往复式压缩机气阀特性分析研究及结构优化设计

作     者：吕佳锌 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张秀珩

授予年度：2023年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：往复式压缩机 气阀 压力损失 有限元分析 优化 

摘      要：往复压缩机是一种广泛应用于工业生产中的大型容积设备,主要用于提高气体压力并输送高压气体。随着工业生产需要的不断扩大,往复压缩机向着超大型、超高压、智能化的方向发展。由于往复压缩机设备是一种复杂的机械设备,若经常发生故障对生产效率和生产的安全性都有巨大影响。大量生产实践发现,往复压缩机发生机械故障的因素主要集中在活塞环、气阀等部位,而其中气阀的故障占比最大。因此,研究气阀的运动规律,对延长压缩机使用寿命和工作效率都具有十分重要的作用。本文以“往复式压缩机气阀为研究对象,结合国内外压缩机气阀的发展现状及现存问题,对往复式压缩机气阀进行特性分析和阀座气道形状结构优化。具体内容如下:(1)分析气阀工作过程的基本原理,运用基础理论知识对气阀的基本性能要求进行分析计算,对流经气阀的气速进行计算,得出气阀气道气体流量的变化以及气阀阀片的运动曲线。(2)建立不同形状的阀口气道的三维模型,导入有限元分析中的流体动力学模块,对其进行稳态分析,得到不同形状下气道内气体的速度矢量以及气体压力,并设计出最佳的阀口形状。(3)根据气阀基本性能参数以及阀口形状的确定,阀座气道进行有限元流体分析,从分析结果的优劣性,改变气道的结构并对其进行优化。(4)根据对气阀阀片的瞬态分析,确定阀片厚度与升程的关系,依据分析结果对阀片厚度进行优化。仿真结果表明:经优化后的气阀阀隙容积增大,升程越高,增大了阀隙的通流截面,使的阀系马赫数降低,降低了气阀的压力损耗,增加了压缩机的工作效率。使压缩机的可靠性与工作效率得到提升,该研究为往复压缩机设计与研制提供可靠的参考依据。