往复式压缩机热力学计算及活塞部件计算机模拟分析培训讲学.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。往复式压缩机热力学计算及活塞部件计算机模拟分析-新疆大学毕业论文(设计)题目:双段乙烯气体往复式压缩机热力计算及活塞部件计算机模拟指导老师:张亚新学生姓名：孟培勤所属院系：化学化工学院专业：过程装备与控制工程班级：化机07-1班完成日期：2011-5-30声明本人郑重声明毕业论文是本人在张亚新老师指导下独立完成，没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的一切后果由本人负责。新疆大学毕业论文（设计）任务书班级：化机07-1姓名：孟培勤论文（设计）题目：双段乙烯气体往复式压缩机热力计算及活塞部件ANSYS模拟专题：

2、要求完成的内容：1通过学习,掌握往复压缩机热力学计算的理论和方法。2查阅资料20篇以上,往复式压缩机气体热力学和动力学计算的最新进展进行3000字以上进展综述。3结合给定的设计参数,完成相应的气体热力学和动力学计算。4绘制任意一级活塞的综合活塞力图。5结合给定活塞参数设计活塞及对活塞进行ANSYS模拟分析。6完成毕业设计论文和英文资料翻译及论文综述。发题日期：2011年12月20日完成日期2011年6月3日实习实训单位：化工学院地点：新疆大学论文页数：34页；图纸张数：指导教师：张亚新教研室主任：毛先萍院长：王吉德摘要对往复活塞式压缩机热力学部分的基本内容和原理作了简单的介绍，并且查阅了相关的

3、科技文献，了解到国内往复活塞式压缩机的发展基本状况和前景，并且对其热力学部分内容和动力学进行了计算，包括气缸内气体的压力比、温度、惯性力的计算、气体力的计算，综合活塞力和切向力的计算，为了便于分析，作了相关的图，并进行活塞部件进行ANSYS模拟分析，从而对活塞受力有简单的分析。关键词：往复活塞式压缩机；惯性力；气体力；综合活塞力；ansys模拟分析ABSTRACTThepaperintroducethatthebasicsubstanceandtheoryofthereciprocatingpistoncompressorsdynamics，andlookupinterrelateddatao

4、fthedynamics.Thepaperelaboratedthebasicdevelopedvistaandstateofthereciprocatingpistoncompressoratthehomeandbroadandcalculatedthecontentofthereciprocatingpistoncompressorsdynamicstoconsistoftheinertiaforcecalculation、gasforcecalculation、gaspressureratio、temperature、comprehensivepistonforceandtangenti

5、alforcecalculation。Inordertofacilitateanalysis,arelatedchart.AndthepistonpartsbyANSYSsimulationanalysis.Thusonthepistonstresshavesimpleanalysis.Keywords:reciprocatingpistoncompressor；inertiaforce；gasforce；synthesizedpistonforce；Ansyssimulationanalysis目录1、概述11.1往复活塞式压缩机的特点及在石油化工中的应用11.2往复活塞式压缩机基本结构及原

6、理21.2.1往复活塞式压缩机的基本结构21.2.2往复活塞压缩机的基本原理31.3往复式压缩机的最新进展32、双段乙烯气体往复式压缩机的热力学与动力学计算62.1热力学计算原始数据62.2热力计算步骤72.2.1初步确定各级名义压力72.2.2计算各级排气温度72.2.3求各级气体的可压缩性系82.2.4确定各级的进、排气系数82.2.5确定各级气缸行程容积92.2.6确定各级气缸直径92.2.7圆整后各级名义压力及温度的修正102.2.8计算活塞力122.2.9往复惯性力的计算132.2.10综合活塞力计算142.2.11计算轴功率、选择电机163、活塞设计173.1活塞组件介绍173.2

7、活塞基本尺寸计算194活塞部件的ansys模拟分析2041ANSYS软件简介204.1.1ANSYS概述204.1.2ANSYS软件分析过程214.1.3ANSYS在化工装备中的应用214.2建立活塞模型2243网格划分244.4加载及求解254.4.1施加位移约束：254.4.2施加载荷：264.4.3求解：264.5结果分析275总结和讨论32致谢33参考文献341、概述1.1往复活塞式压缩机的特点及在石油化工中的应用往复式活塞式压缩机的特点有1、往复式压缩机与离心式压缩机比较（1）无论流量大小都能达到所需压力，一般单级終压可达0.3至0.5MPa，多级压缩可达到100MPa。（2）效率较

