隔膜压缩机因良好的密封性能而被广泛用于加氢站,但其以膜片往复压缩气体的特点使它不适合加氢站频繁启停的工况。基于隔膜压缩机的工作原理,提出一种以液压油直接驱动活塞压缩气体的新结构,并对液压系统进行设计,以适应加氢站频繁启停工况;为提高液驱系统性能,对液驱系统中活塞进行力学仿真与优化。结果表明与传统隔膜压缩机的同种机型对比,液压驱动隔膜压缩机占地面积为原机型的四分之一,解决了传统机型因频繁启停造成隔膜片寿命降低的问题。该结构设计为解决加氢站隔膜压缩机技术问题提供了理论价值。

针对气缸缸盖开裂导致隔膜压缩机运行安全问题,结合高温、高压工况下热应力因素的影响,对隔膜压缩机气缸缸盖的结构进行有限元分析研究,得到了缸盖开裂处受力状况与开裂处结构关联关系。考虑高温、高压工况下热应力因素的影响,应用有限元方法分析了隔膜压缩机气缸缸盖在工作工况下的受力情况,基于实验与分析结果对缸盖材料、结构进行了优化设计。仿真结果表明,经对缸盖的材料、结构的全面优化,在承受高压工况下隔膜压缩机的可靠性明显提高。

根据隔膜压缩机膜片的受力分析,建立了三层膜片层间接触力学模型。通过理论计算获得了不同挠度情况下膜片的挠度曲线、径向应力、周向应力及主剪切应力值。根据膜片不同挠度的应力分布,求出三层膜片接触面滑动区和黏着区的分布情况,发现可以通过改变膜片材料、膜片厚度来改善膜片层间接触状态,降低膜片层间摩擦磨损,对延长膜片的使用寿命具有重要意义。