[发明专利]大型往复压缩机高压填料盒的应力和应变计算方法

说明书

本发明公开了一种大型往复压缩机高压填料盒的应力计算方法，可用于排气压力高达30MPa的由聚四氟乙烯或聚醚醚酮填料进行密封活塞杆的高压填料盒的设计和计算。设计计算步骤包括有建立填料盒的受力模型分析；分析填料盒应力和应变的危险截面；填料盒最大应力和最大应变计算；填料盒疲劳强度计算及刚性要求；通过以上流程，可以使高压填料组件具有足够的使用强度和刚度，提高在高温高压下填料密封的可靠性。

技术领域

本发明中涉及高压往复压缩机技术领域，尤其涉及大型往复压缩机高压填料盒的应力和应变计算方法。

背景技术

大型高压往复压缩机由聚四氟乙烯或聚醚醚酮填料进行密封时，活塞杆的填料组件的工作压力可高达30MPa，目前并无成熟可靠的计算填料盒应力和应变的方法，很难实现填料的有效密封。填料盒的应力和应变计算对压缩机工作介质为易燃易爆气体并且在高温高压工作条件下的安全和有效十分重要。对于处于易燃易爆气体并且在高温高压工作条件下的压缩机(如排气压力18MPa的氢气压缩机和排气压力20.9MPa的循环氢压缩机)，高压填料盒的应力和应变计算方法，可以保证高压填料盒具有足够的使用强度和刚度，杜绝填料组件疲劳破坏和密封失效的安全隐患，提高填料密封的可靠性和安全性。

实用新型内容

本发明中的目的在于：建立力学分析模型并进行应力解析计算，而提出的大型往复压缩机高压填料盒的应力和应变计算方法。

为了实现上述目的，本发明中采用了如下技术方案：

大型往复压缩机高压填料盒的应力和应变计算方法,包括以下步骤：

(1)建立填料盒的受力模型分析：

(1.1)高压填料部件的工作压力为p；

(1.2)填料组件螺栓预紧力为F0，侧面作用力为F1，填料盒总厚度H，密封槽深度H1，密封槽直径D，活塞杆通过部分圆孔直径为D1；

(1.3)通过每个填料盒受力分析，进一步分析，填料盒受力为圆环受压，圆环密封承受的压力为q等于填料的密封工作压力p，圆环外径尺寸定义为D＝2b，内径尺寸定义为D1＝2a，圆环厚度定义为t＝H-H1；

(2)分析填料盒应力和应变的危险截面：

(2.1)为保证聚四氟乙烯或聚醚醚酮填料密封，填料盒必须设计成刚性加强连接板，当高压填料组件工作时，受压圆环的变形量(应变)为ω，圆环板产生的弯曲应力σθ，直径方向的内应力σr极小，以圆环中心为原点建立坐标轴，距离圆环中心为r；

(2.2)最大变形量和最大弯曲应力出现在圆环板的边缘处r＝a，此处为危险截面；

(3)填料盒最大应力和最大应变计算：

定为最大弯曲应力σmax和最大变形量ωmax公式为：

σmax＝(σθ)k＝K＝αm²q  (1)

其中

E为材料的弹性模量，不锈钢的弹性模量取205000Mpa；

α，β与应力有关的修正系数，按K值；

(5)填料盒疲劳强度计算及刚性要求：

(4.1)高压填料工作时，工作压力按曲轴转角0～360°周期性改变，填料盒的圆环板受力载荷也是周期性，定义压缩机吸气压力为PS，排气压力为PD，按照公式(1)计算填料圆环危险截面处的最大和最小弯曲应力分别为σmax和σmi n，定义平均弯曲应力σm和应力幅σa，计算公式为：

σa＝  (4)