隔膜壓縮機膜腔線型的研究與設計

劉漢新

關鍵詞：隔膜壓縮機;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

對于隔膜壓縮機設計，增加金屬隔膜的耐用性是隔膜壓縮機設計的重中之重，金屬膜片所處的運行環境相對復雜，金屬膜片在工作中發生破裂的情況普遍發生。金屬膜片在工作中承受上萬次每分鐘數的交變應力，導致材料疲勞而破壞。究其原因，通常與隔膜壓縮機膜腔型線與金屬膜片外形尺寸和應力狀況密不可分。合理設計模腔幾何尺寸及模腔線性能改善應力分布，進而增加膜片的使用壽命。本文提供一種應用有限元改善壓縮機膜腔曲面設計的一種有效方法。研究方法如下：

壓縮機的膜腔曲面依靠撓度方程確定（如下）。進行金屬膜片和膜腔的網格劃分，在金屬膜片閥孔處的附加應力可以暫不考慮。設置膜腔為剛體。

參數改進：有了壓縮機實際測量的數據，接下來利用ANSYS有限元軟件對實測數據進行了進一步的分析和研究。研究膜腔曲面撓度方程能夠得出，膜腔型線形狀由參數z、W0、R所控制，當其中兩個參數保持不變，調節另外一個參數時，金屬膜片上應力分布的狀態隨之發生變化。依照上述分析思路，將膜腔線性結構參數進行改進。不難發現，膜腔半徑R值對設計膜腔曲面形狀沒有太大意義，膜腔半徑R值增加會造成壓縮機體積和重量的增加而不會改變膜腔型線的形狀。讓R值固定不變，讓z值和W0值上下變動。

參考上述方法，對壓縮機實測的數據用ANSYS分析。在R、W0值固定的前提下變化撓度指數z，反復ANSYS分析得出如表1所示。

從上面圖表可以得出：最大應力在z為2.5-2.9時最小，并且以這個區域為中心可以找到不同z值但應力值相同的點。可以得出，改進后的參數比實測數據所形成的膜腔曲面可以保持金屬膜片擁有更長的使用壽命。

綜上所述，膜片的最大形變曲面與膜腔的曲面重合，通過對金屬膜片的應力應變進行了分析，推導出膜片最大變形曲面的撓度方程，同時應用膜片受力撓度方程對膜腔曲面進行近似。并應用ANSYS軟件模擬膜片應力狀態，對膜腔曲線方程進行分析、運用ANSYS有限元軟件分析撓度指數的變化對膜片受力的影響，找出合理的撓度指數變化區間。找出最理想的一組膜腔曲面參數。使膜片的工作壽命得到進一步提高。

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