力轴承瓦块承载力大幅增大,最终轴瓦巴氏合金损坏,机组联锁跳车。

离心压缩机隔板腐蚀原因探究及解决措施

针对费托合成工艺生产过程中出现的离心压缩机隔板腐蚀问题,在离心压缩机工作原理和结构组成的基础上,结合费托合成工艺流程,进行了原因分析,发现造成隔板腐蚀的原因有介质组分的影响、介质前期预处理不充分、压缩机超负荷运行等,并针对性地提出了关注工艺介质组分与指标参数、增加前期预处理工序、在隔板表面增加防腐蚀层或硬化涂镀层、减少压缩机超负荷运行情况等改进措施。

超高压隔膜压缩机热力工作过程与动力性能研究

氢气具有极佳的碳减排功效,目前应用快速范围不断扩大,需求量快速上升。而氢气储存与运输问题较大,通常需要高压加氢站的大容量供给,其中超高压氢气压缩机为核心技术与难点,通常采用隔膜压缩机进行设计开发。针对应用于加氢站的超高压隔膜压缩机进行热力学与动力学研究,分析其运行性能与稳定性在不同进气压力情况下的变化。结果表明:输气量随吸气压力的上升而快速上升,而功耗上升速度较慢;排气温度随吸气压力变化,有4~5℃的升高;活塞力变化强烈,且有反向力作用,适合有对置配置平衡活塞力。

国产大型隔膜压缩机在制氢站的应用

氢气充装隔膜压缩机的大型化和国产化是实现制氢站更大充装能力的关键。国产大型GD-800/17-220型隔膜式压缩机经过近3年的应用,发生故障46起,分析表明:膜片破裂故障率为97.83%,膜片连续运行时长是表征隔膜压缩机运行性能的重要指标。通过对设备进行改造、规范操作方法、加强巡检管理,设备的稳定性大幅提高,膜片最长寿命提升至4 390 h,相对于2020年9月1 346 h提高了226.15%,且超过半年未发生膜片破裂。

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。