[發明專利]冷能空分裝置分析方法

在審

• 申請號: 201710543438.8
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107341308A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 孟繼綱;肖忠會;邵學博;王開宇;李凱華;張忠偉;趙曉娜;于小丹;張弛;戴婉婷
• 申請（專利權）人: 沈陽鼓風機集團股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司11448
• 代理人: 王書彪,劉艷芬

技術領域

本發明涉及機械設備的設計分析方法，尤其涉及冷能空分裝置的設計分析方法。

背景技術

長輸管線壓縮機冷能空分裝置中采用的離心式低溫氮氣壓縮機，壓縮機入口溫度能夠達到零下100多攝氏度。如此低溫的運行條件帶來的問題很多，比較典型的是機器開車與停車過程中機組會承受溫差較大的低溫沖擊，由此可能導致轉動部件與固定部件之間出現碰磨甚至卡死等機械配合問題；另外，在經歷啟停車過程中，機組各零部件自身以及相互之間由于熱效應造成的接觸狀態變化會造成結構內部或者部件接觸面之間的應力交變，進而導致工程中常見的熱-機疲勞問題。

在現有行業內部，針對冷能空壓機整機的力學分析尚未有成型的分析方法，特別是針對整機的低溫沖擊問題以及轉定子碰磨問題，未見成型的分析方法。

發明內容

為了彌補現有技術的空白，本發明提出一種在低溫條件下的冷能空壓機組分析方法。

所述一種冷能空分裝置分析方法，包括：

建立冷能空分裝置三維實體有限元模型；

分析機組運行過程中的瞬態溫度場；

分析機組的熱載荷耦合情況；

對機組進行熱機疲勞分析。

進一步地，所述分析機組運行過程中的瞬態溫度場包括：

分析所述冷能空分裝置從機組啟動到機組表面溫度不再發生變化的時間內，各個時間點機組的溫度場分布。

進一步地，所述分析機組的熱載荷耦合情況包括：

基于瞬態溫度場，對冷能空分裝置進行熱載荷耦合分析。

進一步地，所述基于瞬態溫度場，對冷能空分裝置進行熱載荷耦合分析包括：

將瞬態溫度場作為影響因子導入機組的結構計算中，對獲得某一時間點上的機組各部件在溫度影響下的應力與變形情況進行分析。

進一步地，所述對冷能空分裝置進行熱載荷耦合分析包括：

對所述冷能空分裝置中的轉子施加離心力以模擬旋轉，導入轉子的瞬態溫度場影響因子；

對獲得的所述轉子熱載荷耦合情況進行分析。

進一步地，所述對冷能空分裝置進行熱機疲勞分析包括：

結合瞬態溫度場和熱載荷耦合，整合ASME標準設計S-N疲勞曲線，當使用系數U＜1時，則所述冷能空分裝置符合疲勞測試評定。

進一步地，所述建立冷能空分裝置三維實體有限元模型包括

建立冷能空分裝置的三維裝配體幾何模型；

基于所述三維裝配體幾何模型，建立包含非線性接觸的冷能空分裝置三維實體有限元模型。

進一步地，還包括：

對冷能空分裝置的三維裝配體幾何模型進行簡化；

所述對幾何模型的簡化包括剔除工藝細節和簡化軸承。

進一步地，還包括：

獲取分析方法的基礎條件值；

所述基礎條件值包括：所述冷能空分裝置進口及出口的溫度、壓力；葉輪運行工況下的溫度、壓力。

進一步地，所述獲取分析方法的基礎條件值還包括：

根據各零件的材料及對應的熱學參數，結合幾何特征，確定流體與結構的對流換熱系數。

本發明所述冷能空壓機分析方法，通過對機組進行有限元建模，在低溫條件下分析機組的瞬態溫度場分布，將瞬態溫度場分布作為影響因子，對機組進行熱荷載耦合情況的分析，以評價機組的結構應力和有無碰磨情況的產生，再結合熱荷載耦合分析結果，對機組的熱疲勞情況進行評價。

附圖說明

當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定，如圖其中：

圖1為本發明所述分析方法一個實施例的流程圖；

圖2為一個實施例機組開啟時，瞬態溫度場分布情況；

圖3為一個實施例機組運行到約半個時長時，瞬態溫度場分布情況；

圖4為一個實施例機組運行溫度穩定后，瞬態溫度場分布情況。

具體實施方式

下面結合說明書附圖，對本發明所述冷能空分裝置分析方法的具體實施方式進行說明。

本實施例所述的冷能空分裝置的分析方法包括如下步驟：

(一)建立冷能空分裝置三維實體有限元模型；

具體的，包括S11、建立冷能空分裝置的三維裝配體幾何模型；