渦旋壓縮機動力特性及仿真模擬研究.pdf

1、渦旋壓縮機作為一種新型、節(jié)能、高效、低噪、省材的容積式流體機械，與其它類型壓縮機相比較具有不可替代的優(yōu)越性，已廣泛應用于空調(diào)制冷、動力工程等領域。目前逐漸向大氣量、大功率的方向發(fā)展，應用領域也隨之擴大。隨著石油化工的發(fā)展，壓力能的應用日趨廣泛，使得渦旋壓縮機在國民經(jīng)濟的各個部門成為必不可少的關鍵設備之一。隨著計算機技術的發(fā)展和加工制造技術的提高，渦旋壓縮機的應用領域得到更為廣闊的發(fā)展。由于渦旋壓縮機特殊的工作原理及結構特點，其潛在的優(yōu)勢

2、并沒有完全被挖掘出來。因此，研制與開發(fā)高性能的渦旋壓縮機具有重大的現(xiàn)實意義。本文依托國家自然科學基金項目“無油潤滑渦旋式壓縮機的摩擦學與動力學耦合問題研究”和“變?nèi)萘繙u旋壓縮機潤滑摩擦特性與轉子動力學行為研究”，以渦旋壓縮機為研究對象，基于圓漸開線理論，建立了渦旋壓縮機壓縮腔幾何模型，泄漏模型、傳熱模型、動力學模型;借助三維實體建模軟件，得到了渦旋壓縮機虛擬樣機模型;通過轉子系統(tǒng)模態(tài)、曲軸轉子殼體耦合動力學、轉子系平衡特性及考慮運動副間

3、隙的機構動力學特性分析，為渦旋壓縮機的可靠性設計及高性能研制提供了理論基礎。
　　首先完成渦旋壓縮機的虛擬建模和運動仿真，包括建立其部件的三維實體模型、對其零部件進行虛擬裝配、樣機和部件的運動仿真。建立其零部件三維實體模型，根據(jù)渦旋壓縮機物理樣機的結構特點，描述主要零部件之間相互的位置關系和運動關系，從而確定各零部件在虛擬環(huán)境中的相對空間位置，進行虛擬樣機的裝配工作。校核渦旋壓縮機設計是否合理、可靠、主要零部件的動作是否協(xié)調(diào)和運動

4、過程是否存在干涉。
　　在渦旋壓縮機虛擬建模的基礎上，研究渦旋壓縮機轉子系統(tǒng)動力特性，根據(jù)模態(tài)分析理論和轉子單元運動方程，分析了主軸系各節(jié)點的位移和傾角;基于轉子動力學理論，得出了主軸軸承的動力特性系數(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。應用有限元軟件對渦旋壓縮機兩種分析模型的主軸轉子系統(tǒng)進行預應力條件下的模態(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)中軸承剛度對其轉子動力特性的影響。

5、
　　利用有限元方法和多體動力學理論，對渦旋壓縮機轉子和殼體進行有限元模態(tài)分析，獲得了渦旋壓縮機轉子和殼體的固有頻率和振型等模態(tài)特性參數(shù)。在渦旋壓縮機主軸系拓撲模型的基礎上，分別建立了主軸系的多剛體模型和多柔體模型。通過對曲軸系多體動力學仿真分析，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力學響應問題。
　　根據(jù)曲柄銷所受的切向力大小約為徑向力四倍，通過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主軸軸承的影響;對渦旋壓縮機軸系和殼體進行受力分析，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計變量，來分析殼體在受力最佳的情況下，平衡重的安裝角度對主軸軸承載荷的影響。
　　在渦旋壓縮機工作過程中，如果計入尺寸誤差、運動副間隙和磨損間隙的存在，那么，渦旋壓縮機不能完全滿足平行四連桿的條件。因此，以渦旋壓縮機虛擬樣機為對象，建立