通用化透平压缩机运行性能高速在线评估系统设计

提出了一种化工离心式压缩机运行性能(热力性能)在线监测与评估系统通用化设计思想.研究并介绍了对真实气体物性参数计算、压缩机变工况热力性能计算与评估分析及相应通用接口软件的编制等核心工作.现场运行表明:该系统能够实时显示压缩机组的工作状态及运行点位置,同时给出当前机组热力状态评估结果及防喘振裕度等重要指标,置信度高,运行可靠.     

基于MATLAB的多列往复式压缩机热力计算程序开发

为了快速高效地计算多列往复式压缩机热力参数,开发了基于MATLAB的多列往复式压缩机热力参数计算程序.以6M25A压缩机为例开展了热力计算,计算结果与厂家提供的热力参数相吻合.基于论文设计的热力计算程序,开展了压缩比、绝热指数对压缩机相对指示功损失的影响规律研究,获取了相对指示功损失随压缩比、绝热指数的变化曲线.研究结果表明:压缩机相对指示功损失随着压缩比的增大而减小,随着绝热指数的增大而增大;压缩比是影响压缩机相对指示功损失的主要因素.     

喷油螺杆压缩机指示图的试验研究

为了深入了解压缩机内部的微观工作过程,从而给压缩机参数的优化设计提供可靠的试验依据,通过安装在阴转子齿根处的压力传感器,测同从吸气过程中段至排气过程完毕时基元容积中压力的变化,得到了压缩机的一个基元容积内气体工作过程的指示图,通过比较不同工况下的指示图及相应的热力性能,分析了排气压力,转速及喷油量等设计参数对喷油螺杆压缩机热力性能的影响,研究结果表明：在较宽广的排气压力范围内,指示图上并未出现明显的等容压缩,转速对指示图及热力性能的影响不大,喷油量控制在压缩机容积流量的1％－2％时,压缩机性能较优;为了避免排气过程末期明显的压力突升现象,应在排气端盖上设置导流槽。     

化工用透平压缩机按理想气体多变指数进行热力计算的偏差分析

本文以实际气体多变过程分析为基础,对于按理想气体多变指数进行热力计算时,所会产生的偏差进行了分析。提出了一种具体计算偏差的方法,并通过偏差分析及实例,阐明了化工用透平压缩机按理想气体多变指数进行热力计算时的偏差情况,及热力计算方法的合理选择。     

螺杆压缩机设计计算软件的研究与开发

介绍了所开发的以Windows为操作平台的螺杆压缩机设计计算软件SCCAD,总结了SCCAD软件中转子型线、几何特性、热力性能、转子受力、转子变形以及刀具刃形等设计内容的计算方法和计算机程序,给出了利用VisualBasic语言设计的用户界面和后处理程序.SCCAD软件克服了传统设计方法设计周期长、计算准确度差的缺点,设计人员可通过该软件,采用建立在工作过程数学模拟基础上的螺杆压缩机设计新方法.利用SCCAD软件设计的螺杆压缩机的研制成功,证明了该软件的可靠性     

旋叶式压缩机叶片动态接触激励机理

为表征圆弧简谐曲线组合型旋叶式压缩机叶片动态接触激励,基于气体热力学控制方程,建立工作介质在吸入、压缩及排出等过程中压缩机基元容积数学表征模型,研究压缩机基元腔气体压力变化规律。自制微型压力传感器,搭建旋叶式压缩机基元腔气体压力测量试验台,测试并验证压缩机基元腔气体压力计算方法的合理性。基于达朗贝尔原理建立叶片刚体动力学方程,计算叶片与滑槽、叶片与缸体间的非线性动态接触激励力。研究叶片偏距、叶片质量、转子转速、背压腔压力等结构及工况参数对旋叶式压缩机叶片动态接触激励的影响规律。研究结果表明:基元腔压力解析计算曲线与实测曲线变化规律基本一致,二者吻合程度较好;优化叶片偏距可在一定程度上改善叶片受载情况,而叶片质量对其影响较小;在额定背压腔压力条件下,转速高于8 020r/min时叶片已出现脱空现象,因此为了防止叶片脱空以及降低摩擦磨损,应根据转速与背压腔压力关联规律对背压腔压力进行动态控制;叶片动态支反力与动态接触力等计算结果可为压缩机机械噪声预估提供激励数据。     

R134a螺杆制冷压缩机工作过程数值模拟及实验研究

为了深入研究螺杆制冷压缩机内部的微观工作过程,建立了描述R134a螺杆制冷压缩机工作过程的热力学模型,全面考虑了螺杆制冷压缩机的5个泄漏通道损失、油气混合物热交换、喷油和部分负荷对压缩机工作过程的影响.为了验证数学模型,录取了表征螺杆制冷压缩机工作过程的p-V指示图及测试了压缩机宏观性能参数.通过比较表明,理论计算结果符合实验测试结果(误差小于4%),所建立的数学模型能准确地反映双螺杆制冷压缩机的工作过程特性及其宏观性能特征,为螺杆制冷压缩机的设计参数优化提供了理论及实验依据.     

