渦旋壓縮機(jī)動(dòng)力特性及仿真模擬研究.pdf

1、渦旋壓縮機(jī)作為一種新型、節(jié)能、高效、低噪、省材的容積式流體機(jī)械，與其它類型壓縮機(jī)相比較具有不可替代的優(yōu)越性，已廣泛應(yīng)用于空調(diào)制冷、動(dòng)力工程等領(lǐng)域。目前逐漸向大氣量、大功率的方向發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也隨之?dāng)U大。隨著石油化工的發(fā)展，壓力能的應(yīng)用日趨廣泛，使得渦旋壓縮機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和加工制造技術(shù)的提高，渦旋壓縮機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域得到更為廣闊的發(fā)展。由于渦旋壓縮機(jī)特殊的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其潛在的優(yōu)勢(shì)

2、并沒(méi)有完全被挖掘出來(lái)。因此，研制與開(kāi)發(fā)高性能的渦旋壓縮機(jī)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“無(wú)油潤(rùn)滑渦旋式壓縮機(jī)的摩擦學(xué)與動(dòng)力學(xué)耦合問(wèn)題研究”和“變?nèi)萘繙u旋壓縮機(jī)潤(rùn)滑摩擦特性與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為研究”，以渦旋壓縮機(jī)為研究對(duì)象，基于圓漸開(kāi)線理論，建立了渦旋壓縮機(jī)壓縮腔幾何模型，泄漏模型、傳熱模型、動(dòng)力學(xué)模型;借助三維實(shí)體建模軟件，得到了渦旋壓縮機(jī)虛擬樣機(jī)模型;通過(guò)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)、曲軸轉(zhuǎn)子殼體耦合動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)子系平衡特性及考慮運(yùn)動(dòng)副間

3、隙的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性分析，為渦旋壓縮機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)及高性能研制提供了理論基礎(chǔ)。
　　首先完成渦旋壓縮機(jī)的虛擬建模和運(yùn)動(dòng)仿真，包括建立其部件的三維實(shí)體模型、對(duì)其零部件進(jìn)行虛擬裝配、樣機(jī)和部件的運(yùn)動(dòng)仿真。建立其零部件三維實(shí)體模型，根據(jù)渦旋壓縮機(jī)物理樣機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，描述主要零部件之間相互的位置關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，從而確定各零部件在虛擬環(huán)境中的相對(duì)空間位置，進(jìn)行虛擬樣機(jī)的裝配工作。校核渦旋壓縮機(jī)設(shè)計(jì)是否合理、可靠、主要零部件的動(dòng)作是否協(xié)調(diào)和運(yùn)動(dòng)

4、過(guò)程是否存在干涉。
　　在渦旋壓縮機(jī)虛擬建模的基礎(chǔ)上，研究渦旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力特性，根據(jù)模態(tài)分析理論和轉(zhuǎn)子單元運(yùn)動(dòng)方程，分析了主軸系各節(jié)點(diǎn)的位移和傾角;基于轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論，得出了主軸軸承的動(dòng)力特性系數(shù)，建立了主軸軸承為剛性支承系統(tǒng)和彈簧—阻尼系統(tǒng)兩種分析模型。應(yīng)用有限元軟件對(duì)渦旋壓縮機(jī)兩種分析模型的主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力條件下的模態(tài)分析，分別獲得了兩種支承系統(tǒng)條件下的振型，并分析了彈簧—阻尼系統(tǒng)中軸承剛度對(duì)其轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性的影響。

5、
　　利用有限元方法和多體動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)渦旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和殼體進(jìn)行有限元模態(tài)分析，獲得了渦旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和殼體的固有頻率和振型等模態(tài)特性參數(shù)。在渦旋壓縮機(jī)主軸系拓?fù)淠Ｐ偷幕A(chǔ)上，分別建立了主軸系的多剛體模型和多柔體模型。通過(guò)對(duì)曲軸系多體動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到了氣體力載荷和在柔性體條件下殼體承受主副軸承載荷等，分析了殼體在載荷作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)問(wèn)題。
　　根據(jù)曲柄銷所受的切向力大小約為徑向力四倍，通過(guò)采取平衡曲柄銷所受切向力大小平均

6、值及極小值的方法，分別分析了曲柄銷切向力不平衡殘余量以及曲柄銷切向力最小值部分對(duì)主軸軸承的影響;對(duì)渦旋壓縮機(jī)軸系和殼體進(jìn)行受力分析，建立軸系和殼體的力和力矩平衡方程，將殼體的受力和主軸軸承載荷作為設(shè)計(jì)變量，來(lái)分析殼體在受力最佳的情況下，平衡重的安裝角度對(duì)主軸軸承載荷的影響。
　　在渦旋壓縮機(jī)工作過(guò)程中，如果計(jì)入尺寸誤差、運(yùn)動(dòng)副間隙和磨損間隙的存在，那么，渦旋壓縮機(jī)不能完全滿足平行四連桿的條件。因此，以渦旋壓縮機(jī)虛擬樣機(jī)為對(duì)象，建立