8、高。（3）气量调节时排气压力几乎不变。（4）在一般压力范围内，对材料的要求不高，可用普通的金属材料。2、主要缺点（1）转速底，排气量较大时机器显得笨重。（2）结构复杂，易损件多，日常维修量大。（3）动平衡性差，运转时有振动，噪音大。（4）排气量不连续，气流不均匀。3、各类压缩机的使用范围活塞式适用于中小输气量，排气压力可由低压到超高压；离心式和阻流式适用于输送大气量，中低压情况；回转式适用于中小输气量、中低压情况。但同时它也存在着以下的缺点：（1）排出气体带油污（2）排气不连续，气体压力有脉动，严重时往往因气流脉动共振造成机件等的损坏（3）转速不宜太高(4)外形尺寸及基座较大（5）结构复杂，易

9、损件多，维修工作量较大。压缩机作为一种重要的通用机械，在化工，石油化工，动力等各个领域均得到广泛的应用，而活塞式压缩机在石油化工行业应用更加广泛，如制合成氨，合成尿素，制取乙烯，丙烯等一些化学产品，都会使用到压缩机1。1.2往复活塞式压缩机基本结构及原理1.2.1往复活塞式压缩机的基本结构压缩机结构部件大致可分为如下三大部分。（1） 工作腔部分工作腔部分是直接处理气体的部分，包括气缸、活塞、气阀等，构成有进、出通道的封闭空间。活塞杆穿出工作腔端板的部位没有填料，用以密封间隙，活塞上设计的活塞环也是其密封作用。（2） 传动部分传动部分把电动机的旋转运动转化为活塞的往复运动，包括曲轴、连杆、十字头

10、等，往复运动的活塞通过活塞杆与十字头连接。（3） 机身部分机身部分是用来支撑（或连接）气缸部分与传动部件的零部件，包括机身（或称曲轴箱）、中体、中间接筒等，其上还有可能安装有其他附属设备。一台完整的往复活塞式压缩机包括两大部分：主机和辅机。主机有运动机构，工作机构和机身，辅机包括润滑系统，冷却系统和气路系统。运动机构是一种曲柄连杆机构，它把曲轴的旋转运动转换为十字头的往复直线运动，主要由曲轴，轴承，连杆，十字头，皮带轮或联轴器组成。机身是压缩机外壳，用来支承和安装整个运动机构和工作机构，又兼作润滑油箱用。曲轴依靠轴承支承在机身上，机身上的两个滑道又支撑着十字头，两个气缸分别位于机身两侧。以下是

11、往复式压缩机的结构图。图1-1往复式压缩机结构图1-曲轴箱；2-撑杆；3-润滑油；4-十字头滑道；5-曲轴；6-连杆；7-连杆螺母；8-十字头；9-十字头销；10-十字头滑履；11-刮油环；12-密封环；13-气缸；14-缸套；15-活塞；16-活塞环；17-导向环；18-活塞杆；19-活塞杆填料；20-吸气阀；21-排气阀；22-吸气阀卸荷器；23-余隙腔1.2.2往复活塞压缩机的基本原理依靠气缸工作容积周期性的变化来压缩气体，以达到提高工作压力的目的。（活塞在气缸内的往复运动造成减压将气体吸入，继而将气体压缩至一定压强而将它送出）活塞式压缩机的工作原理。压缩机是用以将低压力的气体压缩至高压

12、力的机器，在完成这项任务时，多采用逐次的多级压缩，每级气缸中都有相同的吸气、压缩和排气过程。1、压缩机的理论循环气体在气缸内的理论循环，具有以下特点，即压缩机在吸气、排气时，不存在进排气阀处的压力损失，进排气过程压力处保持恒压，压缩过程指数量是一个定值，故气体在压缩时与气缸壁等处皆不发生热脚换，缸内不存在余隙容积以贮留小部分高压气体，全部气体均能排出气缸外。2、压缩机的实际循环有余隙容积，在压力比和膨胀指数相同的条件下，相对余隙容积增大，容积减小。一般为了提高容积效率，余隙容积要尽量减小些。1.3往复式压缩机的最新进展容积式流体机械的结构形式较多,在石油、化工等工艺流程,往复式压缩机仍是主要机

