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2009年第2期总214期■设计研究收稿日期:2008-12-10文章编号:100622971(2009)022*******ANSYS 在多列往复压缩机轴系扭振分析中的应用许增金1,2,王世杰1,杨树华2,肖忠会2,张恩民3(11沈阳工业大学机械工程学院,辽宁沈阳110178;21沈阳鼓风机集团有限公司研究开发部,辽宁沈阳110142;31沈阳鼓风机集团有限公司工艺部,辽宁沈阳110142)摘 要:随着石油化工流程规模的不断扩大,往复压缩机向超大型多列方向发展。
压缩机列数的增加,导致轴系扭转固有频率降低,轴系出现扭转振动的可能性变大;经验表明,研制6列以上大型往复压缩机,必须进行轴系扭振分析。
有限元技术的发展,为压缩机轴系的动力分析提供了新的解决方案。
以6M50型往复压缩机为分析对象,利用ANSYS 软件对轴系进行了静力分析、模态分析和动态响应分析。
结果表明,该分析技术可以全面系统地分析轴系各项动力特性,可以直观准确地获得轴系不同部位、不同时刻的应力分布,为大型往复压缩机轴系设计提供可靠的理论依据。
关键词:往复压缩机;有限元分析;曲轴扭转振动;ANSYS 软件中图分类号:TH457 文献标识码:A Crankshaft Torsi ona l V i bra ti on Ana lysis of M ulti 2cramRec i proca ti n g Com pressor w ith ANS Y SXU Zeng 2jin1,2,WANG Shi 2jie 1,Y ANG Shu 2hua 2,X I A O Zhong 2hui 2,ZHANG En 2m in3(11School of M echanical Engineering,Shenyang U niversity of Technology,Shenyang 110178;21R&D D epart m ent of Shenyang B lo w erW orks Group Co .,L td .,Shenyang 110142;31Technologist D epart m ent of Shenyang B lo w erW orks Group Co .,L td .,Shenyang 110142)Abstract :W ith the enlarge ment of scale of petr o 2che m istry,there is a gr owing trend that reci p r ocating comp res 2s or devel op s t owards large scale and multi 2crank .The natural frequency of crankshaft t orsi on decreases with the increasing a mount of crank of comp ress or,which als o extend the possibility of t orsi onal vibrati on .General experi 2ence shows that it is necessary t o analyze the crankshaft t orsi onal vibrati on f or 6M reci p r ocating comp ress or .Some ne w methods are utilized f or the dynam ics analysis of crankshaft in comp ress or with the devel opment of FE M.By virtue of ANSYS,6M50reci p r ocating comp ress or is discussed with the res pect of static,mode and dy 2na m ic analysis .The results reveal that such analysis technol ogy is capable of full 2scale analyzing vari ous dyna m 2ic characteristic of crankshaft and obtaining direct and p recise stress distributi on in different ti m e and areas,which p r ovide efficient theoretical support t o the comp ress or design .Key words :reci pr ocating co mp ress or ;finite ele ment analysis ;crankshaft t orsi onal vibrati on;ANSYS s oft w are1 引言往复压缩机广泛应用于石化行业,其可靠性影响整个生产线的正常运转。
