科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

往复式压缩机广泛地应用于国防、机械、冶金和化工等各行各业。气阀是控制气体进出压缩机的关键件。气阀的工作条件非常恶劣，如高频率冲击负荷、高压力、高温度和介质腐蚀等，因此气阀也是压缩机三大易损件之一。气阀寿命是压缩机质量的重要指标之一，气阀的可靠性与经济性直接决定压缩机的可靠性与经济性，进而对社会经济效益具有重大影响。压缩机气阀的可靠性很大程度上取决于气阀阀片的运动规律，气阀运动规律的好坏则取决于气阀弹性元件的设计是否合理。设计合理的气阀弹性元件，其寿命能超过8 000h，而设计不合理的气阀弹性元件，现发现的最短寿命仅十几小时。可见弹性元件的设计对压缩机气阀和整台压缩机都是非常重要的。气阀弹性元件设计得好与坏，取决于其弹性元件是否适宜。压缩机气阀良好的运动规律是其具有良好经济性及可靠性的首要条件，因此气阀弹性元件设计尤为重要。到目前为止，绝大多数往复式压缩机气阀都采用环状气阀和网状气阀，其典型特征是阀片下面带有弹簧，通常为螺旋弹簧，这些螺旋弹簧构成了环状气阀的弹性元件和网状气阀弹性元件的一部分。

需解决的主要技术难题

目前我们遇到的主要技术难题，迫切需要解决：

1.往复泵阀弹簧性能设计不够精细化

针对不同介质粘度及压力下阀关闭及时性研究。泵阀弹簧是往复泵泵阀系统中的重要组成部分﹐性能的好坏直接影响到泵阀系统性能的好坏。由于泵阀运动是周期性的,所以泵阀弹簧在工作中承受交变应力。此外﹐由于泵阀开启高度有限制，泵阀弹簧的尺寸也受到了极大的约束﹐泵阀弹簧设计必须综合考虑弹力、强度和抗疲劳强度。

2.高压往复运动下的密封结构及寿命出现瓶颈。

主要分为两方面:一是对螺旋弹簧的优化设计;二是对弹簧疲劳断裂及疲劳寿命的研究。急需要利用有限元仿真分析求出在时间位移载荷下的工作应力,对仿真数据进行分析后找出失效原因并提出改进方案。

期望实现的主要技术目标

希望达到如下技术目标：

1)有限元模型的建立和导入。

为了尽量接近泵阀弹簧的实际工作情况﹐分析时将阀锥芯、阀座和泵阀弹簧一起进行分析﹐同时为了方便观察分析结果﹐将泵阀弹簧模型进行简化。根据设计图纸,利用solidworks建立泵阀弹簧和简化的阀锥芯、阀座三维数字模型,并把它们组装成装配体﹐将文件以xt格式保存后导入到有限元分析软件ansys workbench中,采用静态结构非线性分析。

2）添加模型材料属性。

阀锥芯和阀座的材料都为3Cr13,弹簧材料为50CrVA。

需求解析

解析单位：“科创中国”现代农业产业科技服务团（中国农业工程学会） 解析时间：2022-10-31

郑以宏

中国农业工程学会

研究员

综合评价

需求描述非常清晰，此项技术属于行业共性问题，我们的技术专家基本可以解决，在疫情允许的前提下，可以到现场指导企业生产。

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处理进度