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        往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸強(qiáng)度影響因素研究

        2018-10-19 09:11:24干杰
        西部論叢 2018年11期
        關(guān)鍵詞:影響因素

        摘 要:在壓縮機(jī)的工作過(guò)程中,關(guān)鍵的運(yùn)行部位便是曲軸和相關(guān)的結(jié)構(gòu)部分,通常該部件的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是呈定量且定期的,而且該部件在壓縮機(jī)工作時(shí),一直都在承擔(dān)較大負(fù)荷,各斷面突變處、潤(rùn)滑油通道、曲軸接觸面等位置,這些持續(xù)承擔(dān)工作壓力的部位都十分容易出現(xiàn)問(wèn)題,影響壓縮機(jī)整體的工作運(yùn)轉(zhuǎn),嚴(yán)重還會(huì)造成曲軸的損壞。而且由于壓縮機(jī)在持續(xù)工作的過(guò)程中,內(nèi)部的溫度等指標(biāo)不斷升高,對(duì)于曲軸的影響也越來(lái)越明顯,所以曲軸的關(guān)鍵就在于能否在這種環(huán)境依然能保持穩(wěn)定的工作?;诖?,文章通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)工作過(guò)程中,造成曲軸損壞的各方面原因進(jìn)行了論述。

        關(guān)鍵詞:往復(fù)式壓縮機(jī) 曲軸強(qiáng)度 影響因素

        1 往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)

        如下圖所示,該圖便是往復(fù)式壓縮機(jī)的切面圖,從內(nèi)部來(lái)看,占體積最大的為工作腔,還有壓縮機(jī)底部的機(jī)座以及周圍的各種輔助系統(tǒng),在實(shí)際工作中,主要由下面兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),其主要構(gòu)件有活塞、十字銷、連桿、軸瓦、曲軸、曲軸箱、進(jìn)排氣閥門及管道等。該壓縮機(jī)的工作流程為:吸氣管先將氣體吸入壓縮機(jī),通過(guò)簡(jiǎn)單的處理最后進(jìn)入內(nèi)部的氣缸中,這些氣體會(huì)壓縮活塞進(jìn)行運(yùn)動(dòng),完成一個(gè)周期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)后,氣體再由排氣系統(tǒng)進(jìn)行排氣。從壓縮機(jī)的整體構(gòu)造來(lái)看,整體質(zhì)量對(duì)于工作效率、排氣等都有較大影響。

        從工作原理來(lái)看,該壓縮機(jī)的內(nèi)部工作原理和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程其實(shí)非常簡(jiǎn)單,壓縮機(jī)接通電源后,電動(dòng)機(jī)先開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn),由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)部曲軸運(yùn)轉(zhuǎn),然后通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng),將能量傳遞給活塞部位,這就可以曲軸上的能量轉(zhuǎn)移到活塞上,使得活塞開(kāi)始工作,完成電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化,在這個(gè)過(guò)程中,能量損耗較少,曲軸每旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)就可以推動(dòng)活塞工作一次。

        在壓縮機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)中,曲軸是最為關(guān)鍵的結(jié)構(gòu),也是成本較為昂貴的部位,主要由兩方面原因,其一是因?yàn)榍S本身的結(jié)構(gòu)就十分復(fù)雜,而且也較為精密,持續(xù)工作是所承擔(dān)的負(fù)荷也較大,這一特點(diǎn)導(dǎo)致了曲軸制作較為繁瑣;其二是因?yàn)榍S在壓縮機(jī)內(nèi)部的多元化功能,是一個(gè)承上啟下的部件,構(gòu)造復(fù)雜,還要滿足轉(zhuǎn)化能量、輸送動(dòng)力等需求,所以曲軸是往復(fù)式壓縮機(jī)中最為重要的部件。

        我們從曲軸的構(gòu)成來(lái)看,主要分為三種,分別是整體式、組合式以及半組合式,從工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看,整體式的應(yīng)用最為廣泛,因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單、制作成本也相對(duì)較低、維修也最為簡(jiǎn)單等。

        2 往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸

        2.1 往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸尺寸

        曲軸的各個(gè)主要參數(shù)為:總長(zhǎng)度為2410mm,其中,第1列連桿軸頸長(zhǎng)度L2為88mm,第2列連桿軸頸長(zhǎng)度L3為143mm,主軸頸直徑D1為210mm,連桿軸頸直徑D2 為210mm,潤(rùn)滑油道D3為12mm,過(guò)渡圓角半徑R為10mm。

        2.2 往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸受力分析

        在壓縮機(jī)工作過(guò)程中,內(nèi)部曲軸各個(gè)位置的受力分析如圖所示,其中連桿力用FL 代表,側(cè)向力用FN 代表,活塞所受合力(由作用在活塞上的氣體力和往復(fù)慣性力以及摩擦力組成)用F 代表,連桿擺角用β 代表,曲軸轉(zhuǎn)角用α代表。

        3.評(píng)估方法及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        3.1強(qiáng)度評(píng)估方法

        在曲軸的分析過(guò)程中,我們需要考慮的情況較多,從曲軸本身的構(gòu)造來(lái)看,因?yàn)榍S構(gòu)造相對(duì)較為復(fù)雜,工作時(shí)承載負(fù)荷較大,實(shí)際中出現(xiàn)的故障或者問(wèn)題也具有多樣性,比較難進(jìn)行針對(duì)性的預(yù)防和處理。從應(yīng)力奇異這一方面來(lái)看,可以在曲軸船體主要受力的通道接觸部分以及拐角部位,進(jìn)行外插。

