往復壓縮機曲軸強度分析

王 瓊，秦志堅，屈宗長，馬曉紅

（1.西安交通大學能源與動力工程學院壓縮機研究所，陜西 西安 710049；2.吉林油田勘察設計院工藝室，吉林 松原138000）

1 引言

在石油、化工生產中，在利用管道輸送氣體時，常采用壓縮機增壓，以克服流動過程中的管道阻力，當輸送壓力較高時，高壓大型往復系列就是首選。大型往復活塞壓縮機曲軸受力情況復雜，4列以上時可能伴有扭轉振動的附加應力；曲軸形狀復雜，在承受載荷時，各斷面突變處、油孔處均能造成應力集中。在交變的彎曲和扭轉負荷下，這些應力集中處可能出現疲勞裂紋，甚而導致曲軸破壞，使得工業生產中斷，造成嚴重的經濟損失和安全事故。所以曲軸的應力計算和強度分析成為壓縮機設計過程中至關重要的一道程序。

利用有限元分析軟件對機器零部件進行強度分析是現代機械制造技術的一個重要手段。分析零部件在一定載荷作用下的應力、應變，可以預知零部件是否滿足強度要求，從而保證其可靠性。本文以4M12-2.5/250超臨界CO2往復壓縮機為研究對象，通過建立軸系有限元分析模型，對曲軸的強度進行了詳細分析，并結合材料力學，運用Ansys分析軟件，分析校核了該軸系的力學強度，檢測了軸系的安全可靠性，也為其它往復壓縮機的曲軸強度分析提供參考。

2 軸系的有限元模型

2.1 幾何模型

為了減少不必要的工作量，節省計算時間，在建立幾何模型時，將一些對分析結果影響較小的因素做了適當的簡化：