新型缸体结构的应力分析.pdf
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1、书书书应用与测试 年 期(总第 期)新型缸体结构的应力分析刘旭,张建云,李宁,丛晓梅,董永强(沈阳鼓风机集团往复机有限公司,辽宁 沈阳 )摘要:往复压缩机气缸的缸体材料,通常根据工作压力、缸径大小选取,常用的材料为合金铸铁,球磨铸铁和整体锻件,铸钢材料作为一种适用于较高工作压力的材料而被提出,并且适用范围广泛,对于铸钢材料的新结构缸体进行了应力分析和疲劳分析,直观的反应了新结构缸体的应力分布状态及使用寿命,明确了铸钢材料和新结构的可行性和合理性。关键词:缸体;铸造碳钢;应力分析中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:项目:沈阳市科学技术局立项科研项目“万千瓦级大型往复压缩机核心部件高效
2、高可靠性技术攻关项目”(),(,):,:;引言往复压缩机在石油化工、煤化工,医药食品等行业,应用广泛。对于氢气这种逃逸较高的工艺介质、或者是工作压力较高、压比较大的工艺工况,往复式压缩机尤为适用。气缸的缸体作为往复式压缩机的重要组成部分,在材料选择方面,通常采用合金铸铁 、球墨铸铁 、或者是 锻件。但是 种材料都具有一定的局限性:合金铸铁 的适用压力较低;球磨铸铁 和 相对来说适用的工作压力高一些,但是,铸件普遍存在夹杂、疏松、沙眼等缺陷,加之金相组织和铸造工艺的影响,球墨铸铁材料在压力高、并且分子量小的工艺条件下,气密试验方面很难完成,容易发生泄漏,进而多次返修;对于 锻件材料,倒是不存在上
3、诉问题,但是本身的制造成本会大大增加。应用与测试 年 期(总第 期)本文对于铸钢材料的新型缸体结构,进行了有限元应力分析,直观的反应了新型缸体结构的应力状态和结构的合理性。概况气缸材料的选择与工作压力和缸径有关,伴随着缸径的增大,需要增加缸体壁厚来提升缸体的最高许用工作压力。对于常用的铸铁材料,由于缸体壁厚的增加,会直接影响铸造的质量,夹杂,疏松,砂眼和裂纹等缺陷成比例增加,极大的提升了铸造的难度,甚至是可行性。铸钢材料在性能上有很大的提升,同时从铸造特性上来讲,更适合较高工作压力对于缸体壁厚增加的需求,因此,引用铸钢材料十分必要。第 版中对于气缸材料的最高许用工作压力规定如下 :从表 可以看
4、出,铸钢最高许用工作压力仅次于锻钢材料,在不考虑缸径影响的情况下,最高许用压力为 ,从其数值来看,铸钢材料的适用范围相当广泛。但是,铸钢材料的铸造特性也有一定的局限性,对于结构复杂,流动性受限的结构,因为铸钢的流动性较差,会导致浇筑冒口过多,难以实现;而且局部转角和末端提前冷却,疏松、砂眼和夹杂等铸造缺陷激增,甚至难以完成浇筑;同时在浇筑模拟过程中得到的结果不理想,难以确定浇筑方案等诸多问题,往往难以保证铸造质量。在以往的生产制造过程中,因为气缸缸体结构本身比较复杂,铸钢材料难以适用,因此,以往在缸体的材料选择上很少选用铸钢材料。近年,因为新型缸体结构的推出,在结构上进行了很大程度的优化,以适
5、合铸钢材料的铸造特性,同时,得益于铸造方法和工艺的大幅提升,使表 材料最高许用工作压力 铸铁 球墨铸铁 铸钢 锻钢无限制得铸钢缸体可以被广泛使用。模型建立与结构特点本文分别建立了新型铸钢的缸体结构和同样应用广泛的羊角型铸铁缸体结构。通过对比可以看出,新型的缸体结构与羊角型结构的缸体,有明显的结构区别。()从直观的角度观察,羊角型结构的缸体外形变化较多,结构较为复杂,对于铸造木型的制造加工和浇筑工艺都要求较高。因合金铸铁和球墨铸铁材料在铸造过程中,流动性和可塑性较强,而且其铸造特性是越薄越好,可以有效的减少铸造缺陷,同时,合金铸铁和球墨铸铁材料在以往的生产制造过程中应用广泛,积累了相当成熟的铸造
6、工艺,也就是说羊角型结构的缸体比较适用于合金铸铁或者球磨铸铁材料,换做铸钢材料,较难实现。然而,新型的缸体结构外形变化平顺,缸体结构的外形,沿着缸体中心的轴线方向上基本不变,所以,这种新型的缸体结构,对于铸造材料浇筑性能的要求更低,更有利于铸造的浇筑过程,迎合了铸钢材料在浇筑过程中流动性差的特性,可以极大的减少可能出现的铸造缺陷,进而提升产品的性能和质量。()羊角型缸体的水腔部分几乎覆盖整个缸体的工作区域;新型缸体结构的水腔相对来说较小一些,缺少进排气口方向的水腔,但是,考虑到材料本身的导热性能良好,同时,可以通过增加水量的方式来增加传热效果,进而弥补水腔较小的问题。()新型的缸体结构采用无缸
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