13、型之一,这种容积式压缩机的惯性力平衡、密封填料的工作特性以及气阀运行规律等一直是研究的重点。在过去30年中,相关问题得到了较好的解决,往复式压缩机的性能与可靠性有了很大提高3。随着现代科学技术的迅速发展，机械设备日益朝着高度自动化的方向发展，造成机械设备逐渐复杂且零、部件之间的联系更加紧密。一旦某一部分发生故障，往往会引起整台设备的瘫痪，而且频繁的故障和较长的检修时间常常造成巨大的经济损失和人员伤亡事故的发生。人们对机械设备的可靠性、可用性、可维修性、经济性与安全性提出了越来越高的要求，现代工业生产中的设备系统比以往更注重效率和能耗，且环保的要求越来越高。我国对在线监控技术的研究始于六十年代。

14、从总体上来看，其发展水平远远落后于发达国家。目从事这方面研究的单位主要局限于高校、研究所、工厂和一些制造厂家，多方面仍处于起步阶段，因此，用国产化成熟设备，积极吸收国内外先进技术，以先进可靠、可维护、操作筒便实用为原则，研制开发出满足国产化要求的在线监控系统成为满足现代工业发展要求的当务之急。一个完整的监测系统（DCS系统）应包含以下四个部分：直接数字控制（DDC）、过程管理、生产管理和经营管理。计算机化的在线监控系统从结构上可分为两类：一类硬件为骨干，特点是分析速度快，能瞬态采集数据并实时分析，但往往价格昂贵，系统功能不易扩充，且发展水平受国内硬件发展水平的制约。另一类以软件为骨干，系统中数

15、据的采集与分析主要由软件来完成，整个系统除计算机和必要的外围设备外，仅配置AD转换器，多通道切换器、放大器和传感器等少量硬件，其特点是成本低，可扩充性好，但分析速度比较慢。鉴于国内现使用的计算机速度已相当快，处理软件能在较短时间内完成，一般采用以软件为主的在线监控系统。这样做可大大降低成本，节约费用且软件较易扩充，能很好地满足今后向网络化发展的要求4。对于压缩机的故障诊断，近年来也有不少的研究人员在探讨和研究，而往复式压缩机又是工业上应用量大、面广的一种重要通用机械，其故障诊断比较复杂，对于其故障诊断技术的研究一直以来都得到了国内外学者的广泛关注。在国外，美国学者曾经利用气缸内侧的压力信号图像

16、判断气阀故障及活塞环的磨损；捷克学者根据对千余种不同类型的压缩机建立了常规性参数数据库，确定评定参数，以判断压缩机的工作状态等。往复式压缩机的常见故障大多发生在气阀、弹簧、活塞环及气缸等几个易损部件上。在分析往复式压缩机上述常见故障和引发原因的基础上，有以下措施：加强工作介质的过滤精度；选用合适材料的阀片、弹簧；满足压缩空气热平衡的需要，提供足够的冷却水，降低排气温度；控制润滑油的使用量，维持润滑油的粘度、强化润滑效果，延缓结垢，提高产气量。有针对性地对压缩机易损部件进行定期检修和合理维护，可延长压缩机易损件的使用寿命，提高运行的经济性5。在石化领域，往复式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声

17、、高效率、高可靠性等方向发展；不断开发变工况条件下运行的新型气阀，提高气阀寿命；在产品设计上，应用热力学、动力学理论，通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能；强化压缩机的机电一体化，采用计算机自动控制，实现优化节能运行和联机运行。在动力领域，活塞式压缩机目前占有主要市场。但随着人们对使用环境及能耗、环保等方面要求的提高，螺杆和涡旋空气压缩机开始占有一定的市场。而在竞争愈来愈激烈的中国市场，人们不得不想出诸多办法来解决一些实际问题，美国泰康公司摧出的滑块式往复压缩机，保留了传统往复压缩机的许多优点，而且结构紧凑，力的平衡性好，振动小，噪声低，转速范围广，在空调热泵系统中，其性能可与滚动转子式和