压缩机管道法兰泄漏的有限元分析邓晶;张建军;肖强;李鹏;曾柏森;徐宜桂【摘要】往复压缩机管道法兰泄漏分析,是压缩机管道分析中的一个挑战性问题.使用ANSYS有限元程序进行管道法兰泄漏分析的一般过程,包括使用法兰螺栓预紧力单元和法兰面接触单元,并研究了法兰螺栓预紧力大小对法兰泄漏和法兰应力的影响,为进行压缩机管道法兰泄漏分析提供了技术参考.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】4页(P9-12)【关键词】往复压缩机管道;法兰泄漏;有限元【作者】邓晶;张建军;肖强;李鹏;曾柏森;徐宜桂【作者单位】中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司,四川成都610100;中国石油长庆油田分公司第三采气厂作业二区,内蒙古乌审旗 017300;中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司,四川成都 610100;中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司,四川成都 610100;中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司,四川成都 610100;加拿大中加压缩机撬及管道工程公司,卡尔加里加拿大【正文语种】中文【中图分类】TH4571 引言在往复压缩机管道系统中，往往施加较为严格的管道支撑，从而把管道的最低固有频率提高到高于2.4倍的压缩机转速。
这种做法可以控制管道的振动在可接受的水平范围内，但有时会导致管道法兰的变形，并在高的管道热膨胀载荷作用下使法兰发生泄漏。
这就需要发展一个有效的法兰泄漏分析方法，预测管道系统在满足振动水平的要求下，不会发生法兰泄漏。
传统的管道法兰泄漏分析方法包括等效压力计算法、等效力矩计算法以及ASME B&PVC VIII DIV 1方法。
等效压力计算法是将管道作用在法兰上的力和力矩转换成等效压力，并与法兰许用压力进行比较，从而确定法兰是否发生泄漏。
这种方法应用过程简单，但分析结果有时过分保守。
等效力矩计算法是根据ASME B&PVC 第III节，NC-3658.3，计算作用在法兰上的最大允许力矩，然后将管道作用在法兰上的计算力矩与允许值进行比较，从而预测法兰是否会发生泄漏。
往复式压缩机气缸多轴应变疲劳【摘 要】考依据。
【关键词】一、前言参考。
）分析模型。
该模型含有1/4气缸体、气阀、压阀罩、阀孔盖板及压紧螺栓，由三维实体有限单元表示，单元网格边长小至0.2mm（见图3），圆角半径值严格按照气缸几何模型中的值进行模拟（在FEA模型中还使用了另一增大的圆角半径值来研究其影响）。
节点（平均）应力和单元（非平均）应力之差小于5%验证了有限元细化网格的有效性。
图2 1/4气缸有限元分析模型图3 气缸阀腔底部圆角局部应力集中区域的有限元网格细化2.载荷和边界条件FEA分析模型上的载荷包括了气阀两侧的气体通道压力，工作压力和气阀盖板压紧螺栓的预紧力（预紧应力和相应的螺栓有效拉伸面积相乘）。
在边界条件设置上，对有限元模型中3个相互垂直的边界面分别用对称平面约束条件，并同时选取固定节点以防止模型在3个坐标方向上的刚性移动。
3.材料特性气缸材料为双线性类型并服从V on Mises屈服准则。
4.有限元应力分析结果通过对阀腔底部圆角半径(r)和盖板压紧螺栓预紧力（F pre）的不同值进行组合可以建立不同的有限元分析模型，一般分为两步进行运算。
其中，第一步是计算气缸在盖板压紧螺栓预紧力作用下的应力，以及每个压紧螺栓的拉伸位移量。
第二步是使用压紧螺栓的拉伸位移量作为约束载荷，并考虑气阀两侧气体压力（高/低和高/高）的工况载荷，计算气缸应力分布，特别是在阀腔底部圆角区域的局部集中应力分布。
图4~图7 显示了在阀腔底部圆角半径r为0.381mm，螺栓预紧载荷为310.2 MPa时的气缸应力和变形计算结果。
图4 气缸的VonMises应力分布图5 气缸发生的变形图6 气缸在气阀两侧气体合力（高/低）作用下产生的V onMi s e应力分布图7 气缸在气阀两侧气体合力（高/低）作用下发生的变形三、多轴应变疲劳分析疲劳失效是机械部件承受交变循环载荷时主要失效形式之一，通常使用应力－寿命法或应变－寿命法进行分析。
往复式冰箱压缩机吸气阀片模态参数测量及分析尹亦阳;冯涛;王晶;邱辰;刘娜;胡宏梁;张力【摘要】以某型号往复式冰箱压缩机吸气阀片为研究对象,构建了模态实验系统,以声作为激励源,使用激光测振仪测量吸气阀片上各点的振动,完成了吸气阀片实验模态的测量,应用有限元软件分析计算了吸气阀片的理论模态,实验测量结果与计算结果基本一致.本文解决了轻薄结构吸气阀片模态参数的测量难题,可为压缩机吸气阀片机械动态特性设计提供实验依据.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2011(033)021【总页数】5页(P16-19,39)【关键词】压缩机;吸气阀片;声激励;激光拾振;实验模态;理论模态【作者】尹亦阳;冯涛;王晶;邱辰;刘娜;胡宏梁;张力【作者单位】北京工商大学材料与机械工程学院,北京100048;北京工商大学材料与机械工程学院,北京100048;北京工商大学材料与机械工程学院,北京100048;北京工商大学材料与机械工程学院,北京100048;北京工商大学材料与机械工程学院,北京100048;北京工商大学材料与机械工程学院,北京100048;北京工商大学材料与机械工程学院,北京100048【正文语种】中文【中图分类】TP2230 引言压缩机是冰箱的主要噪声源，阀片是安装在压缩机气缸上控制气体进出的部件，它交替开启与关闭阀座气体通道，控制着压缩机的吸气、压缩、排气和膨胀四个过程。
