涡旋压缩机单向流固耦合方法与涡旋齿变形分析

提出一种涡旋压缩机气体流场对固体边界受力变形影响的单向流固耦合计算方法,建立了考虑泄漏间隙的带有齿头修正的渐变啮合间隙变壁厚的涡旋压缩机三维几何模型,采用LES湍流模型对其工作过程进行模拟从而得到流场分布,其压力分布沿Z方向不均匀,压差在涡旋型线展角492°处最大。将压力场载荷直接加载到固体边界上,得到任意工作状态下的涡旋齿受力和变形规律,分析了流场变化对固体边界涡旋齿受力、变形的影响。得到了涡旋齿的受力和变形规律,沿涡旋齿型线展角500°处变形最大与压力差分布相符。该压力载荷加载方式更加连续,更接近于实际工作状态,计算结果更为准确。     

涡旋泵关键部件受力与变形分析

采用CFD方法,建立了涡旋泵内部流动分析模型,得到不同转角下涡旋盘表面的压力载荷分布规律。将流场边界压力载荷施加到涡旋齿表面,得到不同转角下涡旋齿的受力和变形情况。研究表明：最大变形发生在动静涡旋盘啮和处的涡旋齿内侧,液体压力差是导致其变形主要因素。涡旋齿内外侧变形规律基本相同,齿高增加,变形量增加。转速增加,涡旋齿所受的最大应力和最大变形量均明显增大。     

非均匀温度场下涡旋压缩机涡旋盘数值仿真研究

基于热应力场耦合建立了汽车涡旋压缩机涡旋盘有限元模型,涡旋齿载荷边界条件设置为流场离散,在气体压力载荷单独作用、温度场载荷单独作用以及两者耦合作用这三种情况下,对涡旋盘进行受力分析和变形分析, 讨论不同主轴转角的涡旋齿的刚度和强度,最后得到涡旋齿的变形规律和应力分布。分析结果表明:当涡旋盘压缩腔运动到排气孔位置时,涡旋盘处于变形与应力最大的状态,热变形是影响涡旋盘整体变形的主要因素。     

无油涡旋压缩机密封条的有限元分析

为了提高无油涡旋压缩机轴向间隙的密封性能,以涡旋齿顶的聚四氟乙烯密封条为研究对象,对其进行有限元分析。利用三维建模软件建立了密封条和涡旋齿的几何模型,导入有限元软件中进行网格划分。通过齿顶密封模型的受力分析,详细阐述了边界载荷的计算依据,分析了密封条沿渐开线展开角方向的底面和侧面气体力载荷变化规律。设定了密封条的边界条件,对密封条模型进行有限元分析。计算结果表明,借助有限元技术可以获得不同曲轴转角时密封条的应力、变形分布规律,更好地掌握了密封条的工作性能,为密封条的设计提供了新方法。     

基于流场分析的变截面涡旋齿的强度分析

为了研究涡旋压缩机在多场载荷耦合作用下变截面涡旋齿的变形和应力分布,基于动网格技术,利用Fluent软件对涡旋压缩机工作过程进行流场模拟,将温度场和压力场分析结果直接导入ANSYS软件中,利用间接耦合的方法对动涡旋齿和动、静涡旋齿装配后在单场及多场耦合作用下强度进行分析。结果表明:温度场对涡旋齿变形影响较大,耦合场下的变形并不是各场单独作用下变形之和;装配后涡旋盘的安装间隙对涡旋齿的变形存在干涉,单独分析动涡旋齿时的变形大于装配后的变形;根据应力分布分析,最大值出现在涡旋齿壁厚较大的位置,说明该组合型线涡旋齿具有较强的抗变形能力,可为判断涡旋型线优劣和研究涡旋压缩机间隙与泄漏提供理论基础。     