18、涡旋式压缩机相媲美。该公司曾将其应用于汽车空调，在7000rmin以上的转速下作长期运行试验，证明可靠性良好。往复式压缩机中关于各个部件的损坏以及原因分析和采取的措施在近年来也有一定的研究，如十字头的故障，在茂名炼油化工股份公司，关于渣油加氢装置，就。自1999年投产以来级十字头销及连杆小头瓦共发生故障4次：2000年7月、2001年5月。发生两次级十字头销断裂，连杆小头烧损，十字头销孔局部少量磨损，累计运行时间都是约为6个月；第二次故障时I级吸气压力由22MPa降到07MPa；2001年7月连杆小头瓦烧损并错位，十字头销孔受力面磨损严重，累计运行时间约1个半月；发生于2001年11月级缸有异

19、响，经检查销子前后受力位置磨损，烧伤变黑，十字头内表面上部有撞痕，累计运行时间约2个半月。这些事故不由的警示着我们对于研究这些故障发生的重要性6。压缩机是化工厂的心脏设备，其扰力是基础动力计算的重要资料。据化工建设的实践经验，从六十年代起，由于扰力计算错误，致使不少压缩机基础振动过大，不得不采取加固措施7。扰力在这也指的是综合活塞力。随着我国经济的发展，我国的压缩机设计制造技术也有了长足发展，在某些方面的技术水平也已经达到国际先进水平。但在一些方面与国际先进水平还存在一定差距。预计我国“十一五”期间的压缩机需求增幅较大，这对我们既是机遇也是挑战，需要广大压缩机工作者共同努力，推动我国压缩机技术

20、的进步。2、双段乙烯气体往复式压缩机的热力学与动力学计算2.1热力学计算原始数据第一段的排气量为60mmin（I级进气状态），名义进气压力为1.11Pa（绝对），进气温度40。第二段排气量100mmin（I级进气状态），段前有中间加气，名义进气压力为3.5（绝对）进气温度40，名义排气压力为20Pa（绝对）各级气体的等熵指数近似地取用标准状态下的=1.2.根据设计条件并结合有关配置方案的设计原则，初步确定该压缩机级的配置方案如图第一段压缩机级数为一级，分两缸压缩；第二段级数为两级，全机共三级。行程s=300转速n=350rmin各级气缸相对余隙容积按类似机器确定为=0.1=0.13=0.16图

21、2-1乙烯压缩机级的装配图2.2热力计算步骤2.2.1初步确定各级名义压力第I级=3.15第II、IIIII=III=2.39各级名义进、排气压力及压力比经调整后列表如下：表2-1各级排气压力级级名义进气压力名义排气压力名义压力比IIIIII1.113.58.3653.58.365203.152.392.392.2.2计算各级排气温度按式（2-21）计算各级名义排气温度，列表如下；表2-2各级排气温度级次名义进气温度T1名义压力比等熵指数名义排气温度T2IIIIII4040402332332333.152.392.391.21.21.21.2101.1561.156281.93269.3269

22、.38.93.73.72.2.3求各级气体的可压缩性系数表2-3可压缩性系数级次名义压力（）名义温度（K）临界值对比压力对比温度可压缩性系数（按图2-3查）IIIIII1.113.58.363.58.3620233233233281.9269.3269.351.3851.38282.65282.650.06180.16280.16280.38930.8240.8240.9530.95310.960.8810.920.822.2.4确定各级的进、排气系数1容积系数按表3-2查得各级膨胀过程的等端点指数m为：=1+0.5（）=1+0.5（）=1.1=1+0.62()=1+0.62()=1.124=

23、1+0.75()=1+0.75()=1.15按式（3-36）计算，以名义压力比代替实际压力比压力系数取=0.97，=0.98，=1.0温度系数按图3-12，取=0.85=0.90=0.90凝析系数按已知条件、无凝析则泄露系数按图3-24的布置，列表计算如下表2-4泄露系数各级各部位相对泄露系数IIIIII填料IIIIII0.00050.00100.00150.00100.00150.0015气阀IIIIII0.030.030.04活塞环IIIIII0.010.0120.0120.0430.0440.05350.9580.9570.950抽（加）气系数按题意2.2.5确定各级气缸行程容积按式35

