【摘 要】
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与螺杆式、活塞式空气压缩机相比,涡旋式空气压缩机具有压缩效率高、转矩小、噪音低、质量轻且便于装配维修等优点,广泛应用于航空航天、电力工业、高速列车增压泵和煤气田气体输送等领域。大型涡旋式空气压缩机追求高压缩效率的同时,其存在的振动冲击大、可靠性差,磨损严重、泄漏增大,自适应能力等不足也逐渐凸显出来。为研制高效自控可靠的涡旋式空气压缩机,本文通过涡旋齿数学建模和Adams虚拟样机运动模拟对涡旋式空气
【基金项目】
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山东省重点研发计划项目,项目编号:2019GGX104081,高效自控涡旋式空气压缩机研发;
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与螺杆式、活塞式空气压缩机相比,涡旋式空气压缩机具有压缩效率高、转矩小、噪音低、质量轻且便于装配维修等优点,广泛应用于航空航天、电力工业、高速列车增压泵和煤气田气体输送等领域。大型涡旋式空气压缩机追求高压缩效率的同时,其存在的振动冲击大、可靠性差,磨损严重、泄漏增大,自适应能力等不足也逐渐凸显出来。为研制高效自控可靠的涡旋式空气压缩机,本文通过涡旋齿数学建模和Adams虚拟样机运动模拟对涡旋式空气压缩机进行研究分析,并对工作部件的运动特征进行了探究和优化;基于CFD技术实现多场耦合插值映射的方法,对涡旋齿进行强度校核;通过配置涡旋机械反馈调节系统,使压缩机具备了自控能力;基于磨损实验结果,研究和分析了涡旋齿啮合摩擦磨损机理。研究结果显著改善了涡旋式空气压缩机运动状态,工作稳定性,提高了材料耐磨性,减小气体泄漏等,为涡旋式空气压缩机设计优化和合理使用提供了重要方法和科学依据。具体工作内容如下:1.以圆渐开线涡旋盘为基础,结合图解和Solidworks切点捕捉方法,进行了涡旋齿齿头的建模,完成了全啮合型线和整体部件的建模和装配。基于涡旋齿数学建模,形成了系统的涡旋式压缩机结构参数和物理性能分析过程,得到了设计参数下压缩腔容积变化曲线,分析了压缩机工作状态。2.通过Adams View建立涡旋式压缩机虚拟样机,基于碰撞模型,分析了动涡旋盘转角θ分别为0°、90°、180°、270°时,十字滑环和动涡旋盘的相对位置关系。通过Matlab拟合得到了动涡旋盘运动质心运动轨迹方程,编写了Fluent控制刚体运动轨迹的用户自定义函数(UDF),用于验证自转相位角的存在,将十字滑环凸键与凹槽配合方式由面接触低副变为线接触高副,降低了自转角速度变化幅度。3.介绍了流体涡的产生、耗散和处理方法,利用控制容积法分析了热量传递原理,利用CFD技术通过2.5D动网格重构、光顺方法完成流体域的数值模拟计算,分析了动涡旋盘转角θ分别为0°、90°、180°、270°时的流场变化情况。并利用Tecplot得到了监测点压力、温度随载荷步的变化趋势,分析了其变化原因,最后,利用Ansys Workbench平台进行了多物理场耦合分析,并进行了实验测试。4.建立了涡旋式压缩机油道润滑数学模型,通过铁谱分析技术,以基圆渐开线结构滚动摩擦副产生的磨粒特征为研究基础,判别和分析以QT400-15材料制备涡旋齿的啮合摩擦磨损机制和磨损形貌。分析了目前常见的轴向密封手段原理及可行性,探究了新型轴向密封结构的可行性,建立了密封件受力模型,对不同质量分数的石墨填充聚四氟乙烯(PTFE)展开磨损分析,实验证明了油润滑条件下25%棒状石墨填充的PTFE是实验对象中摩擦性能最佳的密封材料。
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