吸气阀片是压缩机的重要组成部件，也是易损件，直接影响压缩机的性能。
如果设计不当，会增大吸气阀片疲劳断裂的可能，并增大其辐射噪声。
因此，对压缩机吸气阀片进行实验及理论模态分析，掌握其振动特性，对提高压缩机工作性能和可靠性、降低压缩机辐射噪声具有重要意义。
往复式冰箱压缩机吸气阀片属于轻薄弹性体，常规的模态实验方法对其并不适用，其振动激励方式及振动量的测量方法均需重新考虑，以减少测量方法对待测对象振动特性的影响。
对于轻薄弹性体的实验测量，李雷[1]等人采用了声激励方式对薄铝板的模态参数进行了识别，得到了与传统激励方法基本一致的固有频率和振型。
基于ANSYS的压缩机滑片有限元分析王怀民;成飞鹰【摘要】滑片滚子式压缩机中,滑片受力复杂,传统的理论力学分析方式过于繁琐.文中建立了滑片滚子式压缩机滑片的有限元分析模型,利用有限元分析软件ANSYS 计算得到在不同泵体结构下滑片的最大应力应变量,为压缩机的设计改进提供了必要的理论依据.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2011(000)010【总页数】3页(P73-75)【关键词】滑片滚子式压缩机;滑片;有限元分析【作者】王怀民;成飞鹰【作者单位】合肥凌达压缩机有限公司,合肥230088;合肥凌达压缩机有限公司,合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TB6521 引言L 公司是研发生产滑片滚子式空调压缩机的专业公司，在压缩机研发过程中，技术人员发现B 系列的压缩机泵体在扁平化结构下其COP（Coefficience of Performance）会得到很大的提升，因此计划对现行B 系列压缩机的泵体结构进行优化，在气缸高度不变的条件下，将气缸内径由φ48mm 优化为φ42mm，同时为提高泵体的容积效率［1］，将滑片厚度由4mm 优化为3.2mm（气缸滑片滚子装配如图1 所示），为验证这种改进方案在工质R410A下的可行性，需要对滑片进行应力应变的分析与计算，为压缩机改进方案提供必要的理论依据。
图1 气缸滑片滚子装配图2 滑片运动原理滑片工作时运动原理［1］如图2 所示，直线CD 表示滑片。
当压缩机工作时，滚子中心O1 绕气缸中心O 旋转，其运动轨迹是一个圆，圆的半径OO1 即为曲轴的偏心距e，滑片端部D 点与O1 的距离O1D 始终等于滚子的半径r，因此，D 点的往复运动就相当于以e 为曲轴半径，r 为连杆长度的曲轴连杆运动。
规定滑片被滚子完全推出气缸之外时，其端部D 点位移为零，此时对应的转角θ 为零，D 点向气缸内运动的位移为正，则任意角度θ 时，D 点的位移x 为：图2 滑片运动原理图式中，ρ 为OD 的长度，当θ=210°时，压缩机开始排气，即此时泵体压缩腔压力达到最大值（排气压力）。
压缩机4M16曲轴动平衡仿真分析文/王孝磊朱峰赵大帅某公司因为使用需要，接到任务要求开发一款转速n=1470r/mim，最大活塞力P=160kN,4M 型基础件。
这对高转速、4M型的曲轴提出更高的精度要求。
相关人员分析研究后拟利用SolidWorks进行曲轴动平衡仿真，使曲轴达到国际标准ISO1940规定的平衡精度，并选取曲轴精度等级G6.3，依据动平衡原理（要求惯性力和惯性力矩都达到平衡），设计出基于SolidWorks的4M16曲轴动平衡仿真分析报告，并具体提出几种分析方法，以供参考施行研究。
方法一：Simulation有限元分析法a)夹具：在曲轴两轴承端设置固定铰链，如图1所示。
b) 外部载荷：在旋转轴上添加旋转速度n=1470r/min，方向顺时针（从电机端往曲轴方向看去）如图2所示。
c) 网格化：对曲轴进行网格化，如图3所示。
d)运行并显示结果：如图4所示。
图中显示两端轴承受力情况，得出的合力即为旋转不平衡力F1=221.09N。
方法二：Motion运动分析法a)新建运动算例，将曲轴两端设好的点分别与机身旋转轴（Z轴）重合。
b)设置旋转马达，转速n=1470r/min，方向顺时针，如图5所示。
c)添加重力：将Y轴正向设为重力方向（因为研究水平轴X方向受力，可以不设置重力），如图6所示。
d)点击计算按钮，输出两端支反力作用曲线图，如图7所示。
e)将左右两侧支反力进行矢量叠加，获得的曲线图如图8所示。
这是一条类正余弦曲线，其极值F2=221N（在水平方向0°和180°）。
