压缩机高压缸体失效分析与设计改进

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中图分类号： TH452 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.06.010Analysis and Improved Dsign on Failure of High-pressur eCylinder Block in High Pressure CompresorZHAO Jiang-ping 。MA Li-fa(1.Zhongshan torch vocational and technical college，Zhongshan 528436，China；2.SINOPEC MaoMing Branch，Maoming 525000，China)Abstrast： High-pressure cylinder occurred Cracks，the Cracks start at the bouom of valve chambers transition section.From fi。

nite element stress calculation，the bottom thickness of valve chamber in the hish-pressure broken cylinder is not enough，and thepassage section of valve chamber is also not enough，so the design of valve chamber is improved，after improvement，Cracks tohish-pressure cylinder have not occurred anymore。

Key words： pressure compressor；high-pressure cylinder；broken failure analysis；finite element stress calculation1 压缩机高压缸体失效现象高压乙烯压缩机用于乙烯气升压，压缩机分六段压缩，使乙烯气从 0.14MPa升高至28.8MPa。

机组投人使用后，运行8个月时6段气缸出现裂缝。气缸外表面裂纹由内而外穿透气缸。

2 高压气缸强度的有限元分析2.1 模型的建立高压气缸除承受气体脉动引起的交变载荷外，尚有温差引起的热变形、压缩机振动和其它初始机械力引起的应力，以及缸套和气缸相互影响等，因此必须对模型进行合理的简化。

2.1.1 模型的简化收稿日期： 2012-04-25 修稿 日期： 2013-o4-25基金项目： 学院工程性应用项目(2010Y22)由于气缸阀腔底部是应力危险区域，所以有限元强度分析的重点应在此处。气缸冷却水、润滑油通道离裂纹位置较远，忽略其对裂缝位置应力的影响；气缸体的结构形状沿中心面对称，故取对称的-半为几何简化模型，如图 1所示。

图 1 简化后的模型2013年第 41卷第 6期 流 体 机 械 47与气缸体相互作用件有缸套、轴侧和盖侧填料箱、阀座、阀盖连接螺栓，阀腔通道堵头、中体法兰以及气缸的支撑。对力学模型进行如下简化：(1)主要部件对缸体的作用力，等效为接触面的均匀分布力。

(3)压缩机在进排气过程中，气流压力脉动为 5%；流经气阀压力损失为 5%。6段排气压力为28.8MPa，气缸内最高压力 Pd31.75MPa；最低压力 P 9.77MPa。

(4)6段气缸进排气温差为51℃，且有冷却水路，故不考虑热应力影响。

2.1.2 边界条件的确定与载荷的施加确定边界条件时，简化掉气缸支撑，只考虑缸座对气缸的作用力看作气缸-端面的固定约束，其它端面视为自由端面。

(1)工况 1气缸轴侧为压缩排气，盖侧为进气。气缸的轴侧与曲轴箱法兰固定，选择图2中A面为固定支撑面；B面为气缸对称中心面；C面为气缸盖与气缸的接触面，设定为弹性支撑面；压力的加载：图2中 D区域为高压 31.75MPa，E区域为低压9.77MPa。

载：F图2 工况 1下的气缸体受力模型连接部件的约束解除及其等效加载受力面加螺栓预紧力的计算：Fn F乃 F F弭 8×(5Tl/Dz)10.3 X 10 (N)F F 4×(5r5/D5)4 X(5 X 40/0.019)0.42 X 10 (N)F丌F 6×(5 /D7)6×(5×400/0.019) 6.32 X 10 (N)F四4×(57"9/99)8 X(5 X 330/0.024)5.5×10 (N)式中 Fn-F弭--气阀盖预紧力，含8个螺栓，每个 螺 栓 力 矩 T1 850N·m，螺栓螺纹直径 D 33ramF F撕--排气阀压阀罩预紧力，含4个螺栓，每个螺栓力矩 T140N·m，螺栓螺纹直径 D 19ramF丌、F孺--进气阀压阀罩预紧力，含 6个螺栓，每 个螺 栓力 矩 T1400N·m，螺栓螺纹直径19ramF --轴侧填料函预紧力，含4个螺栓，每个螺栓力矩 T。330N·m，螺栓螺纹直径 D 24mm[ 。

图2中F 作用面为高压气阀盖与缸体的法兰联接面，气缸所受的力为螺栓拉力。等效为阀盖所受气体力与压阀罩预紧力的和。

l(Pd-Po)FT5，l - - - - - 4.30×10 (N)式中 4。--高压阀腔出口面积P0--环境大气压同理：F24.09 X 10 N、F34.83 X 10 N、 4.83 X10 N、 、 、 面为气阀的预紧面， 面为填料盒预紧面，等效为预紧力与压差作用力的合力： 0.21×10 N、F62.9×10 N 、F7 0.238×10 N、F8 l3.16×10 N、F9O.45×10 N、Fl0 2.75 X10 N 、FI12.O0 X10 N。

(2)工况2气缸轴侧为进气，盖端为排气。其受力情况如下：约束加载同上；压力的加载，图3中 D区域为高压 28.81IPa，E区域为低压 10.28MPa；同理受力加载：Fl4.09 X 10 N；F24.3×10 N；F3 4.83 X 10 N ；F52.9 X 105N， 10 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.6，2013生强烈的冲击同时也会导致严重的泄漏。

6 结论(1)本文基于 BH5000R系统对往复式压缩机气阀的各类故障进行了真实模拟，同现实生产情况极为贴近。实验所提取到的故障特征十分明显，数据的分辨效果很好；(2)往复压缩机气阀类故障主要体现在气阀的振动、温度两部分的数据上，实验数据证明了该种故障诊断方法的可行性和实用性；(3)往复压缩机气阀阀片轻微变形和泄漏在气阀温度数据上会有比较明显的体现但在缸体振动上特征不明显；(4)往复压缩机气阀弹簧失效故障特征主要体现在缸体振动冲击上，特别是在开车初期吸气阀会发生颤振在振动波形上出现多次冲击，但在排气阀上弹簧失效故障特征不明显，只能作为故障的判断提供初级的振动依据；(5)往复压缩机气阀阀片断裂故障特征在气阀温度和缸体振动波形上都会有比较明显的体现，但由于此时故障-般已经达到晚期阶段，如果不能及时对故障进行排除-旦碎片掉人缸道可能会导致活塞损坏或拉缸等严重问题。