隔膜压缩机膜腔线型的研究与设计

刘汉新

关键词：隔膜压缩机;膜片;有限元分析

Abstract：Metal diaphragm has the shortest performance life time compared to all of the other parts in diaphragm compressors.Using ANSYS software to analyze existing data， the resulting membrane stress distribution. To find the exact location of the diaphragm rupture occurs mainly; clamped circular plate with deflection deformation equation based research diaphragm and membrane stress theory cavity surface optimization method， while completing the film chamber size and the diaphragm surface design.

Key Words：Diaphragm compressor;Diaphragm;Finite element analysis

对于隔膜压缩机设计，增加金属隔膜的耐用性是隔膜压缩机设计的重中之重，金属膜片所处的运行环境相对复杂，金属膜片在工作中发生破裂的情况普遍发生。金属膜片在工作中承受上万次每分钟数的交变应力，导致材料疲劳而破坏。究其原因，通常与隔膜压缩机膜腔型线与金属膜片外形尺寸和应力状况密不可分。合理设计模腔几何尺寸及模腔线性能改善应力分布，进而增加膜片的使用寿命。本文提供一种应用有限元改善压缩机膜腔曲面设计的一种有效方法。研究方法如下：

压缩机的膜腔曲面依靠挠度方程确定（如下）。进行金属膜片和膜腔的网格划分，在金属膜片阀孔处的附加应力可以暂不考虑。设置膜腔为刚体。

参数改进：有了压缩机实际测量的数据，接下来利用ANSYS有限元软件对实测数据进行了进一步的分析和研究。研究膜腔曲面挠度方程能够得出，膜腔型线形状由参数z、W0、R所控制，当其中两个参数保持不变，调节另外一个参数时，金属膜片上应力分布的状态随之发生变化。依照上述分析思路，将膜腔线性结构参数进行改进。不难发现，膜腔半径R值对设计膜腔曲面形状没有太大意义，膜腔半径R值增加会造成压缩机体积和重量的增加而不会改变膜腔型线的形状。让R值固定不变，让z值和W0值上下变动。

参考上述方法，对压缩机实测的数据用ANSYS分析。在R、W0值固定的前提下变化挠度指数z，反复ANSYS分析得出如表1所示。

从上面图表可以得出：最大应力在z为2.5-2.9时最小，并且以这个区域为中心可以找到不同z值但应力值相同的点。可以得出，改进后的参数比实测数据所形成的膜腔曲面可以保持金属膜片拥有更长的使用寿命。

综上所述，膜片的最大形变曲面与膜腔的曲面重合，通过对金属膜片的应力应变进行了分析，推导出膜片最大变形曲面的挠度方程，同时应用膜片受力挠度方程对膜腔曲面进行近似。并应用ANSYS软件模拟膜片应力状态，对膜腔曲线方程进行分析、运用ANSYS有限元软件分析挠度指数的变化对膜片受力的影响，找出合理的挠度指数变化区间。找出最理想的一组膜腔曲面参数。使膜片的工作寿命得到进一步提高。

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