基于气-热-固耦合的电动汽车变齿厚涡旋盘有限元分析

为了更准确全面地研究变齿厚涡旋盘实际运转时的应力应变情况,以某型涡旋压缩机为例,根据变齿厚型线方程几何理论,计算排气时刻各工作腔的容积,确定吸、排气工作腔的气体压力载荷以及进、排气工作温度载荷。采用Creo曲线方程建立精确的变齿厚涡旋盘模型,基于有限元理论和气-热-固间接耦合法,分析在气体压力载荷、温度载荷以及接触力载荷综合作用下动涡旋盘齿的应力及应变,并对比分析了不同载荷对轴向、径向变形的影响规律。得出相比于温度载荷,在气-热载荷作用下,涡旋盘齿的应力增大1.03倍,变形量增大75%。接触力载荷对涡旋齿的应力、总变形影响甚微。受载荷分布影响,随着渐开线展开角的展开,涡旋齿总变形量逐渐减小。     

涡旋压缩机动涡旋盘应力及变形的研究

通过对实际工况下涡旋盘的受力分析，建立了有限元分析模型，并由此得到了空调用全封闭涡旋压缩机动涡盘在实际工况下的应力分布特点及变形规律，找出了零件最危险点，得出了对涡旋盘进行强度校核的比较准确的方法，并证明了涡旋齿头部修正的必要性。     

双头涡旋齿涡旋压缩机气体力分析

分析了双头涡旋齿涡旋盘所受的各种气体力，提出了在任意曲轴转角下的各种气体力及工作腔容积的计算公式。与单头涡旋齿所受气体力相比，双头涡旋齿所受的气体力具有变化平稳，波动小等特点。研究结果可在双头涡旋齿涡旋压缩机的设计和研究中直接应用。     

无油涡旋压缩机开槽涡旋齿的变形行为研究

为了提高开槽涡旋齿顶密封性能和槽内密封机构的工作稳定性,针对涡旋齿顶开槽的密封结构方案,建立了齿顶开槽涡旋齿的三维结构模型,开展了模型的网格划分和边界条件的设定,运用有限元软件开展了开槽涡旋齿的变形分析,分别在压力、温度及耦合载荷作用下,开展了开槽涡旋齿结构的变形行为研究,深入探索了变形分布特征与规律,揭示了压力和温度...     

双涡圈涡旋压缩机平衡问题分析

双涡圈涡旋压缩机的涡旋齿是对称性的,即不需要进行一次平衡,又增加了涡旋压缩机的稳定性;详细分析了双涡圈涡旋压缩机动涡盘的受力情况,从新给出动涡盘的倾覆力矩计算模型;得出双涡圈涡旋压缩机只能开设一个背压孔和背压压力随背压孔中心展角增大而减小的结论;给出了背压孔被盖住时临界状态的曲轴转角计算公式;验证了平均背压力与背压孔中心展角几乎成正比。研究结果可在双涡圈涡旋压缩机的设计和研究中直接应用。     

多场耦合作用下动涡旋盘的变形和应力研究

利用Pro/E建立了涡旋压缩机动涡旋盘的三维实体模型,基于有限元法分别对动涡旋盘在气体力、温度场和惯性力作用下的应力和变形分布情况进行分析,并对气体力、温度场、惯性力耦合作用下动涡旋盘的变形和应力进行了数值计算。结果表明温度场引起的轴向变形较大,惯性力使涡旋齿尾部的变形增加,多场耦合作用下最大变形发生在涡旋齿头,最大应力发生在涡旋齿头的底部和驱动轴承座孔内。     

无油润滑涡旋压缩机齿端面密封的研究

涡旋压缩机在工作过程中动、静涡盘之间间隙存在泄漏损失,它是影响无油润滑涡旋压缩机工作性能的重要因素。在涡旋齿端面加由自润滑材料制成的密封条是实现无油润滑的一项关键技术。本文从材料和结构两方面阐述了密封条的基本特点,介绍了密封条的两种结构模型,说明了各自的工作原理,并对两种模型进行了受力分析,得出了密封条正常工作应满足的条件及选用两种结构模型应注意的问题。结果表明:密封条不但可以阻止通过轴向间隙的泄漏,而且降低了涡旋齿与涡盘底部摩擦功率损失。     

