【乐虎集团的官方网站 】1 项目概况

　　1.1 项目研究目标与难点

　　打破国外技术壁垒，掌握一批具有自主知识产权、达到国际同等水平的nianxiangyuan 设计、制造技术，实现25MPa高压储气库nianxiangyuan 的国产化，实现“零”的突破，提升储气库nianxiangyuan 设计研发能力，为我国储气库工程建设提供质优价廉、安全可靠的国产nianxiangyuan ，为我国储气库工程建设提供大型、关键的国产化装备保障，为国民经济发展作出贡献。

　　项目研发面临四大难题：

　　储气库nianxiangyuan 宽工况设计；高压气缸设计及密封问题；高压气缸套磨损控制；长薄壁缸套制造问题。

　　1.2 项目合同规定的任务

　　1）高压大缸径气缸开发

　　（a）结构形式研究；（b）安全性研究；（c）耐磨性研究；（d）冷却方式研究；（e）切削加工性研究。

　　2）高压填料、活塞环设计研究

　　（a）填料耐磨性研究；（b）填料长寿命研究；（c）填料密封性研究；（d）活塞环、支撑环结构形式研究；（e）支撑环压应力研究。

　　3）高压冷却器设计研究

　　（a）结构形式研究；（b）减振性研究；（c）抗疲劳研究；（d）降噪研究。

　　4）高压容器研究

　　（a）高压动载荷设计研究；（b）疲劳强度研究；（c）末级高精度过滤器研究。

　　5）nianxiangyuan 组振动控制研究

　　（a）脉动及振动的成因研究；（b）nianxiangyuan 组扭振分析；（c）整机脉动分析研究。
 

　　1.3 项目考核指标

　　（1）主要技术指标（见表1）

　　（2）主要经济指标

　　通过成功进行天然气储气库nianxiangyuan 国产化研制，单机采购成本比同类型进口机组降低30%左右。

　　（3）专有技术及论文

　　● 2项专有技术：高压气缸结构设计

　　气缸缸套热处理工艺

　　● 2项制造技术：高压气缸结构设计

　　气缸缸套热处理

　　● 发表论文1篇

　　2 项目实施情况

　　2.1 项目目标、任务总体完成情况

　　本项目完成合同规定的5项任务，研制出1台储气库nianxiangyuan 组，建立了1套技术规范，形成专利1项、专有技术2项、制造技术2项，发表论文2篇，培养技术骨干10人，全面完成各项考核任务。

　　（1）全面完成合同要求的各项研究内容（见表2）：

　　（2）全面完成合同任务指标

　　1）预期成果完成情况

　　全面完成合同预期成果（见表3）。

　　2）技术考核指标完成情况

　　项目的17项技术指标全部完成，达到考核要求（表4）

　　3）主要经济指标

　　通过成功进行天然气储气库nianxiangyuan 国产化研制，单机采购成本比同类型进口机组降低50%左右（表5）。

　　4）完成厂内主要试验（表6）

　　2.2 主要成果情况

　　通过本项目的开展与实施，形成4大核心成果（表7）。

　　2.2.1 形成了储气库nianxiangyuan 宽工况设计技术

　　通过热力学专用软件计算分析，研究nianxiangyuan 动力特性及振动控制分析，形成储气库nianxiangyuan 主机配置及机组总体设计方案。

　　（1）储气库nianxiangyuan 总体方案

　　通过方案设计，提出二种主机配置方案进行对比分析，一种方案为四缸二级压缩，一级气缸两个，二级气缸两个；另一种方案为二缸二级压缩，一级气缸一个，二级气缸一个，二种方案的一级气缸均配有可调余隙。

　　对两种方案进行计算，通过分析可知：

　　1）四列机组比二列机组行程短，活塞线速度低；

　　2）四列机组比二列机组综合杆载更小，提高了机组的安全性 ；

　　3）二列机组的气体力较大，且反向角很小，为保证机组有一定的反向角，二级气缸需要设置尾杆（贯穿活塞杆）。四列机组不存在反向角小的问题。

　　4）四列机组比二列机组的不平衡力矩要小，因此四列机组的振动要小（图1）。

　　（2）nianxiangyuan 负载柔性控制技术

　　1）nianxiangyuan 负载启动柔性控制技术

　　研究压缩过程负荷特性，采用递阶控制结构，创建nianxiangyuan 负载柔性控制方法，协调控制先导阀组与进气阀门，适应高压进气变化，降低机组启动负载。

　　2）nianxiangyuan 加/卸负载柔性控制技术

　　研究机组加\卸负载特性，采用模糊控制技术，创建负荷柔性调节方法，实现加载平稳渐进、卸载回流控制。避免加载对电网干扰、卸载高压对罐体容器和安全阀冲击。根据实时检测排气压力变化值调整加载阀门关闭速度，使机组负载在一个合理的变化规律内缓慢增加，减小对电机轴承损害和对电网的干扰；根据实时检测进、排压力变化值调整阀门开启速度，减小高压气回流对进气洗涤罐内滤网的冲击力，同时可保证卸载时机组进气管线内压力不超过安全阀工作设定值。

