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超高压天然气压缩机气缸有限元研究
| 论文题名： | 超高压天然气压缩机气缸有限元研究 |
| 关键词： | 液化天然气船;天然气压缩机;气缸结构;有限元分析 |
| 摘要： | 在LNG船舶运输业中，天然气运输量大、范围广、距离远，传输过程动力消耗大，超高压天然气压缩机是一种重要专用机械设备，为天然气的传输提供动力保障。随着天然气传输朝着现代化、远程化的方向的发展，对天然气压缩机工作压力的要求不断增高。气缸作为超高压天然气压缩机十分重要的组成部件，它的可靠性、安全性直接决定天然气压缩机工作的安全，因此对气缸进行重点研究是一项关键性的工作。本文针对35MPa超高压天然气压缩机，对其高压气缸进行了结构有限元计算与分析。本文主要从以下方面进行研究： 首先调研了国内外在高压气缸结构性能领域的研究现状，研究了天然气压缩机气缸很容易出现疲劳、裂纹、磨损等失效形式，确定了本文将利用材料力学、断裂力学、压力容器、热力学、机械振动和气流脉动等理论，开展相关有限元研究。 其次根据变分法、虚位移法、单元位移法和应力应变法等，提出了超高压气缸有限元分析的机体发生弹性变形、变形无限小、应力应变严格遵循虎克定律等假设条件，以及分析了热传导、热对流和热辐射等热力学基础原理，还扼要的介绍了ANSYS软件在本文中将要起到的作用与使用方式。 接着展开说明了气缸有限元模型的建立过程，包括模型的简化与导入、参数设置与网格划分等，下一步计算出气缸各类载荷与边界条件，包括螺栓预紧力、高压气体力、热边界条件等，为高压气缸有限元模型在ANS YS中进行设置准备了条件。 重点分析了高压气缸有限元结果。分别考虑超高压气缸的静力学、热力学以及二者耦合作用，基于ANSYS开展了超高压天然气压缩机气缸的有限元应力应变分析。在考虑压缩机曲轴不同角度的工况条件下，近似模拟了超高压气缸的周期动态应力应变状况，从而近似得到了气缸动态变化的规律。 最后，基于有限元分析，以缸套工艺尺寸及气缸体冷却水孔结构尺寸为变量，开展了超高压天然气压缩机气缸结构局部优化设计，为获得较好的冷却效果及足够的缸体强度做了一点有益的探索。 |
| 作者： | 毛文敏 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 余祖耀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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