高压气缸作为天然气压缩机中最为关键的组成部件,对压缩机的性能有着至关重要的影响。在实际工作过程中,由于受到动态机械载荷和热载荷共同作用,高压气缸长期处在高温高压的严酷环境中,常出现变形、裂纹甚至断裂等疲劳失效现象,从而导致压缩机的故障甚至引发重大的机械事故。为确保天然气压缩机的正常运作,对高压气缸进行研究是一项关键性的任务。本文以国内首座52MPa超高压天然气压缩机的工作气缸为研究对象,采用载荷耦合分析与动态响应分析相结合的研究策略,运用材料力学、传热学、气体动力学、机械振动、疲劳损伤等学科的相关理论,对其进行有限元动态特性研究,探究其内部动态运行规律及影响可靠性的因素,为天然气压缩机技术的发展提供参考依据。本文对52MPa天然气压缩机高压气缸的结构与工作原理进行了探讨,建立了三维实体模型与有限元模型,在此基础上,结合实际工况,对高压气缸工作过程中受到的主要动态和静态载荷进行了重点而细致的研究,包括交变气体压力载荷、动态热载荷、螺栓预紧力载荷和缸体缸套过盈配合压力载荷等,获取了各自准确的时间经历曲线或动态变化云图。动态响应是结构动态特性的研究重点,本文基于有限元方法分别研究单个载荷和热—机载荷耦合作用下气缸的结构动态响应,探究了各个载荷对结构响应的影响程度及规律;通过分析气缸关于形变、应力和应变等响应参数的整体动态变化云图和各节点的时间经历曲线,并结合疲劳寿命预测,找到气缸内高应力、低寿命的局部危险区域,对其进行结构优化探究,提升高压气缸整体安全系数。模态分析也是结构动态特性的一重要方面,本文基于模态分析理论,对高压气缸进行了自由模态分析和约束模态分析,通过研究前10阶的振型与频率等模态特性参数,掌握了高压气缸的固有振动规律,同时对高压气缸在额定转速工况下进行共振校核,并就提高结构抗振能力提出了改进意见。