本發(fā)明涉及隔膜壓縮機(jī)，具體涉及一種拐點(diǎn)斜率可調(diào)節(jié)的雙橢圓膜腔型線生成方法及隔膜壓縮機(jī)。

背景技術(shù)：

1、隔膜壓縮機(jī)是一種利用膜片將油側(cè)和氣側(cè)分離開的容積式壓縮機(jī)，其工作原理是：通過電機(jī)驅(qū)動曲軸連桿，帶動活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)高壓油液的增壓和泄壓，進(jìn)而通過高壓油液推動膜片來實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮和排出。隔膜壓縮機(jī)由于其密封性好、壓比大的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于氫能源行業(yè)，尤其加氫站是其重要的使用場景之一，而膜片壽命、容積效率和膜頭強(qiáng)度問題，則是隔膜壓縮機(jī)研發(fā)過程中非常關(guān)鍵和解決困難的問題。膜片是隔膜壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行中的關(guān)鍵零部件，其工作性能直接影響壓縮機(jī)運(yùn)行的可靠性。在膜片損壞的過程中，損壞形式主要為壓塌、扭曲變形、磨損裂紋和機(jī)械疲勞，膜片的損壞將會導(dǎo)致其機(jī)械性能破壞，嚴(yán)重的甚至?xí)磔^大的經(jīng)濟(jì)損失。

2、目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的隔膜壓縮機(jī)膜腔型線為單指數(shù)小撓度膜腔型線，經(jīng)過長期的實(shí)踐和驗(yàn)證，其具有較好的可靠性和實(shí)踐基礎(chǔ)。但是，在隔膜壓縮機(jī)新機(jī)型開發(fā)設(shè)計(jì)的過程中，傳統(tǒng)單指數(shù)膜腔型線由膜腔半徑、單指數(shù)和最大撓度三個型線變量進(jìn)行調(diào)節(jié)，型線優(yōu)化范圍有限，難以調(diào)節(jié)由于膜腔型線拐點(diǎn)斜率變化引起的膜片應(yīng)力變化，無法適應(yīng)隔膜壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展和高壓高轉(zhuǎn)速新機(jī)型研發(fā)的市場需求的迫切需要，多參數(shù)膜腔型線優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高隔膜壓縮機(jī)可靠性和降低成本的有效途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種拐點(diǎn)斜率可調(diào)節(jié)的雙橢圓膜腔型線生成方法及隔膜壓縮機(jī)，能夠克服傳統(tǒng)單指數(shù)型線設(shè)計(jì)優(yōu)化參數(shù)不足、優(yōu)化范圍有限及拐點(diǎn)斜率難以調(diào)節(jié)的問題，適應(yīng)多樣化市場需求，優(yōu)化隔膜壓縮機(jī)可靠性和增加膜片壽命。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明有如下的技術(shù)方案：

3、第一方面，提供一種拐點(diǎn)斜率可調(diào)節(jié)的雙橢圓膜腔型線生成方法，包括：

4、確定特征橢圓s及初選拐點(diǎn)傾角以橢圓s中心為原點(diǎn)、長軸為x軸、短軸為y軸建立xoy坐標(biāo)系；定義拐點(diǎn)傾角表示型線段l1和型線段l2連接點(diǎn)在x’o’y’坐標(biāo)系中的傾角；

5、確定特征橢圓s上的任意一點(diǎn)p，坐標(biāo)通過(acosθp,bsinθp)進(jìn)行描述；定義特征橢圓s上的特征點(diǎn)q，坐標(biāo)通過(acosθq,bsinθq)進(jìn)行描述；定義q點(diǎn)為超越點(diǎn)，p點(diǎn)為追趕點(diǎn)，由此確定特征橢圓s下的固定拐點(diǎn)斜率傾角的橢圓段pq；

6、對xoy坐標(biāo)系下的橢圓段pq進(jìn)行坐標(biāo)變換，形成以p點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)、p點(diǎn)切線line_p方向?yàn)閤軸方向、pq線段位于新坐標(biāo)系第一象限的坐標(biāo)系x’o’y’；得到特征橢圓s在坐標(biāo)系x’o’y’下的點(diǎn)坐標(biāo)(x',y')及pq型線段l1的表示，獲得特征橢圓s上特征拐點(diǎn)傾角的任意橢圓型線段pq；

7、求解特征橢圓s上任意追趕點(diǎn)p及其對應(yīng)的超越點(diǎn)q，并獲得特征拐點(diǎn)傾角下的所有型線段pq橢圓線簇，得到pq橢圓線簇圍成膜腔型線的半徑和撓度范圍；

8、根據(jù)隔膜壓縮機(jī)膜頭型線設(shè)計(jì)需要，將不同的兩段pq橢圓型線l1和l2進(jìn)行組合連接，形成完整的隔膜壓縮機(jī)膜腔型線l，其滿足隔膜壓縮機(jī)膜腔型線的要求。

9、作為一種優(yōu)選的方案，所述特征橢圓s通過下式進(jìn)行描述：

10、

11、式中：a為特征橢圓s的長軸長度；b為特征橢圓s的短軸長度；θ為特征橢圓s的特征角；(x，y)為特征橢圓s上任意一點(diǎn)在xoy坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

