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1、1997年第5期(总第145期)压缩机技术·9·强腐蚀气体隔膜压缩机膜片研究李云郁永章陈丽华摘要通过实验及理论研究分析了不同膜片材料的变形情况,并最终确定采用表面镀膜的金属膜片。主题词:隔膜压缩机膜片3△pR一、前言2D,△p为膜片上作用的压力差,D为膜片的弯曲刚度。Q=r/R。H为变形转角。在R134a的研制中,气相反应需要利用压缩机来加压。被压缩的气体成份主要是HF和HCl的混合物。其中主要参数为:进气压力0.1MPa,排气压力0.9MPa,进气温度40℃,输气3量1.5～2.5m/h。根据气量、压力和气体的性质,选用隔膜压缩机是比较合适的。隔膜压缩机的特点是适合于小气
2、量、高压,并且处理气体的工作腔完全密封,有利于防止气体泄漏。二、膜片的变形研究由于压缩介质的特殊性,要求机器安全、可靠,防腐蚀性好。为此我们选用了两组膜片材料进行了研究。1.非金属膜片变形研究非金属膜片中氟塑料膜片和氟橡胶膜片均能满足防腐性的要求。由于非金属膜片工作时只能承受拉伸力,而不能承受弯矩的作用,故称为绝对柔韧膜片。〔1〕文献中引用的方程(H·Hencky方程):2···WHQW+W+=Q2(1)v2WH=QkT1r·¨图2非金属膜片理论变形曲线与实际变形曲线比较式中W=EhR,W、W为W的一、二阶导数,E为弹1理论曲线2实际曲线性模量,h为膜片厚度,r和R分别为膜
3、片上任采用伽辽金近似法求解方程(1),可得:2意一点的半径和最大半径。T1为作用于单位弧挠度方程W=W0(1-Q)(2)22R挠度与压力差方程长的正力。k=12(1-L)2,L为泊松比。v=h·10·压缩机技术1997年第5期(总第145期)4W·2△pR033-L2···WH4=()(-)(3)QW+W-=Ehh1-L3Q2(4)图2就是氟塑料膜片实验所测得的变形值···H2QH+H-=-kWH+vQ与按公式(2)计算所得到的理论变形值的比较Q(膜片由江苏某隔膜泵厂提供)。图3是不同压经过进一步的方程简化,最后可求出:力差下膜片的实验变形值曲线。图2中,实验变挠度方程形曲
4、线与理论计算值有偏差。两端的误差主要W=W1〔2Qz+1-(z+1)Q2+(z-1)〕0z-1是由于夹具造成的变形误差,中间的偏差可能(5)是由于材料的不均匀造成变形的不均匀。同时,挠度及压力差方程在膜片置于压缩机的实验中,我们也发现由于4△pRA1W0W03氟塑料膜片的弹性比较差,造成不均匀残余变4=2+A3()(6)Eh1-Lhh形较大。开始时机器运转正常,但随着工作时间2其中:A1=(z+1)(z+3)增加,不均匀残余变形产生,乃至膜片到达最大3z行程时残余变形也不能消除,由此使压缩机余1z+1A3=×3(2z+1)(z+2)(z+3)(z+5)隙容积增加,并导致输气
5、量逐渐降低。图3中的3232(14z+129z+329z+234)-L(2z+39z+167z+174)曲线a就是运行一段时间后,再对膜片不加压1-L时测定的残余变形曲线。z为挠度指数。图4金属膜片与非金属膜片理论变形比较1非金属膜片2金属膜片图4是非金属膜片与不锈钢膜片理论变形图3非金属膜片的实验变形曲线曲线的比较。非金属膜片中我们还采用了氟橡胶膜片,还需指出,公式(5)中的z值是根据最大变膜片材料由西安交通大学化工学院高聚物材料形量W0一定时选取的。它没有反映膜片厚度的研究所提供,但也发生了和氟塑料相似的实验影响,膜片在压力差的作用下,是强制地与按公现象。式(5)所设计
6、的曲面相贴合,属于强制变形。而2.金属膜片自由变形时,若膜片直径及厚度一定时,则一定我们采用了不锈钢膜片,并将膜片表面经的挠度指数便有一定的最大变形值W0,无疑强特殊工艺镀上一层防腐材料。将其放在HF和制变形所需的压力差远大于自由变形时压力差。HCl混合溶液中浸置两天,没有发现腐蚀现象。自由变形的压力差△p仍按公式(6)进行不锈钢膜片的理论变形问题可由下述方程〔1〕得到:1997年第5期(总第145期)压缩机技术·11·强制变形中z=3,W0=3.0mm时,△p=2.9×410Pa,而自由变形z=3时,W0=0,△p=0。三、结论通过实验和理论分析后,我们选择了不锈钢膜片用
7、于压缩机中。在整机实验中,膜片工作稳定,防腐性好,取得了良好的效果。图5金属膜片强制变形与自由变形压力差比较1强制变形2自由变形计算,但首先要根据给出的z值计算B1、B2,进而求得W0/h值,然后计算A1和A3,最后得到△p。22z-9B1=23z12B2=[(6z+78z+167)3(2z+1)(z+2)(z+5)322(2z+39z+167z+174)(6z+30z+27)-(2z+1)(z+2)(z+5)322z+39z+167z+1748图6自由变形和强制变形压差与Z值的关系-4-(z+1)(z+3)1-L
