背压平衡涡旋压缩机的研究

从研究涡旋压缩机工作腔和背压腔的泄漏、热和能量转换入手，建立了一个自调背压腔压力平衡系统的热力学模型．此模型不仅能预测轴向平衡系统涡旋压缩机的工作过程，而且能为背压孔的优化设计提供计算依据．     

基于自适应NSGA-Ⅱ算法的变截面涡旋盘优化

针对目前对涡旋压缩机涡旋盘的优化设计多以几何性能最佳为优化目标,其力学性能较差这一缺点,提出了基于自适应第二代非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)、综合考虑力学性能和几何性能的变截面涡旋盘多目标优化设计方法.针对由基圆渐开线和高次曲线组成的变截面涡旋盘,确立了以涡旋型线特征参数表示的动涡旋轴向气体力及内容积比数学模型,以轴向力最小和内容积比最大为设计目标进行多目标优化设计,引入了根据种群的进化状态来进行自我调节的交叉算子和变异算子,以提高NSGA-Ⅱ算法的效率和最优解的分布均匀度,并得到了Pareto最优解集.在最优解集中挑选三种优化型涡旋盘与传统型涡旋盘进行对比分析,其最大轴向气体力分别减少了3.20%,1.08%和1.90%,内容积比分别提高了5.37%,6.64%和3.35%,表明提出的优化方法可以得到综合性能较优的变截面涡旋盘.     

双涡圈涡旋压缩机气体力分析

推导出双涡圈任意圈涡旋压缩机工作过程中任一涡齿形成封闭腔个数的计算式;通过各腔室在任一曲轴转角下轴向投影面积的求解,得出双涡圈涡旋压缩机各向气体力的计算式;通过同压缩比、排气量下双涡圈和2种单涡圈结构气体力的对比得出:双涡圈结构的轴向气体力和切向气体力的波动量小,约为自身均值的1.3%;在减小涡盘尺寸和回转半径方面存在优势,但会使某项气体力数值增大,大排气量场合应用时应给予关注.     

具有双背压腔涡旋压缩机的研制

设计了一种具有两个背压腔的新型自调背压机构,并系统地分析了带有这种自调背压机构涡旋压缩机的工作原理．通过计算涡旋盘端面摩擦损失功率和泄漏量,讨论了这种自调背压机构的主要性能,并对此结构进行了优化分析．试验结果表明,带有新型自调背压机构的涡旋压缩机性能较同类机型有明显提高．     

任意实数圈涡旋压缩机的几何分析

通过对非整数圈涡旋压缩机进行几何分析,确定了涡旋压缩机的排气角及开始吸气角．给出了任意实数圈涡旋压缩机在吸气、压缩及排气各个不同阶段腔内容积的计算公式和压缩腔个数的计算公式,并应用这些公式推导了程序化计算任意实数圈涡旋盘所受轴向气体力和切向气体力的计算公式．     

驱动轴承内嵌式涡旋压缩机动力特性分析

对动涡旋驱动轴承内嵌于涡旋齿中的大气量、低压比涡旋压缩机的动力特性进行研究,使用涡旋型线始端展角和终端展角几何参数,建立施加于动涡旋上的气体力、惯性力、摩擦力等计算公式,给出相应的力学分析模型,同时根据曲轴受力条件建立曲轴力学模型。通过算例分析表明,动涡旋驱动轴承内嵌式结构可有效地减小气体力和旋转惯性力对驱动轴承产生的倾覆力矩,提高机器运转的稳定性.     