方法三：传统计算法a)原理：具有一定转速的转子，由于材料组织不均性、零件外形误差、装配误差以及结构形状局部不对称性（如键槽）等原因，使通过转子重心的主惯性轴与旋转轴线不重合，因而旋转时，转子产生不平衡离心力，其值如下式所示:式中：m为转子的重量（kg）；ω为转子角速度（rad/s）；n为转子速度（r/min）；e为转子重心对旋转轴线的偏移，即偏心距（mm）。
往复压缩机缓冲罐静动态应力有限元计算和疲劳强度评估刘静;吴比;李天鹏;肖强;何朝升;徐宜贵【摘要】往复压缩机缓冲罐疲劳强度分析是API 618标准中要求的分析内容,在API 618标准第四版中简称为M8分析.该分析要求计算缓冲罐及内件在脉动导致的不平衡力和压力引起的静态力作用下的交变应力,并按规范要求进行疲劳强度评估.鉴于在目前国内压缩机成撬设计过程中,对该项分析的应用还不太普遍,拟以某压缩机组的缓冲罐静、动态应力计算和疲劳强度评估为例,说明该分析方法的主要内容和过程,为国内压缩机组成撬设计实施该项分析提供一个技术参考.%Calculation of dyanmic and static stresses on pulsation suppressors and internals in reciprocating compressor packages is an analysis required by API 618 standard, and is referred as M8 analysis in API 6184th Edition. This analysis requires calculating the alternating stress under the action of pulsation-induced shaking forces and pressure-induced static forces of pulsation suppressors and internals, and then conducting fatigue strength assessment according to specifications. Considering that this analysis is not wide-ly implemented in domestic compressor package design, this paper proposes an example of such analysis to demonstrate the M8 anal-ysis procedure, which can be served as a technical reference for this analysis.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】4页(P23-26)【关键词】往复压缩机;缓冲罐;疲劳分析【作者】刘静;吴比;李天鹏;肖强;何朝升;徐宜贵【作者单位】中国石油集团济柴动力总厂成都压缩机厂,四川成都 610100;中国石油集团济柴动力总厂成都压缩机厂,四川成都 610100;中国石油长庆油田分公司第三采气厂,内蒙古乌审旗 017300;中国石油集团济柴动力总厂成都压缩机厂,四川成都 610100;中国石油集团济柴动力总厂成都压缩机厂,四川成都 610100;加拿大中加压缩机撬及管道工程公司,卡尔加里加拿大【正文语种】中文【中图分类】TH4571 引言API 618规范第四版中M8分析，是计算缓冲罐及内件在压力脉动导致的不平衡力和压力引起的静态力作用下的交变应力，并按规范要求进行疲劳强度评估。
1500kN大型往复压缩机连杆有限元分析马瑞红;刘守信;王刚;牟宪城【摘要】Connecting rod is one of the key parts for reciprocating compressor, which endures instantaneous change of load. Whether meeting the requirements of strength and stiffness, it will restrict the compressor operating safely and reliably. Finite element analysis software ANSYS is applied in the development of 1500kN large type compressor units to analyze the force of connecting rod under different conditions and to carry out strength check, which will be the foundation for further development and research.%连杆是往复压缩机关键零部件之一，承受着瞬间变化的负载，能否满足强度、刚度等要求，制约着压缩机能否安全可靠运行。
将有限元分析软件ANSYS应用于1500kN大型压缩机组开发过程中，分析了连杆在不同工况下的受力情况并进行了强度校核，为进一步开发和研究奠定基础。