涡旋压缩机非定常流动的三维数值模拟

针对涡旋压缩机工作过程中运动部件公转平动的运动方式使得工作腔内流场难以测试的问题,提出了带有移动边界、啮合间隙和封闭工作腔的涡旋压缩机非定常流动的三维数值计算方法。以齿头双圆弧修正型线为例,建立了三维几何模型。解决了带有啮合点的动边界在动网格中容易出现的负体积问题以及排气口遮挡问题,实现了三维数值模拟。得到了任意曲轴转角下的各工作腔内各截面的气体流动的压力和速度的动态分布规律,揭示了增压过程中腔内流动状态的变化机理。模拟结果表明:压力在各工作腔分布均匀,最大与最小压力之差不超过5%。沿着涡旋齿型线齿尾到齿头,内外侧的压差逐渐增大。速度分布不均匀,单个工作腔内最大最小速度之差可达到180m/s。径向泄漏沿啮合线呈对称分布,速度呈跳跃式分布,最大泄漏速度为200m/s,切向泄漏最大泄漏速度可达450m/s。     

新型涡旋式多相泵气液增压过程研究与设计理论

提出一种新型涡旋式气液多相混输泵,通过构建变啮合间隙涡旋齿型线,使其所形成的压缩腔存在一条通向排出口方向的内泄漏卸压通道,其增压过程如下:气液介质随着压缩腔容积的减小而压力升高,同时部分介质通过卸压通道被推入到排出口,防止因液相不可压缩而易出现的压缩腔内压力骤增问题。建立涡旋式多相泵的几何理论和工作中带有内泄漏的气液增压过程数学模型,求解得到增压过程中气液状态参数的变化规律。对其工作过程中带有移动边界和气液混合增压的粘性非定常流动进行数值模拟,得到各个工作腔内的速度场和压力场分布,分析含气率、压缩腔容积变化率和啮合间隙等因素对增压过程的影响,形成了新型涡旋式多相泵的设计理论。     

基于内压作用的通用型线涡旋齿载荷模型

根据对应的节线类型把压缩腔分为a、b两类,分析压缩腔压力、涡旋齿的作用载荷和应力特点,确定了涡旋齿根弯曲疲劳强度计算准则,得到了基于通用型线的齿根弯曲疲劳强度载荷模型.研究表明：简化涡旋齿为涡旋齿中线,涡旋齿工作时相当于中线内侧受到内压载荷作用,载荷的大小为内外壁面的压力差.涡旋齿上任意点的应力近似于脉动循环的弯曲应力,可用涡旋齿根等效应力用安全系数法以无限寿命计算涡旋齿根弯曲疲劳强度.开始排气角是影响涡旋齿强度和压缩机稳定性的一个重要因素.     

涡旋压缩机压缩腔内气体非稳态流动研究

为了研究涡旋压缩机工作过程中腔内气体非稳态流动过程,建立了涡旋压缩机压缩腔的模型,依据动静涡旋齿啮合间隙调节压缩腔内流体区域的动网格分布,采用RNG k-ε湍流数学模型,实现了压缩腔内气体流动的数值模拟,研究气体速度场、压力场和温度场分布规律,分析了流场分布不均匀性的形成原因,探索了压缩腔间气体泄漏引起的传热、传质过程对非稳态流动的影响。     

刚柔耦合的涡旋压缩机转子系统的动力学分析

以涡旋压缩机转子系统为研究对象,采用Bushing连接模拟轴承,运用Ansys Workbench软件建立了考虑轴承刚度、小轴和动涡旋盘柔性的涡旋压缩机转子系统的刚柔耦合模型,进行了刚柔耦合动力学分析,得到了实际工况和理想工况时运动副反力,以及实际工况时小轴和动涡旋盘的应力、应变情况。仿真结果表明:实际工况时滚针轴承不承担动涡旋盘的倾覆力矩,倾覆力矩由3对7001轴承来承担,并造成轴向气体力分配不均匀,使2号7001轴承受力过大;小轴、动涡旋盘的强度和刚度符合设计要求。研究结果为涡旋压缩机结构设计和优化提供了理论指导。