往复压缩机无级气量调节气阀运动规律与卸荷器优化设计研究

摘要

往复压缩机是实现气体压缩或输送的重要设备，具有压力范围广、效率高的优点，广泛应用于工业、国防和生活的方方面面。但往复压缩机本身过高的能耗和恒定的排气量也造成了资源的巨大浪费。在全球节能减排的大背景下，科研技术人员开发出了不同的气量调节方法。其中，部分行程项开进气阀气量调节方式是目前为止应用较广、效果最佳的气量调节方法。执行机构作为气量调节系统的“手臂”，其结构的可靠性与动作的参数的设定直接影响着气量调节系统的可靠性及运行效果。
　　为深入研究执行机构的结构与动作特性，本文从以下方面开展工作:
　　(1)建立试验台压缩机进气阀数学模型及物理模型，仿真得到了阀片运动规律，为后续执行机构动作特性分析奠定了基础;研究了顶开进气阀理论，并利用数学模型得到气量调节不同负荷工况下阀片的运动位移。
　　(2)以原有气量调节系统执行机构为研究对象，本章完成了卸荷器压叉结构、阀座结构、顶杆的结构设计及改进，并分析了易损部件的强度及疲劳寿命。仿真结果表明，改进后的结构满足气量调节系统的使用要求。
　　(3)分别建立基于网状阀钢阀片和PEEK阀片的改进后的执行机构物理模型，通过改变卸荷器动作参数，分析出不同参数对阀片及卸荷器运动的影响，通过参数选择最终得到了较为理想的卸荷器及阀片的运动，一定程度上优化了执行机构的动作特性。
　　(4)通过气量调节实验台，完成了执行机构的阀片位移实验、高压气密性实验、卸荷器负重实验、冲击振动及长周期实验，验证了仿真结果。部分研究成果应用于某公司机组的无级气量调节系统，系统经过两年多的稳定运行，效果及可靠性得到了验证。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 本课题研究背景与意义

1．2 往复压缩机气量调节方法概述

1．3 无级气量调节执行机构的研究现状

1．4 课题主要研究内容

第二章 气阀动力学分析及顶开进气阀气量调节理论研究

2．1 自动阀阀片运动规律分析

2．1．1 网状进气阀结构

2．1．2 自动阀阀片运动数学模型

2．1．3 自动阀仿真物理模型

2．1．4 阀片运动规律仿真结果

2．2 顶开进气阀理论研究

2．2．1 理论排气量数学模型

2．2．2 顶开进气阀阀片运动方程

2．3 气量调节下阀片运动规律

2．4 本章小结

第三章 执行机构及配合部件的设计改进及可靠性研究

3．1 执行机构总体结构概述

3．2 压叉结构的设计

3．3 顶杆结构改进与可靠性分析

3．3．1 顶杆强度分析

3．4．2 顶杆疲劳寿命预测

3．4 复位弹簧可靠性分析

3．4．1 强度分析

3．5．2 疲劳寿命分析

3．5 本章小结

第四章 气阀动力仿真及执行机构动作特性优化

4．1 改进模型后的气阀动力学仿真

4．2 供油压力的对阀片的影响

4．3 卸荷器不同顶出相位对阀片的影响

4．3．1 顶出相位对钢阀片的影响

4．3．2 顶出相位对PEEK阀片的影响

4．4 复位弹簧刚度对卸荷器动作的影响

4．5 侧倾工况对执行机构动作的影响

4．5．1 仿真模型与参数

4．5．2 结果与分析

4．6 本章小结

第五章 基于无级气量调节系统执行机构的实验与应用

5．1 试验台介绍

5．2 阀片运动位移实验

5．2．1 实验设备及过程

5．2．2 结果与分析

5．3 执行机构高压气密性实验

5．3．1 实验设备及过程

5．3．2 实验结果及分析

5．4 卸荷器负重响应实验

5．4．1 实验设备及过程

5．4．2 结果及分析

5．5 执行机构可靠性试验

5．6 工程应用设计及验证

5．6．1 背景

5．6．2 基于机组的压叉选型

5．6．3 顶杆强度校核

5．6．4 阀盖结构的设计校核

5．6．5 成果应用效果

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间研究成果

作者与导师简介