滚动活塞压缩机径向间隙泄漏特性研究

发布时间：2020-04-22 18:41

【摘要】：泄漏是影响压缩机容积效率的主要因素,压缩机主要通过润滑油膜阻止气态工质的泄漏,在压缩机四个主要泄漏通道中,径向间隙泄漏最为突出,其泄漏量占比最大。因此,探明压缩机径向间隙泄漏特性,对提高压缩机工作性能有积极的现实意义。目前针对径向间隙泄漏特性研究的方法主要有两种:在动压条件下,只考虑气态工质泄漏的单相流;在静压条件下,将润滑油膜大小视为定值的气-液两相流。但是,随着压缩机的运转,腔体压力及径向间隙处油膜大小在不断变化,因此,上述研究方法与压缩机径向泄漏通道的实际工况还有一定的差距。本文以全封闭单级立式滚动活塞压缩机为研究对象,采用UDF技术建立径向间隙模型动网格,在动压差下对气-液两相流进行了 CFD仿真,得到了在转速、径向间隙、润滑油粘度、油膜附着厚度影响下油膜密封角的变化规律及径向间隙泄漏特性。基于CFD仿真开展了实验,得到在转速、径向间隙、润滑油粘度、油膜密封角影响下气态工质的泄漏特性。最后通过建立三维仿真模型得到压缩机腔体的流场特性,本文研究内容如下:(1)对油膜密封角进行了仿真,得到了油膜密封角的大小及变化规律,仿真结果表明:无压差下,转速、润滑油附着厚度与油膜密封角呈正相关,润滑油粘度与油膜密封角呈负相关;动压差下,油膜密封角在活塞转角约为45°时形成120°时消失,润滑油附着厚度与油膜密封角呈正相关,润滑油粘度、径向间隙与油膜密封角呈负相关,活塞转角为45°-60°度时,转速与油膜密封角呈负相关,活塞转角为60°-120°度时,转速与油膜密封角呈正相关。(2)通过油膜密封角观测实验,利用MATLAB对高速摄影拍摄的图片进行处理,得到无压差下三个因素对油膜密封角的影响,将无压差仿真数据与实验数据进行对比,结果表明:实验数据与仿真数据误差小于20%,所采用的仿真方法是合理的。(3)对径向间隙泄漏特性进行了仿真,得到了不同因素对泄漏量的影响仿真结果表明:在保证容积损失小于5%的情况下,转速应不低于3000r/min,间隙不大于45μm,活塞壁面润滑油的附着厚度不低于50μm,润滑油粘度影响较小,可不予考虑。(4)在压缩机本体上获取动态压力,利用径向间隙等效装置模拟压缩机径向间隙,观测装置收集、测量从等效装置内泄漏的气体;通过图像处理得到转速、润滑油粘度、油膜密封角、径向间隙四个因素对径向间隙泄漏特性的影响。结果表明.:四个因素对泄漏量的影响趋势与仿真结果一致,当等效径向间隙气体泄漏时,其泄漏速率先增大后减小。(5)基于动网格建立了腔体的三维仿真模型,得到了腔体流场特性,仿真结果表明:在压缩机排气前,润滑油集中在径向间隙,径向间隙靠近吸气腔侧出现负压;压缩腔内的流线在压缩腔轴向的方向上基本保持一致且呈现螺旋状,在排气口位置处产生涡旋,建议挖消音孔或增加挡板减小影响,压缩腔温度分布不均匀;吸气腔压力小、流场稳定、温度分布均匀。
【图文】：

卜滚动活塞压缩机核心２－滚动活塞３－气缸体４－滑片逡逑５－滑片弹簧６－偏心轮轴７－气缸上端盖８－气缸下端盖９－升程限制器逡逑图１－１滚动活塞压缩机主体结构及主要组成部件逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｍａｉｎ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｏｌｌｉｎｇ邋ｐｉｓｔｏｎ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ逡逑栜？邋？焌逡逑图１－２滚动活塞压缩机工作过程示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｏｌｌｉｎｇ邋ｐｉｓｔｏｎ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ逡逑滚动活塞压缩机工作过程如图１－２所示，滑片位于滚动活塞压缩机的上部，滑片背逡逑部有凹槽且装有弹簧，在滑片弹簧推力的作用下，滑片端部的圆弧面始终与滚动活塞的逡逑外壁面相接触，滑片与滚动活塞将压缩机腔体分为压缩腔与吸气腔。压缩机工作时沿逆逡逑时针方向转动，滚动活塞压缩机的左端为吸气管道，，吸气管道没有吸气阀，直接与大气逡逑相通，右端为排气管道，排气管道处有排气阀，随着活塞的转动，当压缩腔内的气体压逡逑力达到排气压力时，排气阀打开，高压气体被排出压缩腔，在压缩机的转动过程中，滚逡逑２逡逑

Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｍａｉｎ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｏｌｌｉｎｇ邋ｐｉｓｔｏｎ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ逡逑栜？邋？焌逡逑图１－２滚动活塞压缩机工作过程示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｏｌｌｉｎｇ邋ｐｉｓｔｏｎ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ逡逑滚动活塞压缩机工作过程如图１－２所示，滑片位于滚动活塞压缩机的上部，滑片背逡逑部有凹槽且装有弹簧，在滑片弹簧推力的作用下，滑片端部的圆弧面始终与滚动活塞的逡逑外壁面相接触，滑片与滚动活塞将压缩机腔体分为压缩腔与吸气腔。压缩机工作时沿逆逡逑时针方向转动，滚动活塞压缩机的左端为吸气管道，吸气管道没有吸气阀，直接与大气逡逑相通，右端为排气管道，排气管道处有排气阀，随着活塞的转动，当压缩腔内的气体压逡逑力达到排气压力时，排气阀打开，高压气体被排出压缩腔，在压缩机的转动过程中，滚逡逑２逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH45

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本文编号：2636825