【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】5页(P22-26)【关键词】连杆;强度;刚度;有限元分析【作者】马瑞红;刘守信;王刚;牟宪城【作者单位】沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869;沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869;沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳110869;沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869【正文语种】中文【中图分类】TH4571500 kN大型往复压缩机由机身、曲轴、连杆、十字头、接筒、气缸、活塞等部件组成，其结构尺寸庞大、几何形状复杂，在工作过程中，承受非稳态交变气体力、活塞力、惯性力等。
大型压缩机振动及噪音分析概述【摘要】压缩机是石化行业必不可少的关键设备之一，随着现代设计技术水平的不断提高，压缩机的性能指标不断得到强化，研究如何降低压缩机的振动和噪声成了重要课题。
本文对大型压缩机的振动原因及振动类型做了论述，针对不同的压缩机振动的计算机分析方法做了论述。
【关键词】大型压缩机；振动；有限元分析；噪声分析引言压缩机是用于压缩气体提高气体压力的机械，压缩机的用途十分广泛，遍及了工业、农业、国防、化工等各个领域。
压缩机有很多种类，常用的有离心式压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机等。
随着技术的发展，对压缩机的性能要求越来越高，压缩机振动噪声问题越来越引起重视。
压缩机结构振动和噪声是直接影响机械性能和使用寿命的因素，研究其动力学特性、辐射声场规律并寻求一种低振动、低噪声的现代设计方法，对于提高压缩机的机械性能、降低噪声污染等都具有广阔的工程应用及市场前景，同时还具有重要的学术意义和社会意义。
1振动和噪声的产生机理压缩机的零部件都属于弹性零件，应用中采用多种方式连接在一起，形成内部传导力的机构。
通过各种途径传递，振动以波动的形式传递到气缸体、连接轴等组成的外部承载结构，引起外表面的振动，从而向周围辐射噪声。
压缩机振动的类型可以有很多种，现在就振动的原因做论述。
1.1压缩机喘振离心式压缩机向下游管网供气时，某种不利工况使流量明显减少，压缩机叶轮出现严重的旋转脱离，形成突变的失速。
这时叶轮虽然仍在旋转，但是已经不能再提高压力，压缩机出口压力大幅度下降。
由于管网缓冲容量大，管网压力不会马上降低，于是出现了管网压力反而高于压缩机出口压力的情况，管网中的气体向压缩机倒流，直到压缩机出口压力高于管网压力，倒流暂时停止。
管网压力回升之后压力又大于压缩机出口压力，压缩机的排气受到阻碍，流量下降，流动气体又产生倒流。
如此周期循环，压缩机出现的反常的不稳定运行工况成为压缩机的喘振。
喘振引起强烈的周期性气流噪声的同时，伴有机体的强烈振动，引起轴位移、轴温过高，轴承、密封、叶轮和转子受到损害，也会导致机组的寿命和效率大大降低。
驱动往复式压缩机用同步电动机起动计算历锐;乔丽娜【摘要】以用于驱动往复式压缩机的正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机为例,结合相应的边界条件,依据理论计算与有限元法相结合的方式对同步电动机的起动能力、起动时间、起动时阻尼绕组的温升等方面进行计算与仿真.并对计算结果进行分析,得出的结论完全附合电动机起动的需要,为更加准确的计算驱动往复式压缩机用同步电动机起动计算奠定了基础.【期刊名称】《防爆电机》【年(卷),期】2016(051)001【总页数】3页(P32-34)【关键词】往复式压缩机;同步电动机;起动计算;有限元法【作者】历锐;乔丽娜【作者单位】国家防爆电机工程技术研究中心,黑龙江佳木斯154002;国家防爆电机工程技术研究中心,黑龙江佳木斯154002【正文语种】中文【中图分类】TM341近年来，随着石化行业的迅猛发展，生产规模的不断扩大，大型往复式压缩机机组在石化设备中占有越来越重要的地位。
同步电动机在驱动往复式压缩机时，由于其负载力矩特性是不均匀或呈周期性变化的。
其谐波力矩在运行过程中持续存在，作用于同步电动机主轴上的脉动转矩将使动态稳定运行产生强制振荡，也就是引起同步电动机功率角相对于其平均值作周期性变化，从而使电动机的转矩和电流产生波动[1]。
为避免对压缩机组造成毁坏，避免在强制振荡中发生共振现象，整个机组一般选取较大飞轮力矩GD2，以限制同步电动机的谐波力矩和电流波动因素[2]。
由于压缩机组具有较大飞轮力矩GD2，对同步电动机的起动影响较大，因此必须进行详细的电机起动计算，确保产品的可靠性。
通过对电机型号：TZYW/TAW 6350-20/3250正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机的起动能力进行分析，并对压缩机起动过程阻力矩进行计算见表1，具体起动能力计算过程如下。