24、4m3/次m3/次2.2.6确定各级气缸直径参照同类机器，初步选取各活塞杆直径d=80，其截面积按式（3-57）计算得各级气缸直径，其中I级缸由两缸并联。m按表3-4，把气缸直径圆整为=510m圆整为=500m圆整为=3202.2.7圆整后各级名义压力及温度的修正确定圆整后各级的实际行程容积求各级压力修正系数及按式（3-84），求得修正后各级名义压力及名义压力比表2-5修正后各级名义压力及名义压力比级次IIIIII计算行程容积，m0.2440.1170.0472实际行程容积，m0.24200.11720.0472修正系数10.990.990.9920.992名义进气压力1.111.113.53

25、.4658.3658.29名义排气压力3.503.4658.3658.292020修正后的名义压力比3.122.392.41修正后的各级排气温度表2-6修正后的各级排气温度级次进气温度,K压力比绝热指数排气温度，KIIIIII2332332333.122.392.411.21.21.21.1321.1111.113263.7258.9259.32.2.8计算活塞力计算气缸内进、排气过程的平均压力表2-7气缸内进排气过程的压力级次修正后名义压力105相对压力损失，%1-s1+d气缸内实际压力实际压力比IIIIII1.113.468.273.468.27207.05.03.911.39.07.00

26、.930.950.961.111.091.071.0323.2877.9473.859.0121.43.732.7412.693注：、查图3-16计算各列活塞力轴测活塞工作面积盖侧活塞工作面积=0.2=0.204=0.191=0.195=0.075=0.08表2-8点活塞力计算表级次内止点活塞力P（105N）轴侧（+）盖侧（-）PdFzPdFzPsFgPsFg3.850.20.771.0320.2040.2105Pz=PdFz-PsFg=0.55959.010.1911.72103.2870.1910.641Pz=1.7210-0.641=1.0821.40.0751.6057.9470.08

27、0.636Pz=1.605-0.636=0.969表2-9点活塞力计算表级次外止点活塞力P（105N）轴侧（+）盖侧（-）PsFzPsFzPdFgPdFg1.0320.20.20643.850.2040.7854Pg=PsFz-PdFg=-0.5793.2870.1910.62789.010.1951.757Pg=-1.12927.9470.0750.59621.40.081.717Pg=-1.116从以上最大活塞力（1.1292N=11.3吨）来看，初选活塞杆直径80是合适的。而且向轴和离轴行程活塞力比较均衡。2.2.9往复惯性力的计算由以上的压缩机最大活塞力为112.92KN，相当于12吨

28、，可选用活塞力为12吨的系列，各列取值相同，其往复运动构件的质量为ms=350kg，现选取连杆径长比l=，曲柄销旋转半径r=150mm,曲轴旋转角速度1/s。由书中文献可查得函数的值，计算往复惯性力（3-1）往复惯性力的计算表如下表所示：表2-10往复惯性力表cosa+lcos2aI(KN)a01.250088.16360101.219786.02350201.131279.78340300.991069.89330400.809457.09320500.599342.27310600.374926.45300700.150510.6129080-0.0612-4.3228090-0.2500

29、-17.63270100-0.4085-28.82260110-0.5335-37.63250120-0.6250-44.08240130-0.6862-48.40230140-0.7226-50.96220150-0.7410-52.26210160-0.7481-52.77200170-0.7498-52.89190180-0.7500-52.891802.2.10综合活塞力计算将同一曲柄转角下的惯性力I、往复摩擦力Rs及气体力P(轴侧和盖侧)进行代数相加，求出综合活塞力P。然后按照式（2-15）来计算切向力T。以下级的综合活塞力和切向力。表2-11第二级的综合活塞力与切向力曲柄转角惯性力

30、I往复摩擦力Rs气体力P综合活塞力P切向力T轴侧（）盖侧（）088.162.3968.25-159.77-0.9701086.022.3968.96-143.3114.073.0452079.782.3971.15-109.0544.2818.7133069.892.3974.96-77.5369.7142.4634057.092.3980.66-66.8573.2956.2545042.272.3988.68-66.8566.4959.2776026.452.3999.63-66.8561.6260.2017010.612.39114.44-66.8560.6061.95480-4.322.

