往复式压缩机节能优化软件开发及典型零部件有限元分析研究

论文摘要

往复式压缩机是合成氨生产中的心脏设备,同时也是高能耗设备,占氨合成工段能耗的70%左右。本文从该类压缩机的热力计算和动力计算着手,开发节能优化软件,利用软测量技术,使合成氨生产中的主要技术经济指标更为直观;以安徽金禾实业有限公司合成氨厂MH-92/320-A氮氢气压缩机运行现状为例,单机耗电量可节约2.34%。同时还对往复式压缩机典型零部件进行有限元分析,为这些零部件的设计、改造提供科学依据,更能保证其安全运行。本文主要的研究内容和成果如下:（1）针对中、小型合成氨企业压缩车间现用的工艺流程和工艺参数,确定往复式压缩机热力计算、动力计算分析中的目标函数及设计变量,建立节能降耗的优化计算模型;用C++Builder6.0软件编制和开发了往复式压缩机节能优化分析程序。该程序能进行常规的热力及动力计算,通过优化模型的计算分析,得出节能降耗的最优方案。采用SQL Server软件设计数据库,建立具有数据方案保存、导入、删除、更名等功能的数据库管理模块,为优化程序计算数据服务。（2）由于目前往复式压缩机实际运行中不能直接测得可以直观反映节能效果的参数,本文利用软测量技术,把技术经济指标作为不可测主导变量,以常规仪表可显示的合成气体流量、压缩机的电压、电流等指标作为可测辅助变量,确立两者数学关系,建立供技术经济效益分析的软测量模型,并在节能优化软件总平台中开发出相应模块,使节能优化后的技术经济指标得以直接读取。（3）利用ANSYS有限元计算分析软件对压缩机典型的零部件气缸和曲轴进行有限元分析,实现了对其结构的整体和局部应力强度计算。另外在节能优化软件总平台中实现对ANSYS的直接调用,方便用户进行有限元计算分析。课题的研究是各有关学科知识的交叉应用,据此,建立了知识融合和技术创新的总平台,既可降低电耗,又能提高安全生产可靠性,将有实际的经济效益与社会意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 往复式压缩机概述
• 1.2.1 往复式压缩机的工作原理
• 1.2.2 往复式压缩机研究现状
• 1.3 本论文研究内容及意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 本章小结
• 第二章 往复式压缩机节能优化分析
• 2.1 往复式压缩机优化分析概述
• 2.1.1 目标函数
• 2.1.2 约束条件和可行域
• 2.1.3 数学模型
• 2.1.4 最优化计算方法的分类及常用方法
• 2.2 往复式压缩机设计基础
• 2.2.1 总体设计
• 2.2.2 压缩机的工作过程
• 2.2.3 热力计算
• 2.2.4 动力计算
• 2.3 往复式压缩机节能优化分析
• 2.3.1 一次优化
• 2.3.2 二次优化
• 2.4 本章小结
• 第三章 软测量技术在压缩机技术经济分析的应用研究
• 3.1 软测量技术概述
• 3.2 软测量技术的内容
• 3.2.1 二次变量的选择
• 3.2.2 输入数据的处理
• 3.2.3 软测量模型的建立
• 3.2.4 软测量模型的在线校正
• 3.3 技术经济效益计算分析
• 3.3.1 生产能力计算分析
• 3.3.2 耗电量与经济效益计算分析
• 3.3.3 等温效率与机械效率的计算分析
• 3.3.4.两种方法校核计算与分析
• 3.3.5 实际生产运行核算
• 3.4 本章小结
• 第四章 往复式压缩机节能优化软件的开发
• 4.1 软件工程简述
• 4.2 软件需求分析
• 4.2.1 主系统
• 4.2.2 数据处理
• 4.2.3 数据管理
• 4.2.4 辅助功能
• 4.3 操作系统平台和开发工具
• 4.3.1 操作系统平台-Windows XP
• 4.3.2 可视化开发工具C++ Builder6.0
• 4.3.3 数据库设计工具-MS SQL Server2000
• 4.4 程序结构
• 4.5 软件设计
• 4.5.1 程序主界面和菜单设计
• 4.5.2 热力计算模块程序设计
• 4.5.3 动力计算模块程序设计
• 4.5.4 技术经济效益分析程序设计
• 4.5.5 节能优化软件系统对ANSYS的直接调用
• 4.6 软件实现
• 4.6.1 Form（窗体）的使用
• 4.6.2 数据库中数据的存取
• 4.6.3 数据库结构设计
• 4.7 本章小节
• 第五章 工程应用实例
• 5.1 应用实例来源
• 5.2 热力计算
• 5.3 动力计算及优化结果
• 5.4 技术经济效益分析
• 5.5 本章小节
• 第六章 往复式压缩机关键部件的有限元分析研究
• 6.1 有限元分析简介
• 6.1.1 有限元分析
• 6.1.2 ANSYS有限元分析软件
• 6.1.3 耦合场分析
• 6.2 气缸的有限元分析
• 6.2.1 第Ⅰ级气缸有限元分析
• 6.2.2 第Ⅶ级气缸有限元分析
• 6.2.3 气缸有限元分析结论
• 6.3 曲轴的有限元分析
• 6.3.1 有限元建模,网格划分
• 6.3.2 加载分析
• 6.3.3 曲轴静强度分析
• 6.3.4 曲轴有限元分析结论
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参与导师项目