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

【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。 【关键词】：往复式压缩机 节能降耗 优化 有限元分析 软测量技术
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 主要符号说明8-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 往复式压缩机概述13-15
• 1.2.1 往复式压缩机的工作原理14
• 1.2.2 往复式压缩机研究现状14-15
• 1.3 本论文研究内容及意义15-17
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 研究意义16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第二章 往复式压缩机节能优化分析18-32
• 2.1 往复式压缩机优化分析概述18-21
• 2.1.1 目标函数18
• 2.1.2 约束条件和可行域18-19
• 2.1.3 数学模型19
• 2.1.4 最优化计算方法的分类及常用方法19-21
• 2.2 往复式压缩机设计基础21-28
• 2.2.1 总体设计21-22
• 2.2.2 压缩机的工作过程22-23
• 2.2.3 热力计算23-26
• 2.2.4 动力计算26-28
• 2.3 往复式压缩机节能优化分析28-31
• 2.3.1 一次优化29
• 2.3.2 二次优化29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 软测量技术在压缩机技术经济分析的应用研究32-39
• 3.1 软测量技术概述32-33
• 3.2 软测量技术的内容33-34
• 3.2.1 二次变量的选择33-34
• 3.2.2 输入数据的处理34
• 3.2.3 软测量模型的建立34
• 3.2.4 软测量模型的在线校正34
• 3.3 技术经济效益计算分析34-38
• 3.3.1 生产能力计算分析35
• 3.3.2 耗电量与经济效益计算分析35-37
• 3.3.3 等温效率与机械效率的计算分析37
• 3.3.4.两种方法校核计算与分析37-38
• 3.3.5 实际生产运行核算38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 往复式压缩机节能优化软件的开发39-55
• 4.1 软件工程简述39
• 4.2 软件需求分析39-41
• 4.2.1 主系统39-40
• 4.2.2 数据处理40-41
• 4.2.3 数据管理41
• 4.2.4 辅助功能41
• 4.3 操作系统平台和开发工具41-42
• 4.3.1 操作系统平台-Windows XP41
• 4.3.2 可视化开发工具C++ Builder6.041-42
• 4.3.3 数据库设计工具-MS SQL Server200042
• 4.4 程序结构42-43
• 4.5 软件设计43-52
• 4.5.1 程序主界面和菜单设计43-45
• 4.5.2 热力计算模块程序设计45-47
• 4.5.3 动力计算模块程序设计47-50
• 4.5.4 技术经济效益分析程序设计50-51
• 4.5.5 节能优化软件系统对ANSYS的直接调用51-52
• 4.6 软件实现52-54
• 4.6.1 Form(窗体)的使用52
• 4.6.2 数据库中数据的存取52-53
• 4.6.3 数据库结构设计53-54
• 4.7 本章小节54-55
• 第五章 工程应用实例55-69
• 5.1 应用实例来源55-56
• 5.2 热力计算56-61
• 5.3 动力计算及优化结果61-67
• 5.4 技术经济效益分析67-68
• 5.5 本章小节68-69
• 第六章 往复式压缩机关键部件的有限元分析研究69-93
• 6.1 有限元分析简介69-72
• 6.1.1 有限元分析69-70
• 6.1.2 ANSYS有限元分析软件70-71
• 6.1.3 耦合场分析71-72
• 6.2 气缸的有限元分析72-87
• 6.2.1 第Ⅰ级气缸有限元分析72-78
• 6.2.2 第Ⅶ级气缸有限元分析78-87
• 6.2.3 气缸有限元分析结论87
• 6.3 曲轴的有限元分析87-92
• 6.3.1 有限元建模,网格划分87
• 6.3.2 加载分析87-89
• 6.3.3 曲轴静强度分析89-91
• 6.3.4 曲轴有限元分析结论91-92
• 6.4 本章小结92-93
• 第七章 总结与展望93-97
• 7.1 本文总结93-95
• 7.2 课题展望95-97
• 参考文献97-101
• 致谢101-102
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参与导师项目102

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