无油润滑涡旋压缩机动静涡旋盘的有限元分析

发布时间：2017-08-27 08:07

  本文关键词：无油润滑涡旋压缩机动静涡旋盘的有限元分析

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【摘要】：涡旋压缩机作为新一代容积式压缩机,具有结构简单、效率高、噪音低、尺寸小等优点,广泛应用于制冷、动力、医药、食品等领域。涡旋压缩机工作时吸气腔内的气体随着压缩腔体积的减小而被压缩,最后高压气体由静涡旋中心排出。在压缩过程中作用在动涡旋上的气体力不断发生变化,产生的压差引起涡旋盘的变形。同时由于气体被压缩温度升高以及动、静涡旋间的摩擦等产生温度场,引起热变形和热应力。动、静涡旋产生的变形使得涡旋齿啮合间隙发生变化,不能保持最初的装配间隙。间隙过小动、静涡旋在工作过程中发生接触,产生摩擦损失；间隙过大泄漏增加,导致压缩机损失增大,效率下降。本文重点研究了涡旋压缩机在多场耦合及动静涡旋装配后的变形及应力分布情况,并分析了静涡旋散热片对涡旋齿变形的影响。 以圆渐开线型线方程为基础,推导出涡旋压缩机工作腔容积、压力比以及各压缩腔气体力的计算公式,并对动涡旋所受的气体力、惯性力、倾覆力矩和自转力矩等进行了分析。 基于弹性力学和有限元理论,对多场耦合作用下涡旋盘的变形和应力分布进行了分析,得到了涡旋盘稳态温度场的分布,研究了气体力、温度场和惯性力在单独作用以及耦合作用时动涡旋的变形及应力情况。研究结果显示：涡旋盘的温度场分布由排气腔向边缘递减；温度载荷的施加对变形趋势没有影响,仅仅使变形量增加；气体力、温度场单独作用时最大变形都发生在涡旋齿头,最大应力发生在涡旋齿头底部和轴承孔内边缘；惯性载荷只对齿尾的变形产生影响；多场耦合作用下最大变形和应力不是各个载荷分量的线性叠加。 此外,还分析了动、静涡旋装配后的变形和应力分布情况。结果表明装配后动、静涡旋最大变形位置以及最大变形量和涡旋盘单独分析时有较大区别。装配后的分析能更加准确的反映实际工况下涡旋齿的变形和应力分布情况。通过分析不同轴向和径向间隙对动、静涡旋的变形及应力影响,得到单涡圈涡旋压缩机的最佳装配间隙。并对比分析了静涡旋盘外侧设置散热片对涡旋齿变形的影响,结果表明设有散热片时涡旋齿的变形较小,增加运行可靠性。
【关键词】：涡旋压缩机 涡旋盘 变形 应力 有限元
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 涡旋压缩机发展历程11-12
• 1.2 涡旋压缩机概述12-14
• 1.2.1 涡旋压缩机的结构特点12-13
• 1.2.2 涡旋压缩机的工作原理13-14
• 1.3 涡旋压缩机的研究热点14-18
• 1.3.1 型线理论研究14-15
• 1.3.2 动力学特性分析15-16
• 1.3.3 热力学特性分析16
• 1.3.4 涡旋盘的变形及应力分析16-17
• 1.3.5 机构模型研究17-18
• 1.3.6 涡旋压缩机的发展趋势18
• 1.4 课题来源及研究目的和意义18
• 1.4.1 课题来源18
• 1.4.2 课题研究的目的和意义18
• 1.5 课题的研究内容及主要创新点18-19
• 1.5.1 研究内容18-19
• 1.5.2 主要创新点19
• 1.6 本章小结19-20
• 第2章 有限元分析及传热基础20-31
• 2.1 有限元基础20-23
• 2.1.1 有限元概念20
• 2.1.2 有限元的基本思路20-22
• 2.1.3 有限元软件简介22-23
• 2.2 传热学基础理论23-27
• 2.2.1 基本概念23-25
• 2.2.2 热交换模型25-26
• 2.2.3 涡旋压缩机的相关热力学假设26-27
• 2.3 弹性力学基础理论27-29
• 2.3.1 弹性力学基本方程27-29
• 2.3.2 热弹性力学29
• 2.4 耦合场分析29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 涡旋压缩机的几何理论及受力分析31-44
• 3.1 涡旋压缩机的几何理论31-36
• 3.1.1 涡旋压缩机型线方程31-32
• 3.1.2 工作腔几何容积32-35
• 3.1.3 行程容积比和压力比35-36
• 3.2 涡旋压缩机受力分析36-42
• 3.2.1 动涡旋受力分析36-37
• 3.2.2 气体载荷37-40
• 3.2.3 惯性载荷40
• 3.2.4 倾覆力矩和自转力矩40-41
• 3.2.5 防自转机构41-42
• 3.3 无油润滑涡旋压缩机42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 多场耦合作用下动涡旋的变形及应力的分析44-55
• 4.1 模型的有限元分析44
• 4.2 模型的相关参数44-45
• 4.2.1 结构参数44
• 4.2.2 运行工况及介质参数44-45
• 4.3 气体载荷及排气温度计算45-46
• 4.3.1 动涡旋承受的气体力45
• 4.3.2 动涡旋排气温度45
• 4.3.3 惯性载荷45-46
• 4.4 前处理46-48
• 4.4.1 三维模型的建立46
• 4.4.2 网格划分46
• 4.4.3 新建材料46-47
• 4.4.4 载荷的加载47-48
• 4.4.5 约束条件的设定48
• 4.5 计算与求解48-49
• 4.6 后处理49-54
• 4.6.1 热分析49
• 4.6.2 热载荷作用下动涡旋的变形49-50
• 4.6.3 气体载荷作用下动涡旋的变形50-51
• 4.6.4 惯性载荷作用下动涡旋的变形51-52
• 4.6.5 多场耦合作用时动涡旋的变形52-53
• 4.6.6 多场耦合作用时的应力分析53-54
• 4.7 结果可靠性分析54
• 4.8 本章小结54-55
• 第5章 动静涡旋装配后的变形及应力研究55-65
• 5.1 有限元模型的建立及计算55-57
• 5.1.1 模型的建立及网格划分55-56
• 5.1.2 载荷的计算56
• 5.1.3 动、静涡旋约束条件的设定56-57
• 5.2 结果分析57-61
• 5.2.1 气体力作用下涡旋盘的变形及应力分析57-59
• 5.2.2 热-固耦合作用下涡旋盘的变形及应力分析59-61
• 5.3 不同装配间隙下的变形和应力分布61-62
• 5.4 散热片对涡旋盘变形的影响62-63
• 5.5 本章小结63-65
• 全文总结与展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘振全,杜桂荣,於时才;涡旋式压缩机涡旋齿线型修正的新方法[J];甘肃工业大学学报;1990年04期

2 刘振全,任俊士;动涡旋盘与轴向随变机构机械振动模拟[J];甘肃工业大学学报;1999年04期

3 刘振全,吴伟东;全封闭涡旋压缩机动态数学模型[J];甘肃工业大学学报;2000年03期

4 刘振全,王君,李雪琴,谢同一;涡旋压缩机涡旋齿的渐开线圆弧修正[J];兰州理工大学学报;2004年02期

5 王君,彭斌,李超,刘振全;涡旋压缩机双圆弧修正的几何理论和压缩比研究[J];兰州理工大学学报;2004年06期

6 李超;赵荣珍;刘振全;;驱动轴承内嵌式涡旋压缩机动力特性分析[J];兰州理工大学学报;2007年05期

7 赵Z，

本文编号：745037