风冷无油涡旋空气压缩机热力学及涡盘变形研究

摘要

由于压缩介质和应用场合的不同，风冷无油涡旋空气压缩机有着排气孔较大、负修正角双圆弧修正等结构特点，导致对称腔的排气过程不同步，同时由于冷却风的影响，空气压缩过程和结构的变形变得复杂。为了给设计过程中的关键问题提供理论依据和具体参考，本论文系统研究了风冷无油涡旋空气压缩机的几何理论、热力学、结构温度场、机构动力学、应力分布及结构变形。
　　根据边界曲线的运动过程及相对位置关系，构建了风冷无油涡旋空气压缩机的几何模型解析式，初步分析了气体压缩过程状态的转变，为热力学计算、涡盘温度场计算做好准备。
　　在几何数学模型的基础上，基于开口系统热力学第一定律、泄露模型、换热模型，构建了风冷无油涡旋空气压缩机热力学计算模型，研究了换热过程的变化规律，分析了压缩过程空气状态的变化规律及主要影响因素，完成了压缩区域热通量的计算。
　　通过热通量计算，把气体压缩时的动态换热过程转换为静态边界条件，提出以涡齿温度线性起始角和动定盘压缩区域平均温差为调整参数，交替计算热力学过程和涡盘温度场，得到了与涡齿温度测量值和热力学温度边界条件相符的涡盘温度场计算结果，分析了涡齿和散热区域温度分布规律，同时对热力学计算温度边界条件进行了修正。
　　构建了主要零部件的动力学模型，分析了作用力变化规律及波动情况，结合结构温度场计算结果，研究了不同运行时刻结构变形的分布规律和变化情况，分析了作用力对结构变形的影响，并对结构进行了强度校核。
　　根据装配关系，研究了结构变形后压缩区域的干涉大小及分布，在避免涡盘碰撞的前提下，以减少泄露为目标，提出了涡齿修正方法。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

主要符号表

第1章 前言

1.1 问题的提出与研究意义

1.2 涡旋压缩机发展历程

1.3 本文的研究内容与结构安排

第2章 风冷无油涡旋空气压缩机几何模型的建立

2.1 基本几何图形的面积格林公式

2.2 负修正角双圆弧修正

2.3 容腔容积及微分

2.4 排气面积求解

2.5 吸气面积及泄露间隙

2.6 热通量求解过程各区域面积的计算

2.7 本章小结

第3章 风冷无油涡旋空气压缩机热力学计算

3.1 实验平台

3.2 热力学模型

3.3 求解过程

3.4 计算结果

3.5 本章小结

第4章 动定盘温度场计算

4.1 冷却风测量及数据处理

4.2 热通量计算及涡盘子区域细化

4.3 定盘有限元模型及边界条件

4.4 动盘有限元模型及边界条件

4.5 初次计算结果及分析

4.6 温度场计算方法的改进及结果验证

4.7 本章小结

第5章 动定盘结构变形计算

5.1 动盘动力学及机架轴承力计算

5.2 机架温度场计算

5.3 结构静力学计算

5.4 变形涡盘运行过程中干涉分析

5.5 加工修正

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果