圆渐开线变截面涡旋压缩机型线的参数优化

圆渐开线变截面涡旋压缩机的优化设计均以几何性能为目标。为了得到在几何性能和力学性能方面更为优越的涡旋压缩机,文章建立圆渐开线变截面涡旋压缩机压缩比和轴向气体力的数学模型,分析压缩比和轴向气体力随型线参数的变化趋势;结合几何性能和力学性能,以压缩比倒数和轴向气体力为目标函数,利用多目标遗传算法对其进行优化,得到不同参数变化下的非劣解集。对优化型涡旋盘与未优化涡旋盘进行的定量分析结果表明,优化型涡旋盘的压缩比提高了16.14%,轴向气体力降低了5.62%,证明了优化的可行性。该研究为圆渐开线变截面涡旋压缩机设计时型线参数的选取提供了一定的参考。     

涡旋压缩机轴向动态间隙的实验测量

设计了采用电涡流位移传感器测量喷水涡旋空气压缩机轴向间隙的实验方案和步骤.传感器采用偏移安装的方式,避免了动涡盘可能对传感器探头造成的损坏,并阐述了安装要点.编制了基于虚拟仪器技术的数据采集系统来记录和保存实验数据.测量结果表明:喷水涡旋空压机的轴向间隙在不同转速下变化较大,低转速和高转速下的典型值为75 ìm和49 ìm;涡旋空压机轴向间隙比涡旋制冷压缩机的轴向间隙大.测量结果输出波形的频率能够反映动涡盘掠过探头的时间间隔,因此可以用电涡流位移传感器测量涡旋压缩机的转速,提供了一种测量压缩机转速的方法,可对变速压缩机动态特性研究时转速值的确定提供帮助.总的来说,电涡流位移传感器结构简单、灵敏度高、静态和动态性能好、输出信号强,可以满足涡旋压缩机轴向间隙的小位移量的测量要求.     

驱动轴承内嵌式双涡旋齿涡旋压缩机特性的分析

对驱动轴承内嵌式双涡旋齿涡旋压缩机建立了吸气容积、排气容积、压缩比的计算公式;对作用于双涡旋齿动涡盘的气体力建立了分析模型.计算结果表明:驱动轴承内嵌式双涡旋齿涡旋压缩机相对于传统的双涡旋齿涡旋压缩机,切向、轴向和径向气体力均减小;相对于驱动轴承内嵌式单涡旋齿涡旋压缩机,波动幅度小,运行更平稳,更适合于压缩比小、输气量大的场合.     

高低齿迷宫气封在汽轮机级中应用的数值研究

为了研究迷宫汽封应用于实际结构的汽轮机中的流动特性及密封机理,采用商业软件CFX数值模拟了带有平衡孔和迷宫密封结构的某汽轮机高压一级半汽轮机内部流动。以第八级静叶隔板汽封为例,详细分析了所采用的高低齿迷宫气封的流动特性及密封机理。结果表明:在静叶隔板中应用转子带台阶的高低齿迷宫气封,与直通型迷宫气封相比,使泄漏气流发生多次折转,产生数量众多的大涡拟序结构与杂乱无章的小涡旋,强化了泄漏气流的动能耗散,从而明显增加了静叶隔板的密封性能。优化匹配迷宫气封的转子台阶、长短齿与大小间隙,能够进一步提高迷宫气封的气动性能。     

涡旋压缩机排气过程的三维数值模拟计算

根据涡旋压缩机实际排气过程的特点,通过对物理模型的合理简化,建立了描述排气过程的准静态三维湍流流动数值模拟计算模型,对排气一周内不同动盘转角时刻中心腔内的流动分布及通过排气孔的流动进行了详细的数值分析.数值计算结果表明,涡旋压缩机工作腔内存在大量环流,沿着轴向在靠近排气孔0～10mm(型线高度为52mm)的范围内轴向速度很大,比同一截面内径向速度大一个数量级.从无量纲压力损失系数分布图得出,排气流动阻力损失主要集中在排气孔开启阶段,排气孔的开启特性对流动损失影响最为明显.在开设排气孔时应着重考虑孔的开启特性,纠正了目前开设排气孔面积越大越好的观点,为排气孔口的合理开设提供了理论依据.     