(1)电动机额定功率:6350kW(2)电动机额定转速:300r/min(3) 起动点阻力矩M1 ：157 854 N·M(4) T=9550×6350÷300=202141 N·M(5) 起动点阻力矩与电机额定转矩比值157854÷202141=0.781(6) 驱动端轴瓦内径D1=406.4mm (电机为单支撑结构，与压缩机共用驱动端轴承)(7) 非驱动端轴瓦内径D2=400mm(8) 驱动端轴瓦所受重力P1=13500kg(9) 非驱动端轴瓦所受重力P2=20000kg(10) 驱动端静摩擦力矩M2M2=0.5×kf×P1×D1×10-3=0.5×0.3×13500×406.4×10-3×9.8=8065 N·M(11)非驱动端静摩擦力矩M3M3=0.5×kf×P2×D2×10-3=0.5×0.3×20000×400×10-3×9.8=11760 N·M(12)总阻力矩MM=M1+M2+M3=157854+8065+11760=177679 N·M(13)起动转矩倍数Mqd=1.20(14)全电压时起动能力计算Mqd×T>MM 1.2×202141=242569>177679 N·M经核算全电压情况下电机起动能力合格。
Internal Combustion Engine &Parts0引言某公司净化合成厂燃料气压缩机机组采用德国进口的往复式压缩机，机组型号：1TZL3O0，是水平对称平衡结构。
曲轴箱与十字头段单独整体铸造，两部分中体整体铸造，主轴承有刚性支撑结构。
可更换的十字头衬套有刚性支持，并通过精确定位螺栓与曲轴箱连接。
气缸衬套球墨铸铁制造，气缸采取强制软化水冷却。
活塞采用铸钢制造。
活塞杆使用一个卡环通过液压涨紧螺栓与十字头相连。
环状气阀，PEEK 材质。
该机组轴功率1037kW ，转速368rpm ，入口压力3.37MPa ，出口压力5.74MPa 。
1事故情况2019年6月压缩机在使用时发现压缩机有异响，拆卸检查时发现轴侧活塞体损坏。
图1断裂的活塞图2活塞断裂部位示意图2失效原因分析一般情况下活塞体发生断裂失效，可能存在多种原因，诸如：设计结构不合理、设计选材不适当、制造质量不合格、热处理不合适、材料本身存在缺陷、安装过程中超级螺母紧固力矩不够、运行时偏离设计工况、介质临氢状况下导致活塞出现清脆开裂等。
下面就针对可能的原因进行分析。
2.1设计方面可能原因分析2.1.1结构不合理活塞体的结构尺寸是否设计合理。
根据活塞体的外形尺寸建立了三维模型，通过应力分析软件进行核算。
输入条件：螺母产生的紧固力为670kN （超级螺母提供的数据）活塞体表面侧盖输入压力58.4MPa ，轴侧表面侧盖输入进气压力33.5MPa ，由于有限元分析中表面网格划分密度有限，因此会发生在尖角位置显示失真，此区域在分析时不予以考虑，断裂位置应力值显示为110MPa 以上，而本材料屈服强度为265MPa ，因此此处应力值较大。
图3活塞受力仿真计算2.1.2设计考虑不全面此次发生的断裂，断裂面在过渡圆角底部，此区域易产生应力集中问题，过渡圆角的大小及光洁度对该处的应力集中程度影响很大。
2.1.3选材不合适原活塞体材料为S355J2，此部分内容还需要根据检———————————————————————作者简介:张永先（1983-），男，山西朔州人，工学学士，工程师，研究方向为过程装备与控制工程；杨叶（1983-），女，河北深州人，硕士，讲师，研究方向为机械制造及自动化。
学士学位论文离心压缩机初步设计方案及其校核计算申请人：指导教师：教授论文题目：离心压缩机初步设计方案及其校核计算学生姓名：指导教师：摘要离心压缩机被广泛用于石油、化工和冶金等领域，在整个工业生产中占据核心位置，是国民经济中的重大关键设备之一。
大型离心压缩机设计开发、生产制作难度大，技术含量高，是衡量一个国家的重大装备制造业发展水平的标志性设备之一。
离心压缩机的叶轮是压缩机中的核心部件，其运转的安全性对整个机组的安全可靠运行有着至关重要的影响，而叶轮是离心压缩机中唯一给气体做功的部件，叶轮的效率高低直接决定了整机的效率水平，也决定了离心压缩的经济性和适用性。
因此，离心压缩机叶轮的强度计算和流动性能计算越来越受到重视，两者均成为离心压缩机设计过程中不可或缺的重要环节。
本文的研究对象为大化肥用离心压缩机，主要进行了以下几方面工作：首先,根据给定的进出口参数和工质，采用效率法对压缩机进行设计，得出其主要结构及其设计参数，并逐级进行气动计算。
然后，对已设计投入生产的离心压缩机（非本文设计）的低压缸首级叶轮模型使用商业软件ANSYS进行强度校核和振动模态分析。
最后，对低压缸首级叶轮模型使用商业软件NUMECA进行流动性能分析。
