[发明专利]冷能空分装置分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械设备的设计分析方法，尤其涉及冷能空分装置的设计分析方法。

背景技术

长输管线压缩机冷能空分装置中采用的离心式低温氮气压缩机，压缩机入口温度能够达到零下100多摄氏度。如此低温的运行条件带来的问题很多，比较典型的是机器开车与停车过程中机组会承受温差较大的低温冲击，由此可能导致转动部件与固定部件之间出现碰磨甚至卡死等机械配合问题；另外，在经历启停车过程中，机组各零部件自身以及相互之间由于热效应造成的接触状态变化会造成结构内部或者部件接触面之间的应力交变，进而导致工程中常见的热-机疲劳问题。

在现有行业内部，针对冷能空压机整机的力学分析尚未有成型的分析方法，特别是针对整机的低温冲击问题以及转定子碰磨问题，未见成型的分析方法。

发明内容

为了弥补现有技术的空白，本发明提出一种在低温条件下的冷能空压机组分析方法。

所述一种冷能空分装置分析方法，包括：

建立冷能空分装置三维实体有限元模型；

分析机组运行过程中的瞬态温度场；

分析机组的热载荷耦合情况；

对机组进行热机疲劳分析。

进一步地，所述分析机组运行过程中的瞬态温度场包括：

分析所述冷能空分装置从机组启动到机组表面温度不再发生变化的时间内，各个时间点机组的温度场分布。

进一步地，所述分析机组的热载荷耦合情况包括：

基于瞬态温度场，对冷能空分装置进行热载荷耦合分析。

进一步地，所述基于瞬态温度场，对冷能空分装置进行热载荷耦合分析包括：

将瞬态温度场作为影响因子导入机组的结构计算中，对获得某一时间点上的机组各部件在温度影响下的应力与变形情况进行分析。

进一步地，所述对冷能空分装置进行热载荷耦合分析包括：

对所述冷能空分装置中的转子施加离心力以模拟旋转，导入转子的瞬态温度场影响因子；

对获得的所述转子热载荷耦合情况进行分析。

进一步地，所述对冷能空分装置进行热机疲劳分析包括：

结合瞬态温度场和热载荷耦合，整合ASME标准设计S-N疲劳曲线，当使用系数U＜1时，则所述冷能空分装置符合疲劳测试评定。

进一步地，所述建立冷能空分装置三维实体有限元模型包括

建立冷能空分装置的三维装配体几何模型；

基于所述三维装配体几何模型，建立包含非线性接触的冷能空分装置三维实体有限元模型。

进一步地，还包括：

对冷能空分装置的三维装配体几何模型进行简化；

所述对几何模型的简化包括剔除工艺细节和简化轴承。

进一步地，还包括：

获取分析方法的基础条件值；

所述基础条件值包括：所述冷能空分装置进口及出口的温度、压力；叶轮运行工况下的温度、压力。

进一步地，所述获取分析方法的基础条件值还包括：

根据各零件的材料及对应的热学参数，结合几何特征，确定流体与结构的对流换热系数。

本发明所述冷能空压机分析方法，通过对机组进行有限元建模，在低温条件下分析机组的瞬态温度场分布，将瞬态温度场分布作为影响因子，对机组进行热荷载耦合情况的分析，以评价机组的结构应力和有无碰磨情况的产生，再结合热荷载耦合分析结果，对机组的热疲劳情况进行评价。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明所述分析方法一个实施例的流程图；

图2为一个实施例机组开启时，瞬态温度场分布情况；

图3为一个实施例机组运行到约半个时长时，瞬态温度场分布情况；

图4为一个实施例机组运行温度稳定后，瞬态温度场分布情况。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明所述冷能空分装置分析方法的具体实施方式进行说明。

本实施例所述的冷能空分装置的分析方法包括如下步骤：

(一)建立冷能空分装置三维实体有限元模型；

具体的，包括S11、建立冷能空分装置的三维装配体几何模型；