散热对无油涡旋空气压缩机性能影响的实验研究

针对小型家用制氧机用无油涡旋空气压缩机,分析了散热对压缩机各方面性能的影响机理,对研制样机进行了3种不同冷却方式下的实验研究.研究结果表明:散热是影响无油涡旋空气压缩机性能的一个重要因素;随着排气压力的升高,排气温度升高,容积效率下降,电功率升高;自然冷却方式下压缩机的性能最差,额定排气压力下压缩机的容积效率仅为20%,而动盘强制冷却的效果最好,静盘强制冷却的效果介于两者之间,因此动盘背面的强制冷却是无油涡旋空气压缩机设计的首要考虑因素.     

等β角对称圆弧型线的涡旋压缩机几何模型

针对基于等β角对称圆弧型线的涡旋压缩机建立了通用的几何模型，推导出了修正部分的工作腔容积、吸气孔口面积、泄漏线长度和工作腔换热面积随转角变化的计算公式，并假定修正部分的泄漏线为渐开线，起始展开角为涡旋线的起始展开角．通过解析几何的方法求取排气孔口和轴向力作用面积的各个顶点坐标，并沿其边界积分，从而精确地计算出它们的面积．所建立的通用几何模型可直接用于涡旋压缩机热力和动力模型的计算，为优化设计奠定了基础，运用通用几何模型对一台样机进行热力和动力计算，得到了合理的计算结果．     

涡旋型线对涡旋式压缩机性能的影响

研究了吸气压力、压力比、涡旋高度与厚度、吸气容积不变时，由圆弧、直线、正四边形渐开线构成的几种涡旋型线对涡旋式压缩机的几何尺寸、泄漏线长度的影响，以及这些影响随吸气容积改变的趋势     

多级涡旋压缩机压力比与喷油量的优化

对多级涡旋压缩机的级间压力比与喷油量进行了较为深入的研究，提出了工作过程及优化设计的数学模型，经实验验证，该模型合理可行，对多级涡旋压缩机的设计有一定的参考价值。     

喷水涡旋空气压缩机工作特性的研究

从变质量系统热力学原理出发,考虑喷水涡旋空气压缩机的换热及工作特点,建立了其热力学模型.通过对喷水涡旋压缩机工作过程的模拟,分析了转速、喷水量、功率、排气温度等参数之间的关系.模拟计算及实验结果表明:当喷水量为60kg/h,排气压力为0 2MPa时,涡旋压缩机的实际功率接近于等温功率,并且随着转速的提高逐渐偏离等温功率;容积效率随着转速的提高而增大,在转速小于3000r/min的范围内,转速对涡旋压缩机的容积效率影响较大;排气温度随着喷水量的增大而降低,与绝热过程相比,在压比为2 0时,排气温度的降低大于40K;喷水引起的额外耗功比压缩机的指示功率小3%.     

斜盘式及涡旋式压缩机对电动汽车热泵空调系统制热性能的影响

设计了用于电动汽车的热泵空调试验平台,利用步入式低温环境试验舱,研究了不同环境温度下涡旋式压缩机和斜盘式变排量压缩机对热泵空调系统性能和车室内平均温度的影响. 试验结果表明:采用涡旋式压缩机的热泵空调系统,车室内平均温度随时间以近似开口向上的抛物线规律增加;而采用斜盘式变排量压缩机的系统,车室内平均温度随时间以开口向右的抛物线规律增加. 高压管路内工质的温度和压力变化趋势与车室内平均温度变化趋势类似. 在一定的环境温度下,随着压缩机转速的增加,车室内达到舒适温度的时间变短.      

天然气变频涡旋压缩机的性能研究

采用变频涡旋压缩机为微型燃气轮机提供天然气,搭建了供气系统的试验台,开发了涡旋压缩机的测试与数据采集/分析系统,对涡旋压缩机的各部件及系统进行了优化,并对采集的数据进行了详细的分析,获得了有关天然气变频涡旋压缩机运转的详细情况.数据分析结果体现出变频涡旋压缩机的高效率和低振动优点,同时高质量地完成了系统400 h的寿命试验,表明天然气变频涡旋压缩机供气系统安全可靠,完全满足设计要求,进而为变频涡旋压缩机在天然气压缩中的应用提供了理论和试验依据.