动 设 备
Ｐ ｏ Ｃｈｅｍ备 术，１，（ ・３ 石ｒ化 设ｃａｌＥｑｕｉ０ｎｔ２ｃｈｎｏｌｇｙ 油 工 ｉ 技 ２ １ ｅ ）４・ ３１ ｏ ｅ ｔ ｐｍ ｅ Ｔ
有 限 元 方 法 在 往 复 压 缩 机 受 力 分 析
中 的 应 用
苏 志 忠 ， 峰 ， 建 业 ， 选 民 陈 刘 周
第 ３ ２卷第 １ 期
苏 志 忠 等 ．有 限元 方 法 在往 复 压 缩 机 应 力 分 析 中 的应 用
一
往复 惯 性 力
自动 划 分 网 格 方 式 ， 塞 得 到 １ ９ 个 节 点 ， 活 ５３ １ ７
７ ３个单 元 ， ２ 十字 头得 到 ２ ９ １４ ５个节 点 ，１１ ６个 １ ２ 单元 ， 网格 划分 疏密 得 当 ， 本上 满足 有 限元 分 析 基 的要 求嘲 。活 塞 和 十 字 头 的 网 格 划 分 如 图 ５所
塞 力 以及 侧 向力 与 曲柄 角 ａ的关 系 ， 出最 大 活 求 塞力 ， 并绘 制 出 Ｎ— ａ图。受 力 分 析 的 计 算 参 数
见表 １ 。
收 稿 Ｅ 期 ： ０ ０ ０ — ７ ｔ ２ １ —４ ２ 。
作 者 简 介 ： 志 忠 ， ， ０ ９年 毕 业 于 新 疆 大 学 机 械 工 程 学 苏 男 ２０
１ 往 复 式 压 缩 机 的 受 力 分 析
压缩 机正 常运 转 时 ， 生 的作 用 力 主 要 有 三 产
类：
（ ）气 体 压力所 造 成 的作 用 力—— 气 体力 ； １
（ ）曲轴 连 杆 机 构 运 动 时 产 生 的惯 性 力 ， ２ 包 括往 复惯 性力 和旋 转惯 性 力 ； （ ）接 触 表 面 相 对 运 动 表 面 间 产 生 的 摩 擦 ３
（ 山 子 石 化公 司研 究 院 设 备 研 究 所 ， 疆 克拉 玛依 ８ ３ ０ ） 独 新 ３ ６ ０
摘 要 ： 过 对 实 际 工 况 下往 复 式 压 缩 机 一 级 活 塞 和 十 字 头 的 受 力分 析 ， 得 了最 大 活 塞 力位 置 和 最 大 通 求
应 力 时 的 曲柄 转 角 。利 用 Ｐ ｏ ｒｅ三 维 建 模 软 件 对 活 塞 和 十 字 头进 行 三 维 实体 建模 ， 然后 应 用 Ａｎ ｙ 有 限元 分 ｓｓ 析 软 件 对 活 塞 和 十 字 头进 行 分 析 ， 出 了十 字 头 的 危 险 点 位 置 及 应 力值 ， 结 果 与 实 际情 况相 吻 合 。 此研 究 找 且
对 行 之 有 效 的 方 法 是 解 决 活 塞 和 十 字 头 断 裂 问 题
双作 用对 称 平 衡 式往 复 压 缩 机 ２ ０ ０ ４年 ６月 投 入
使用 。２ ０ ０ ９年 ２月 ２ 日， 机 组 一 级 十字 头 颈 ２ 该
部 断 裂 ， 级 活 塞 碎 裂 ， 成 停 机 事 故 ， 重 影 响 一 造 严
图 ２ 碎 裂 活塞 外 观
院 机 械 电 子 工 程 专 业 ， 事 石 化 动 设备 状 态监 测 与 故 障 诊 断 从
研究工作 ， 理工程师。 助
活塞 和十ｍａｌｙｙ ｚ ＠ ｐ ｔｏ ｈｉａ Ｃ ｌ． ｎ ｉ：ｊ＿ｓｚ ｅｒ ｃ ｎ ． Ｏｉ ｃ ｎ ＿
的基 本措施 。文 中借 助 于有 限元 分 析 手 段 ， 根 从
本 上 解 决 了 往 复 式 压 缩 机 在 运 行 中经 常 出 现 的 活
了企业 的正 常 生产 。十 字 头 颈 部 断 裂 见 图 １ 活 ，
塞 组 件 碎 裂 如 图 ２所 示 。
塞和 十字 头断 裂 问题 。
示。
１ ０．ｏ ５ ｏ
图 ５ 活 塞 、 字 头 的 网 格 划 分 十
２ ３ 活 塞 和 十 字 头 的 载 荷 和 边 界 条 件 ．
活塞 和十 字头 随 曲柄 角 的周期 性 旋转 变化做
往 复 运 动 ， 图 ３中 ， 出 活 塞 和 十 字 头 在 曲 柄 角 从 得
为 ８ 。 ２ ５ 时 所 受 的 综 合 活 塞 力 和 侧 向 力 最 ５和 ７ 。
大 ， 以 选 取 工 况 在 这 两 种 状 态 下 进 行 静 力 学 分 所 析。
（ ）当 一８ 。 ， 塞受 的力 有 盖侧 气 体力 、 １ ５时 活
轴侧气 体 力 和 往 复惯 性 力 ， Ｐ盖一 ～ １ ８ ７ ０ Ｎ， ５ ０ Ｐ轴一３ ８０ ０Ｎ， 复 惯 性 力 一 一８ ２ ２ Ｎ， ３ ０ 往 ９ 活塞
暑 嫖
示。
曲 柄角 度 Ｏ （ ） ／ 。 ／
图 ３ 压 缩 机 受 力 与 曲 柄 角 ａ的关 系
２ 有 限 元 模 型 的 建 立
２ １ 活塞和 十字 头 的的 三维建模 ．
根 据活 塞组 件和 十 字 头 的 Ｃ ＡＤ 图纸 提 供 的 精 确 尺 寸 ， 助 于 ｐｏ 借 ｒｅ三 维 零 件 建 模 软 件 ， 对 十 字头 和活塞 进行 三维 建模 。建 模效 果如 图 ４所
力 。
活塞 和十 字头 在作 往复 运动 时 的受力 变化情
图 １ 断 裂 十字 头 外 观
况 与 曲柄 转 角 ａ有 关 ， 文 借 助 于 文 献 所 介 本
绍 的借 助 于 Ｅ Ｅ 的 函数 计 算 功 能 ， 代 计 算 ＸＣ Ｌ 迭
出往 复惯 性 力 、 侧 气体 力 、 侧 气 体 力 、 盖 轴 综合 活
方 法 ， 同 类 问题 的 解 决 具 有 一 定 的 参 考 价 值 。 对 关 键 词 ： 复 式 压 缩机 活 塞 十 字 头 有 限 元 分 析 往
某 厂 型 号 为 ＤＷ 一 ８ ７ １ ． － ３ 一 双 列 双 级 １ ． （ １ ５ ５ ）Ｘ
的现 象 ， 产生 活塞 和 十字 头 断 裂 的 因素 是 多 方 面 的， 针对某 种 主要 原 因造 成 的断裂 现 象 ， 而采 取相