31、39134.43-66.8565.6567.55390-17.632.39161.55-66.8579.4679.460100-28.822.39163.12-66.8569.8565.705110-37.632.39163.12-66.8561.0352.308120-44.082.39163.12-66.8554.5841.218130-48.402.39163.12-66.8550.2732.202140-50.962.39163.12-66.8547.7024.710150-52.262.39163.12-66.8546.4018.137160-52.772.39163.12-66.8

32、545.9011.996170-52.892.39163.12-66.8545.785.990180-52.892.39163.12-66.8545.770190-52.892.39152.60-67.2734.84-4.559200-52.772.39127.45-68.558.25-2.228210-52.262.3999.24-70.79-21.428.373220-50.962.3975.04-74.15-47.6824.699230-48.402.3968.25-78.87-56.6236.272240-44.082.3968.25-85.34-58.7844.385250-37.6

33、32.3968.25-94.14-61.1252.385260-28.822.3968.25-106.13-64.3060.483270-17.632.3968.25-122.62-69.6169.606280-4.322.3968.25-145.68-79.3681.65529010.612.3968.25-159.77-78.5180.26730026.452.3968.25-159.77-62.6861.23231042.272.3968.25-159.77-46.8641.77032057.092.3968.25-159.77-32.0424.59033069.892.3968.25-

34、159.77-19.2311.71534079.782.3968.25-159.77-9.353.97535086.022.3968.25-159.77-3.100.67236088.162.3968.25-159.77-0.970绘制活塞综合力图如下图2-2活塞力图2.2.11计算轴功率、选择电机计算各级指示功率及总指示功率按式（3-37）=1.75w=175kw=w=202kw=w=180.8kw压缩机总的指示功率为压缩机轴功率取机械效率，则所需电机功率电机功率按10%的裕度计算的：按此值选择相近的电机规格。3、活塞设计3.1活塞组件介绍活塞组件包括活塞、活塞环、活塞杆等他们在汽缸中作往复

35、运动，与气缸一起构成压缩容积根据活塞的作用和它的运动规律及受力特点，对活塞的主要要求是：有足够的强度、刚度，耐磨性好，密封性好，重量轻，活塞与其连接的传递动力元件（如活塞杆）营连接可靠。根据结构式的不同，活塞可分为筒形活塞、盘形活塞、极差式活塞及柱状活塞等集中形式。（1） 筒形活塞筒形活塞用于无十字头的单作用低压压缩机中，形如筒形。连杆小头通过活塞销与活塞连接并带动活塞工作。活塞顶部相当于周边支撑的平板，在活塞柱体上部开有几道环形槽，称为活塞环槽，用于装入活塞环，以保证活塞工作时，对气缸压缩容积的密封。由于筒形活塞在汽缸中作往复运动时，靠曲轴连杆机构运动时，从曲轴箱中甩油进行飞溅式润滑，因此，

36、在活塞环与活塞销孔之间的筒体上开有装刮油环的环形槽（有的开在筒体下部，亦称裙部）。筒体的圆柱面也是承压面，用以承受侧压力并引起导向作用。筒体承压表面粗糙度值Ra一般为0.40.2m。（2） 盘形活塞盘形活塞用于有十字头的双作用汽缸中。为减轻重量，常制成中空结构。活塞两端面间设有筋板以增强端面的刚性。活塞的圆柱面上开有活塞环槽。（3） 极差式活塞极差式活塞为两个以上不同直径不同级次活塞的组合。它除了具有一般活塞相似的结构之外，还具有结构紧凑，重量轻的特点。为减少泄露损失，可把低压级至于靠近轴测。为了能够自动调整各活塞之间的径向位移和角位移，有利于自动对中定心和减少磨损，通常将高压级活塞与基本部分

37、的连接做成球行关节并能有一定径向位移间隙。（4） 组合式活塞组合式活塞与一般活塞的区别是：组合活塞的每一个活塞环槽是由直径一大一小的两个隔距环所组成，活塞环随隔距环依次装配时顺序装入。这是因为在高压级中活塞环直径较小，而环的径向厚度又较大，即采用了隔距环和活塞环组合装配方式（5） 柱塞柱塞是不带活塞环的简单圆柱结构。适用于高压级小直径气缸。柱塞与气缸间隙的密封一般有两种：一种是靠柱塞与气缸的间隙和柱塞上开有的环形沟槽行成曲折密封，另一种是不带沟槽的光柱，靠填料密封。（6） 活塞杆活塞杆的作用是连接活塞和十字头，传递作用于活塞上的力并带动活塞运动。它与活塞连接方式通常有螺纹连接、凸肩和卡箍连接。