关键词：离心压缩机；效率法设计；强度分析；振动模态；流动性能分析ITitle:Preliminary Design and Checking Calculation of Centrifugal Compressor name:Xiwen YinSupervisor: Prof. Lijun LiuABSTRACTCentrifugal compressor which is widely used in petroleum, chemical industry and metallurgy and other fields, is one of the large key equipment in the national economy as a core part in the whole industrial production. The design，research and production of large centrifugal compressor with high technical has much difficulties, and it is a major iconic equipment which measures the level of development of equipment manufacturing industry. The impeller is the core component of the compressor, the operation safety has a vital influence for whole machine. Besides, because it is the only components which do work to the gas, the efficiency of the impeller directly determines the efficiency of the level of whole machine, also determines the economy and applicability of the centrifugal compression. Therefore, strength calculation and flow performance calculation of the impeller in centrifugal compression is more and more important, and both become the indispensable important procedure in the process of centrifugal compressor design.The research object of this paper is the large chemical fertilizer centrifugal compressor, mainly in the following several aspects work: first of all, according to the given parameters of imports and exports and the parameters of working medium, using the efficiency method makes preliminary design for the compressor, obtaining the main structure and its design parameters, and the aerodynamic calculation step by step. And then making the intensity and the vibration modal analysis for the centrifugal compressor impeller (not designed in this paper) using the commercial software ANSYS. In the last part performance analysis of the first impeller of the low pressure cylinder has bend done using the commercial software NUMECA .KEY WORDS: Centrifugal compressor; Efficiency method; Static structural; Vibration modal analysis; Analysis of flow performanceII目录1 绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 大化肥离心压缩机的研究现状 (2)1.3 本文的主要工作 (2)2 离心压缩机的初步设计 (4)2.1 效率法设计概述 (4)2.1.1 气动设计方法概述 (4)2.1.2 气体流动基本方程 (4)2.1.3 气体的压缩过程和压缩功 (6)2.1.4 气体的参数在级中的变化 (7)2.1.5 设计任务概述 (8)2.2 低压缸设计 (8)2.2.1 设计任务说明 (8)2.2.2 方案设计 (8)2.2.3 逐级详细计算 (15)2.3 高压缸设计 (16)2.3.1 设计任务说明 (16)2.3.2 方案设计 (17)2.3.3 逐级详细计算 (24)2.4 设计结果综述 (25)2.5 本章小结 (26)3 离心叶轮强度校核 (27)3.1 