大冷量斯特林制冷機(jī)用動(dòng)磁式直線壓縮機(jī)關(guān)鍵部件及整機(jī)性能研究.pdf

1、≥活炙毽太冬SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY博士學(xué)位論文DoCToRALDISSEⅣ11ATloN論文題目壟壘童塹塹簽劍壘墊旦動(dòng)壁式直線墨墮墊苤焦壹壁盈整扭!睦能塹究學(xué)科專業(yè)作者姓名型金魚堡婆墨猩陳楠指導(dǎo)教師堡塑整鍪墨查壅塹寶匠答辯日期!!!!!旦摘要機(jī)推力的一個(gè)重要特性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和有限元研究，揭示了電機(jī)動(dòng)子的空載平衡特性。指出電機(jī)動(dòng)子存在一個(gè)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)和二個(gè)穩(wěn)定平衡點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)其位置進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)合推力表達(dá)式

2、和有限元分析結(jié)論，闡述了這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和影響因素，為直線電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。在以上研究基礎(chǔ)上，在活塞運(yùn)動(dòng)力學(xué)平衡和驅(qū)動(dòng)電路電壓平衡基礎(chǔ)上建立了自由活塞直線壓縮機(jī)整機(jī)數(shù)學(xué)模型。除了利用數(shù)值積分求解非線性控制方程外，還利用能量等價(jià)法對(duì)非線性方程進(jìn)行了線性化，分別利用諧波法和矩陣運(yùn)算得到了對(duì)應(yīng)的諧波解和理論解，并在此基礎(chǔ)上，建立了壓縮機(jī)機(jī)電仿真模型。利用Hurwitz定理，得到了自由活塞直線壓縮機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性充分條件。并對(duì)壓縮機(jī)

3、實(shí)際工作中剛度和阻足的變化對(duì)性能影響這一特性進(jìn)行了理論抽象，運(yùn)用時(shí)域分析法建立了分析數(shù)學(xué)模型，并得到了定量的描述方法。將壓縮機(jī)輸入頻率變化引起壓縮機(jī)性能變化這一現(xiàn)象對(duì)應(yīng)到直線壓縮機(jī)控制方程頻域分析上，得到了對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行幅頻和相頻分析數(shù)學(xué)方法，為壓縮機(jī)運(yùn)行頻率優(yōu)化選擇奠定理論基礎(chǔ)。利用搭建的動(dòng)磁式直線電機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)合直線壓縮機(jī)性能數(shù)學(xué)分析模型，對(duì)動(dòng)磁式直線壓縮機(jī)性能進(jìn)行了全面研究，包括改變壓縮機(jī)頻率(45Hz65Hz)、電壓(525

4、V)、電流(515A)、充氣壓力(08MPaI8MPa)、動(dòng)子質(zhì)量(ALkFe)、氣缸活塞間隙(20／40ixIn)等參數(shù)，與理論模型相結(jié)合研究了壓縮機(jī)頻率特性、電壓調(diào)節(jié)特性、充氣壓力特性、’自然頻率特性、活塞氣缸泄漏特性。研究表明直線壓縮機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)振幅和輸出的壓力波振幅與輸入電壓的振幅成線性關(guān)系。頻率越接近壓縮機(jī)共振點(diǎn)，調(diào)節(jié)特性越好；充氣壓力通過(guò)改變振子自然頻率來(lái)改變壓縮機(jī)的性能，與改變質(zhì)量不同，通過(guò)改變充氣壓力改變自然頻率并不會(huì)增大

5、動(dòng)子的慣性力，在相同的壓力輸出情況下，電機(jī)功耗會(huì)較小。因此，小動(dòng)子質(zhì)量、高充壓、高頻運(yùn)行的直線電機(jī)將會(huì)有較大的輸出功；直線壓縮機(jī)運(yùn)行頻率應(yīng)該接近其自然頻率‘(85％一90％)，這時(shí)壓縮機(jī)行程大，壓力波大，輸出功和效率都較高。間隙密封的大小能改變壓縮機(jī)自然頻率。通過(guò)間隙的泄漏量正比于氣缸內(nèi)壓力波。就壓縮機(jī)效率而言，應(yīng)盡量取小間隙，但是同時(shí)也要顧及到壓縮機(jī)制造工藝的影響。最后，對(duì)由動(dòng)磁式直線壓縮機(jī)與氣動(dòng)膨脹機(jī)耦合得到的大冷量斯特林制冷機(jī)性進(jìn)