        3.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知,與曲軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接有關(guān)的方面主要由三個(gè),比如曲軸內(nèi)部的主干軸頸的長(zhǎng)度、起潤(rùn)滑作用的通道直徑,還有最為關(guān)鍵的過(guò)渡圓角的半徑長(zhǎng)短。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果印證,我們主要選取8、9、10、11mm作為過(guò)渡圓角的半徑;潤(rùn)滑油道的直徑選取4個(gè)水平,分別為12、13、14、15mm;軸頸長(zhǎng)度為86/141、87/142、88/143、89/144mm;對(duì)于過(guò)渡圓角來(lái)說(shuō),具體還可以分為外部圓角和內(nèi)部圓角。

        3.3仿真求解用

        ANSYS在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和使用上具有較大優(yōu)勢(shì),可以將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)填入,進(jìn)行實(shí)際情況的模擬,通過(guò)一定量的數(shù)據(jù)模擬,可以得出較為準(zhǔn)確的工作參數(shù)以及應(yīng)力值等。

        4結(jié)果分析

        我們從曲軸的結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行分析,因?yàn)槊總€(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)在壓縮機(jī)工作過(guò)程中的損耗程度不同,所以每個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)于曲軸的影響效果也有較大差別,而且在實(shí)際工作過(guò)程中,這些影響效果并不是相互平行作用的,而是互相交錯(cuò),所以一個(gè)較小的問(wèn)題可能就會(huì)造成曲軸整體的故障甚至損壞。對(duì)于曲軸的過(guò)渡圓角來(lái)說(shuō),該部分對(duì)于曲軸的影響最大,尤其是當(dāng)半徑出現(xiàn)變化時(shí),對(duì)于曲軸的影響效果變化也十分明顯,但有個(gè)別例外,可能原因?yàn)椋涸搲嚎s機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,每個(gè)關(guān)鍵部件的影響都是相互交錯(cuò)的。

        5.避免壓縮機(jī)曲軸損傷的方法

        5.1 保證機(jī)組良好的潤(rùn)滑條件

        由于工業(yè)生產(chǎn)通常都具有產(chǎn)量大、持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn),所以相關(guān)的機(jī)械設(shè)備對(duì)于潤(rùn)滑產(chǎn)品的需求較大,而且十分需要高質(zhì)量的潤(rùn)滑產(chǎn)品,根據(jù)我國(guó)機(jī)械設(shè)備的損壞情況統(tǒng)計(jì)來(lái)看,每年損壞的機(jī)械設(shè)備有將近8成都是由于潤(rùn)滑問(wèn)題導(dǎo)致的。所以我們一定要嚴(yán)格制定對(duì)于潤(rùn)滑產(chǎn)品的需求標(biāo)準(zhǔn),就比如 “定人、定質(zhì)、定量、定點(diǎn)、定時(shí)”。此外,潤(rùn)滑產(chǎn)品的質(zhì)量也要重點(diǎn)檢測(cè),主要的檢測(cè)項(xiàng)目為水分、黏度、酸值、閃點(diǎn)、抗乳化性及機(jī)械雜質(zhì)等,此外,還要定期對(duì)于潤(rùn)滑油進(jìn)行抽樣化驗(yàn)檢查,再根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果,對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行針對(duì)性的處理??傊?,要保證機(jī)組良好的潤(rùn)滑條件。

        5.2 確保壓縮機(jī)運(yùn)行工況正常

        壓縮機(jī)雖然時(shí)機(jī)械設(shè)備,但是其內(nèi)部曲軸、軸瓦等部件,都對(duì)于外部環(huán)境的要求較穩(wěn)定,如果壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在溫度較高的環(huán)境持續(xù)工作,高溫會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油的物理性質(zhì)出現(xiàn)變化,潤(rùn)滑油的黏性、潤(rùn)滑度、正常的流動(dòng)都會(huì)受到影響,從而導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)部各個(gè)部件工作時(shí)的摩擦增大,問(wèn)題嚴(yán)重可能會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)部損壞,此外,對(duì)于外部壓強(qiáng)、濕度等環(huán)境因素,也需要控制,盡量避免壓縮機(jī)在特殊的環(huán)境中持續(xù)工作,而且一旦壓縮機(jī)出現(xiàn)異常,要立即進(jìn)行斷電,檢查,防止進(jìn)一步損壞,造成不可挽回的損失,甚至可能導(dǎo)致生產(chǎn)責(zé)任事故。

        綜上,我們可以了解到,曲軸是壓縮機(jī)工作中的核心位置,它對(duì)于外界環(huán)境要求較高,曲軸不僅要滿足壓縮機(jī)內(nèi)部持續(xù)工作的工作負(fù)荷,還要承擔(dān)一部分能量轉(zhuǎn)化功能,所以必須要保證曲軸在制作過(guò)程中,嚴(yán)格的符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),從而保證壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 董超群. 整體往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸力學(xué)性能研究與安全評(píng)價(jià)[D]. 西南石油大學(xué),2014

        [2] 趙楠. 大型往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸動(dòng)態(tài)特性研究[D]. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),2014

        [3] 鮑軍,張成彥,姜慧君,邢志勝. 往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸動(dòng)態(tài)特性分析[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2015(3):233-236

        作者簡(jiǎn)介:姓名:干杰(1988—),性別:男,民族:漢,職稱:助理工程師,籍貫:陜西省延安市延川縣。

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