12、作為一種優(yōu)選的方案，所述特征橢圓s上的任意一點(diǎn)p坐標(biāo)(acosθp,bsinθp)與特征橢圓s上的特征點(diǎn)q的坐標(biāo)(acosθq,bsinθq)之間滿足以下條件：

13、

14、沿著特征橢圓s逆時針旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎较?，q點(diǎn)在p點(diǎn)正向前方，由追趕點(diǎn)p求得且滿足上式條件的超越點(diǎn)q有兩個解，取|θq-θp|較小的q點(diǎn)作為定義超越點(diǎn)q。

15、作為一種優(yōu)選的方案，所述對xoy坐標(biāo)系下的橢圓段pq進(jìn)行坐標(biāo)變換的步驟如下：

16、

17、由此得到特征橢圓s在新的坐標(biāo)系x’o’y’下的點(diǎn)坐標(biāo)(x',y')，pq型線段l1通過下式進(jìn)行描述：

18、l1＝[x'(θ),y'(θ)]θ∈(θp,θq)

19、由此獲得特征橢圓s上特征拐點(diǎn)傾角的任意橢圓型線段pq。

20、作為一種優(yōu)選的方案，在x’o’y’坐標(biāo)系下，pq線簇在x’方向上的長度ra可以通過下式進(jìn)行描述：

21、

22、pq線簇在y’方向上的長度ha可以通過下式進(jìn)行描述：

23、

24、得到pq橢圓線簇圍成膜腔型線的半徑和撓度范圍：

25、

26、作為一種優(yōu)選的方案，所述根據(jù)隔膜壓縮機(jī)膜頭型線設(shè)計(jì)需要，將不同的兩段pq橢圓型線l1和l2進(jìn)行組合連接，形成完整的隔膜壓縮機(jī)膜腔型線l時，按照下式進(jìn)行求解：

27、

28、式中：d表示求導(dǎo)運(yùn)算；rmax為組合后隔膜壓縮機(jī)膜腔型線l的最大半徑，定義其為兩段pq橢圓型線l1和l2的ra長度之和。

29、作為一種優(yōu)選的方案，所述的雙橢圓膜腔型線表達(dá)式如下：

30、

31、組合橢圓型線具有以下特征：

32、

33、式中：rl表示組合后隔膜壓縮機(jī)膜腔型線l的膜腔半徑；kp表示組合后隔膜壓縮機(jī)膜腔型線l中的l1型線段和l2型線段連接拐點(diǎn)p在x’o’y’坐標(biāo)系中的傾角斜率。

34、作為一種優(yōu)選的方案，還包括對應(yīng)用組合后隔膜壓縮機(jī)膜腔型線l的隔膜壓縮機(jī)進(jìn)行膜片表面應(yīng)力分析，校核其是否滿足膜片許用應(yīng)力要求，如果不滿足，則通過調(diào)節(jié)拐點(diǎn)斜率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)或重新設(shè)計(jì)。

35、作為一種優(yōu)選的方案，按下式計(jì)算應(yīng)用組合后隔膜壓縮機(jī)膜腔型線l的隔膜壓縮機(jī)膜片在變形貼近膜腔型面時的最大最小表面應(yīng)力：

36、

37、δmin＝min{σpr±σmr,σpt±σmt}

38、δmax＝max{σpr±σmr,σpt±σmt}

39、式中，h為關(guān)于半徑r的膜腔型線方程；e為膜片材料楊氏模量；μ為膜片材料泊松比；t為膜片厚度；∫表示積分運(yùn)算；d表示微分運(yùn)算；σpr為膜片徑向正應(yīng)力；σpt為膜片周向正應(yīng)力；σmr為膜片徑向剪應(yīng)力；σmr為膜片周向剪應(yīng)力；δmin為膜片表面最小應(yīng)力；δmax為膜片表面最大應(yīng)力。

40、第二方面，提供一種隔膜壓縮機(jī)，具有根據(jù)所述拐點(diǎn)斜率可調(diào)節(jié)的雙橢圓膜腔型線生成方法設(shè)計(jì)得到的隔膜壓縮機(jī)膜頭。

41、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有如下的有益效果：

42、通過本發(fā)明拐點(diǎn)斜率可調(diào)節(jié)的雙橢圓膜腔型線生成方法可以生成連接拐點(diǎn)可控的組合膜腔型線，其滿足隔膜壓縮機(jī)膜腔型線所需要滿足的曲面條件，其具有橢圓長軸長度a、短軸長度b、拐點(diǎn)傾角膜腔半徑rl、膜腔撓度hl、型線生成特征角θp和可選型線曲線簇等多個設(shè)計(jì)參數(shù)，且具有拐點(diǎn)傾角可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，能夠克服傳統(tǒng)膜腔型線設(shè)計(jì)優(yōu)化參數(shù)不足、優(yōu)化范圍有限、拐點(diǎn)斜率難以調(diào)節(jié)的問題，有利于優(yōu)化設(shè)計(jì)膜腔型線拐點(diǎn)型線斜率變化幅度和優(yōu)化膜片表面應(yīng)力分布，使得型線設(shè)計(jì)更加靈活，更加適應(yīng)多變的設(shè)計(jì)工況和市場需求。通過多參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有利于提高隔膜壓縮機(jī)膜片壽命和整機(jī)可靠性。