强度校核的基本理论 (27)3.1.1 弹性力学控制方程 (27)3.1.2 弹性有限元方法 (29)3.1.3 模态分析基础 (31)3.2 有限元法简介及ANSYS软件简介 (32)3.2.1 有限元法简介 (32)3.2.2 ANSYS软件简介 (32)3.3 分析模型 (33)3.4 叶轮的静强度分析 (33)III3.5 叶轮的模态分析 (34)3.6 本章小结 (37)4 离心叶轮内部流动分析 (38)4.1数值计算的基本理论 (38)4.1.1流动控制方程 (38)4.1.2湍流模型 (39)4.1.3控制方程的离散 (40)4.1.4边界条件 (41)4.2网格生成 (41)4.2.1叶轮几何模型 (41)4.2.2网格生成 (42)4.3叶轮的内部流动分析 (43)4.3本章小结 (48)5 总结 (49)参考文献 (50)附录 (51)致谢 (98)IV1 绪论1.1课题研究背景及意义叶轮机械是以连续旋转的叶片为本体，通过流体工质与轴动力之间的相互作用，最终实现能量有效转换的旋转式机械的通称。
有限元法在机械设计中的应用有限元法（Finite Element Method，简称FEM）是一种通过将连续物体离散化为有限数量的单元，通过对每个单元进行数值计算，来模拟实际物体的力学行为的数值计算方法。
在机械设计中，有限元法可以广泛应用于各个方面，如结构强度分析、振动分析、热传导分析等。
下面将对有限元法在机械设计中的应用进行探讨。
有限元法在机械设计中的主要应用之一是结构强度分析。
在机械设计中，结构的强度是保证其正常运行和使用的关键性能指标。
有限元法可以将结构离散为大量的单元，并对每个单元进行力学计算，然后根据边界条件和加载情况，通过求解求解大量的线性方程组来得到结构在不同载荷作用下的应力分布情况，从而判断结构是否满足强度要求。
通过有限元法进行结构强度分析，可以大大提高设计的准确性和可靠性。
有限元法在机械设计中的另一个重要应用是振动分析。
在机械设计中，振动是一个重要的问题，很多机械结构在运行过程中会受到各种振动的影响。
有限元法可以模拟机械结构在不同激励下的振动行为，如自由振动、强迫振动等，并计算结构的振动模态、振幅等参数。
通过振动分析，可以判断机械结构的安全性和稳定性，发现和解决振动问题，提高机械结构的设计品质。
有限元法还可以用于机械设计中的热传导分析。
在机械设计中，热传导是一个重要的问题，例如冷却系统的设计、热敏元件的设计等。
有限元法可以模拟机械结构在不同温度梯度下的热传导行为，计算结构的温度分布、温度梯度等参数。
通过热传导分析，可以优化机械结构的冷却系统设计，提高机械结构的热传导效率。
除了上述应用之外，有限元法还可用于机械设计中的流体力学分析、疲劳分析等。
流体力学分析可以模拟流体在机械结构内的流动行为，通过计算流体的速度、压力等参数，来优化机械结构的流体动力性能。
疲劳分析可以模拟机械结构在长期循环加载下的疲劳寿命，通过计算应力、应变等参数，来预测机械结构的寿命并优化设计。
有限元法在机械设计中具有广泛的应用前景，可以用于结构强度分析、振动分析、热传导分析等各个方面。
有限元法及其在现代机械工程中的应用摘要：随着机械装备向精密化方向发展，对机械装备进行结构分析和强度的计算变得十分必要。
许多结构分析问题单靠传统的力学分析方法难以解决实际需求，而计算机技术的应用普及，使得有限元法在结构分析理论领域内被广泛采用。
有限元法是通过对连续介质进行离散化，并将对各种场问题转换为易于求解的线性方程求解问题的一种数值计算方法，已迅速成为解决航空、汽车、机械及土木工程等领域一系列工程问题的有效手段。
本文主要分析了有限元法及其在现代机械工程中的应用。
关键词：有限元法；机械工程；应用1有限元法的概述以及操作优势1.1有限元法的概述有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。
它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。
1.2有限元法的操作优势有限元法和其他常规力学解析法比起来，具备很多优势。
第一，能够解析外观极为复杂的、质地不均匀的各类现实工程构造。
第二，能够在运算过程中重现各类繁杂的材料本体构造关系、负载与条件。
第三，能够实现构造的动能解析运算。
第四，随着前处理与后处理技术的迅速发展，有限元法已能够对大量方案进行对比解析，并能在短时间内以图形的方式呈现出运算结果，据此对工程方案实行进一步优化。
2有限元法的操作步骤有限元法的操作步骤如下2.1物体分散化把需要解析的目标分散成有限的单元，单元数目依据实际需求及运算精确度而定。
通常情况下，单元分散得越细致，对其变形情况的描绘就越准确。
而越是接近其实际变形值，则运算量就越大。
2.2单元特征解析单元特性分析，首先进行位移模式选择。
有限元法通常采用位移法，因此应先选择合理的位移模式（位移函数）。
然后分析单元的力学性质。
根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义，找出单元节点力和节点位移的关系式，亦即导出单元刚度矩阵，这是分析中的关键一步。