38、对活塞的主要要求是：一、 活塞杆要有足够的强度，刚度稳定性。在活塞杆的设计及强度校核中，要进行疲劳、稳定以及连接凸肩处所受的挤压应力校核。二、 耐磨性好并有较高的加工精度和表面粗糙度要求三、 在结构上尽量减少应力集中的影响。四、 保证连接可靠，防止松动。五、 活塞的结构设计要便于活塞的拆装。（7） 活塞环活塞环是压缩机中主要的易损件之一。其用途是密封活塞和气缸的间隙，防止气体从压缩容积的一侧漏向另一侧。3.2活塞基本尺寸计算根据第二章计算得出的三级活塞直径分别为选取第2气缸设计活塞由式得出活塞高度H=0.8500=400mm筒形活塞内径分别为mmmm活塞端面厚度活塞杆直径=80mm图3-1活塞

39、截面简图4活塞部件的ansys模拟分析41ANSYS软件简介4.1.1ANSYS概述ANSYS软件作为世界著名的美国ANSYS公司最具盛名的CAE软件产品，自从引进国内之后，由于其具有结构、热、流体、电磁和耦合场分析功能，并且功能体系完整强大，得到非常成功地应用和推广，应用于航空航天、军工、能源动力、船舶、车辆、通用机械等各个行业。用户群非常大。图4-1ABSYS12.0的运行界面该软件具有以下主要特点：（1）完备的前处理功能ANSYS提供强大的实体建模及网格划分工具，可方便的构造数学模型，并专门设有用户熟悉的一些大型通用有限元软件的接口，并允许从这些程序中读取有限元模型数据，甚至材料特性和边

40、界条件，以完成ANSYS中的初步建模。（2）强大的求解器ANSYS提供了对各种物理场量的分析，是目前唯一能融结构、热、流体、电磁、声学于一体的有限元分析软件。（3）方便的后处理器ANSYS的后处理器分为通用后处理器模块和时间历程后处理模块。后处理结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度以及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。（4）多种使用的二次开发工具ANSYS除了具有较为完善的分析功能外，同时还为用户进行二次开发提供了多种实用工具，如宏、参数设计语言、用户编程特性等。4.1.2ANSYS软件分析过程（1）前处理创建或读入几何模型。定义材料属性。划分网格。（2）求解。施加载荷，控制载

41、荷选项。设定约束条件。求解。（3）后处理查看分析结果。验证分析结果。4.1.3ANSYS在化工装备中的应用在机械行业分析设计中，越来越多的应用CAD、CAE技术进行辅助设计和辅助分析。ANSYS软件有效的将有限元数值分析技术和CAD、CAE有机的结合在一起，使用户可以直观的分析结构设计中的问题，有效地节省生产和开发费用。近十年来已近有多种版本的ANSYS软件在机械设计行业发挥着巨大作用。在压力容器行业，ANSYS占据了国内95%以上的市场份额，成为压力容器分析设计的事实上的标准。尤其是在1995年，全国锅炉压力容器标准化技术委员会（原全国压力容器标准化技术委员会）发布JB4732-1995钢制

42、压力容器分析设计标准后，ANSYS有限元的应用更是上了一个台阶。在传统的设计中，鉴于压力设备安全问题的重要性，世界各工业国都制定了相应的规范，其设计往往偏于保守，使得设计的容器显得又笨又重；另一方面，保守的设计会引起用户喝制造厂家的成本上升，从而造成一些不必要的浪费。随着化工设备向着大型化、复杂化、高参数化方向发展，作为压力容器零部件设计的常规设计越来越多的利用应力分析来完成。有效的利用ANSYS等CAE工具进行有限元辅助分析设计，为化工机械设计提供了强有力的技术保证ANSYS为推动CAE分析设计在机械和化工领域的普及做出了卓有成效的工作，为提高我国压力容器的分析设计水平做出了巨大贡献。依靠其卓越的表现，ANSYS软件成为第一个通过中国压力容器标准化技术委员会认证在国务院17个部委推广使用的分析软件。4.2建立活塞模型图4-2活塞模型步骤如下首先定义单元类型图4-3定义单元类型对话框其次定义材料属性图4-