【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隔膜压缩机，具体涉及一种加氢站用高压隔膜压缩机膜头。
技术介绍
1、氢能源是一种二次清洁能源，其燃烧的产物是水，具有能量密度大、燃烧热值高、来源广、可储存、可再生、可电可燃、零污染、零碳排等优点，有助于解决能源危机以及环境污染等问题。
2、在氢能应用领域，氢能的储运加注存在低压到高压、气态到多相态的技术发展路径，作为加氢站核心设备的压缩机在整个加氢站中起着举足轻重的作用。其中，隔膜压缩机由于具有无污染、压缩比高、无泄漏以及接近于等温压缩等优点，成为加氢站建设时的首选压缩机，其压缩效率直接决定加氢站的效率和运营成本。
3、隔膜压缩机是一种容积式压缩机，其压缩核心为膜腔，膜片被夹持于其中，且将膜腔分为气腔和油腔，膜片在膜腔中的运动会造成气腔及油腔容积的变化，进而根据容积的变化程度对气体进行压缩及输送，同时膜片可对气腔和油腔进行有效隔绝，保证压缩媒介不会因泄漏导致污染。如专利技术人知晓的一种隔膜压缩机膜头腔型及膜片结构，参见图1-图2，其包括法兰连接的缸盖1与缸体2，以及紧固夹设于缸盖1与缸体2间的膜片3，在隔膜压缩机的进气和排气过程中，由于液、气压力差作用，气体进入气腔中，导致膜片发生向上鼓起或向下凹陷的交变应力和变形，其气腔及油腔轮廓呈关于膜片对称的挠曲线形。
4、但本申请专利技术人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：上述隔膜压缩机压缩效率低，且易发生氢气或液压油的泄漏。
5、公开于该
技术介绍
部分的信息仅用于加深对本公开的
技术介绍
的理
技术实现思路
1、专利技术人通过研究发现：现有隔膜压缩机气腔形状为隔膜变形后的挠曲线形，该曲线形状限制了气腔容积，进而导致氢气压缩体积受限，从而使得隔膜压缩机压缩效率低下，压缩相同量的氢气需要更多的压缩次数及更长的压缩时间，从而增加了加氢站的运营成本，并同时加剧了膜片及密封圈的疲劳损伤，致使容易引起氢气或液压油泄漏等安全事故。
2、鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种加氢站用高压隔膜压缩机膜头，旨在解决现有隔膜压缩机压缩效率低且易因膜片疲劳损伤导致泄漏事故的技术问题。
3、根据本公开的一个方面，提供一种高压隔膜压缩机膜头，所述隔膜压缩机膜头包括对应法兰连接的且设有锥形或截锥形腔室的缸盖和缸体、夹设于所述缸盖和缸体腔室间的膜片，所述膜片两侧对应腔室的轮廓与所述膜片未受力时的外形轮廓相匹配，所述膜片的结构通过如下步骤确定：
4、（1）建立以膜片压缩体积v为优化目标的目标函数，设置其变量约束方程为：
5、 ；
6、采用单目标优化算法对所述目标函数进行迭代优化，其中，h为所述锥形或截锥形腔室对应的顶点或顶面与锥形或截锥形底面间的距离；α为所述锥形或截锥形腔室腰部母线与底面母线间夹角；为锥形膜片左右两腰间的倒角半径或截锥形膜片顶面母线与腰部母线间的倒角半径； 为锥形或截锥形膜片的夹紧面与腰部母线间的倒角半径；h为所述缸盖或缸体的厚度；
7、（2）对迭代分析所得结构参数进行最大等效应力有限元分析，确保最大等效应力，其中， 为膜片材料的屈服强度；
8、（3）直至满足截止条件，结束迭代优化，确定优化目标参数；其中y为满足材料疲劳强度的容差极限最大值。
9、在本公开的一些实施例中，初始时刻所述膜片与对应的所述腔室贴合，所述膜片变形最大时与所述腔室对应贴合。
10、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（1）中，所述单目标优化算法包括目标函数的无量纲化，且根据处于约束范围内的初始结构参数，依据遗传算法进行迭代分析。
11、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（1）中，所述锥形腔室对应的膜片压缩体积：
12、；
13、所述截锥形腔室对应的膜片压缩体积：
14、；
15、其中，d为锥形或截锥形腔室对应的锥底或截锥底直径；d为截锥形腔室顶面直径。
16、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，所述有限元分析通过于膜片两侧加设不同压力模拟膜片折叠。
17、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（3）中，截止条件中y取10%。
18、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：
19、1. 锥形或截锥形的膜片及对应的腔室，可相比于现有的挠曲线形膜片有效的增加气腔容积，从而使得气腔进气量提高，压缩相同量的氢气时，可比现有隔膜压缩机膜头需要更少的压缩次数，更短的压缩时间，从而降低的膜片的运动次数，有助于减缓膜片的疲劳损伤，降低氢气或液压油泄漏等安全事故的发生率。
20、2. 基于单目标优化算法进行迭代优化，分别确定以膜片压缩体积为优化目标的膜片各结构参数，从而确保在膜片不发生塑性形变的前提下，有效增加膜头腔室的容积，以此提高压缩效率。
21、3. 对膜片在荷载下的最大等效应力的有限元分析，可确保膜片的折叠行为在膜片允许的弹性范围内发生，不会发生塑性变形导致压缩失效。
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1.一种加氢站用高压隔膜压缩机膜头，其特征在于，包括对应法兰连接的且设有锥形或截锥形腔室的缸盖和缸体、夹设于所述缸盖和缸体腔室间的膜片，所述膜片两侧对应腔室的轮廓与所述膜片未受力时的外形轮廓相匹配，所述膜片的结构通过如下步骤确定：
2.根据权利要求1所述的加氢站用高压隔膜压缩机膜头，其特征在于，初始时刻所述膜片与对应的所述腔室贴合，所述膜片变形最大时与所述腔室对应贴合。
3.根据权利要求1所述的加氢站用高压隔膜压缩机膜头，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述单目标优化算法包括目标函数的无量纲化，且根据处于约束范围内的初始结构参数，依据遗传算法进行迭代分析。
4.根据权利要求1所述的加氢站用高压隔膜压缩机膜头，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述锥形腔室对应的膜片压缩体积：
5.根据权利要求1所述的加氢站用高压隔膜压缩机膜头，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述有限元分析通过于膜片两侧加设不同压力模拟膜片折叠。
6.根据权利要求1所述的加氢站用高压隔膜压缩机膜头，其特征在于，在所述步骤（3）中，截止条件中Y取10%。>...
【技术特征摘要】
1.一种加氢站用高压隔膜压缩机膜头，其特征在于，包括对应法兰连接的且设有锥形或截锥形腔室的缸盖和缸体、夹设于所述缸盖和缸体腔室间的膜片，所述膜片两侧对应腔室的轮廓与所述膜片未受力时的外形轮廓相匹配，所述膜片的结构通过如下步骤确定：
2.根据权利要求1所述的加氢站用高压隔膜压缩机膜头，其特征在于，初始时刻所述膜片与对应的所述腔室贴合，所述膜片变形最大时与所述腔室对应贴合。
3.根据权利要求1所述的加氢站用高压隔膜压缩机膜头，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述单目标优...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明昕，李涛，周亮，时博，王耀民，黄满满，周军旗，
申请(专利权)人：正星科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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