　　（3）nianxiangyuan 振动控制技术

　　采用API618规定的第三种方法进行气流脉动分析，优化管线、支撑布置和缓冲罐结构，减小气流脉动力，降低管线振动。

　　a） nianxiangyuan 和管路系统的固有频率分析

　　b） nianxiangyuan 力学模型的受力机械响应分析

　　c） 管路系统受力机械响应（图2）

　　1）nianxiangyuan 振动控制技术轴系共振控制

　　针对nianxiangyuan 轴系进行了动力学分析。在往复式nianxiangyuan 轴系中施加活塞、连杆、十字头以及驱动电机转子等惯性质量的基本方法，建立考虑各种惯性质量的轴系动力学分析模型，选取了集总参数法，对轴系进行了简化，将模型继续简化成有限个自由度的模型。在构成集总参数模型时，对轴系的总节点数N由一定的要求（图3）

　　对轴系进行了简化：分布质量离散化，集总到许多节点上，简化成有限个自由度的分析模型（END～MBR为nianxiangyuan 轴，CP1～CP2为联轴器，MN1～AUX为电机轴）。

　　（公式中Zi为转子第i个截面的受力和变形状态的状态矢量，Xi为截面的径向位移，ai绕角，Mi为弯矩，Qi为剪力，l为轴段长度；E为材料的弹性模量；I为轴段的截面矩；V则为考虑截面上剪切影响的系数：          其中G为材料的切变模量；Ar为截面积，Kt为截面系数。）

　　研究nianxiangyuan 动力特性，采用转子动力学分析，建立了集总参数模型后，采用传递矩阵法（如图4），建立这些构件两端状态矢量之间的传递关系，利用连续条件，得到整个轴系两端截面的状态矢量之间的关系式，再根据轴系的边界条件就可导出频率方程式，求解频率方程式，得到轴系的各阶固有频率和振型，形成扭转振动分析方法，掌握了扭振控制技术，避免轴系共振计算轴系临界转速和瞬态响应（图5）。

　　因整个轴系中，z*薄弱、z*有可能发生破坏的部件为联轴器，分析得到轴系的响应幅值小于联轴器许用扭矩值，确认轴系安全。

　　2）nianxiangyuan 振动控制技术-气流脉动力控制

　　根据nianxiangyuan 气流脉动声学特性及声阻抗网络分析模型技术，建立nianxiangyuan 管系和元件结构的三维分析模型，提供管系和元件的振动分析数学模型。考虑环境因素（管系与外界的热交换、环境噪声等）的情况下，建立更加完善的数学模型和特征型方程组，分析储气库工况要求，算了模型固有频率及响应，形成脉动分析方法，掌握脉动控制技术，优化工艺气管路设计（图6,7,8）。

　　图8左为排气缓冲罐改进前不平衡力曲线图，图8右为排气缓冲罐改进后的不平衡力曲线，红色曲线为API618标准规定值。通过气流脉动分析后，发现有些频率段脉动不平衡力很大，通过改进设计后，降不平衡力降低到标准值以下。

　　3）nianxiangyuan 振动控制技术-机械振动控制

　　采用有限元分析理论，建立了弹性体物理方程矩阵（如图9）和机组有限元模型（如图10），找到其固有频率及频响特性，提出解决方案（如图11），掌握机械振动分析方法，优化机组结构设计。

　　其中  为正应力， 为剪应力， 为弹性体沿X轴正方向的位移， 为Y轴正方向的位移， 为Z轴正方向的位移，G为剪切模量。

　　通过机械振动分析后，需要提高洗涤罐支撑座固有频率，避免与机组发生共振。

　　（3）高压高精度气液分离技术

　　1）论证了不同分离结构的过滤效果，形成高压大排量高精度过滤分离方案，控制天然气出口含液量低于1ppm。

　　2）分析液体的聚结特性，优选了“层压法”处理过滤滤芯， 该滤芯不但可以满足技术要求，并且极大延长了滤芯使用寿命，滤芯的z*大更换周期在18个月。采用“层压法”聚结滤芯可将工艺气流中的液体污染物去除至0.01ppmw以下，同时对天然气中少量固体颗粒物的去除率为99.98%（0.3um以上）。该聚结滤芯在生产工艺中采用了疏油处理技术，可以将聚结液体在只占整个滤芯25-30%的底部排除，从而避免液沫夹带现象，防止聚结液体润湿介质，加速液体在介质纤维上的排出。

　　3）末级高压分离器，因工作压力变化范围较大，气流脉动影响较大，承受各种静、动载荷或交变载荷，还有附加的机械或温度载荷，情况很复杂。因此在设计时，选择厚壁管补强，运用等面积补强法对末级分离器进口接管开孔进行补强设计，进行疲劳分析，评定结构承受疲劳载荷的能力，保证承受交变载荷的容器不致在其寿命期限内发生疲劳破坏。z*终设计出开式分段高压高精度过滤器结构和专用液压工具，解决了高压大壁厚大通径制造难题（图12,13）。

 

　　<本文未完待续，更多精彩见下期>
 

来源：中石化石油机械股份有限公司nianxiangyuan 分公司