压缩机工作过程模拟中数值振荡问题的成因分析及改善方法

为解决数值模拟压缩机工作过程中存在的数值振荡和发散问题,采用四阶后向差分(BDF-4)算法和经典四阶龙格库塔(RK-4)算法分析压缩机基元容积控制方程的稳定性,并对2种算法的计算结果进行对比。结果表明:在吸排气过程中,压力计算的微小偏差会导致质量流量产生较大的误差,从而使基元容积控制方程产生较大的数值刚性,限制了RK-4算法的最大稳定步长;在稳定性上,BDF-4算法的绝对稳定域包含整个负半x轴,可以避免数值刚性引起的振荡和发散,其计算步长不再受数值刚性的限制;对计算效率而言,每步BDF-4算法所消耗时间为同步长RK-4算法的1.7～1.8倍;计算精度上,BDF-4算法与RK-4算法代数精度相同,实际计算时两者的表现也十分接近。BDF-4算法在保证工程精度的前提下提高了压缩机工作过程模拟的稳定性,解决了数值振荡问题,对容积式压缩机的工作过程模拟、新型泄漏通道的研究等有实际意义。     

在线诊断中离心式压缩机预期性能计算

鉴于离心式压缩机运行性能在线诊断中预期性能的计算极为重要，而对于运行中工作元件发生变化引起性能的变化尚无较好的计算方法，特别是在许多情形下压缩机的结构参数不全时更难于计算，提出将对压缩机段的热力计算简化成为一个中国平均级的计算方法；     

制冷压缩机热力性能的神经网络模拟

压缩机热力性能的准确计算,对于使用压缩机制冷空调装置的优化设计起到很关键的作用,而单纯的理论模型难以反映实际的复杂因素,影响计算精度．采用人工神经网络与传统理论模型相结合的方式,建立智能型的压缩机热力计算模型,利用人工神经网络的自学习和泛化功能改善压缩机容积效率和电效率的计算模型精度．神经网络采用多层前向网络（ＭＬＰ）,网络训练采用同伦ＢＰ算法．对房间空调器用滚动转子式压缩机启动过程的输入功率变化,以及汽车空调器用变转速往复式压缩机的容积效率进行仿真,并与实验结果对照．结果表明,智能型压缩机模型很好地改善了传统计算模型的精度,而且适应能力更强     

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%.     

基于自适应滑模的气量调节系统执行器故障工况下的自愈调控策略

针对往复式压缩机气量调节系统中存在的执行器失效、偏移等问题,提出一种基于滑模变结构容错控制的自适应自愈调控方法。首先,通过推导气量调节系统的热力学公式,得到输出缓冲罐压力与可调负荷之间的非线性状态空间方程;然后,通过引入自适应控制参数在线调节控制器输出,在确保设定值跟踪性能的前提下提高其对外部干扰和执行器故障的鲁棒性;随后基于Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性;最后通过数值仿真验证了所提的自适应滑模控制策略能够有效地对执行器故障工况下的往复式压缩机气量调节系统进行自愈调控,为系统的稳定性和鲁棒性提供保障。     

制冷空调用涡旋压缩机数学模型

为研究涡旋压缩机结构对制冷空调系统性能的影响,建立了适用于制冷空调仿真的涡旋压缩机的分布参数简化模型。推导出适宜于任意渐开线初始角的包含吸气、压缩和排气全过程的分段函数形式工作腔容积模型和泄漏面积模型;统一考虑工作过程中的泄漏和排气,建立了基于能量守恒、质量守恒和实际气体状态方程的涡旋压缩机模型,并用四阶Ronge-Kutta法求解。将模拟计算的压缩机功耗和质量流量与Winandy的试验结果进行对比,结果表明,该模型能够准确地描述涡旋压缩机的吸气预压缩、压缩泄漏以及排气过压缩等详细工作过程。该研究为涡旋压缩机及其制冷系统的性能研究提供了有效工具。     

螺杆压缩机设计理论与关键技术的研究和开发

基于螺杆压缩机热、动力学的理论研究，建立了螺杆压缩机工作过程中热力学、动力学计算的数学模型，并在螺杆压缩机工作过程指示图录取、压力脉动测试、转子轴向力测量、油分布的可视化等实验研究基础上，揭示了螺杆压缩机热、动力性能与转子型线等设计参数之间的内在规律，建立了完整的螺杆压缩机设计理论．在设计理论的指导下，开发了转子型线设计、刀具刃形设计、SCCAD设计等技术和软件，与本行业知名企业合作开发系列产品，并实现大批量生产，使新产品广泛应用于制冷空调、空气动力和石油化工等领域，实现了我国螺杆压缩机产品的更新换代，推动了我国压缩机行业的技术进步和产业结构优化．     

压气机动应力测试的叶-盘耦合分析方法

为评估发动机压气机转子叶片的振动特性和工作可靠性,基于循环对称结构模态分析基本理论,建立了大叶片在轮盘装配条件下的耦合振动特性分析方法。以压气机某级为研究对象通过循环对称建立叶-盘耦合结构有限元模型,得到叶-盘系统在静态和工作转速下的模态及应力分布,并通过与实验结果的对比验证了该方法的可靠性。利用Campbell图确定了叶片的危险转速,并评估特定转速下系统频率裕度,为压气机工作叶片动应力测量提供数值仿真技术支撑。     

基于误差修正模型的压缩机组性能预测

针对前期制定的压缩机组运行方案不切实际的问题，开展了离心压缩机性能预测研究。采用误差修正的思想，以某压气站离心压缩机组为研究对象，运用多变换算法对压缩机组性能曲线进行换算，然后，基于最小二乘法曲面拟合原理对经过相似变换后的性能曲线进行拟合。考虑到压缩机组的劣化情况，运用最小二乘法一元拟合原理获得了性能参数的误差修正模型，并与不同工况下的多组历史数据进行对比分析，由误差修正模型得到的轴功率、压比预测值与其实测值的相对误差在3%以内，验证了误差修正模型的可靠性，为压缩机组运行方案的制定提供了切合实际的生产运行基础数据。     

多级压缩机压力比与气阀结构参数的优化

本文对多级压缩机压力比与气阀结构参数的优化设计进行了较为全面的研究,并对其中某些重要的问题提出了新的见解。在多级压缩机的优化研究中,以比功率为目标函数,建立了多级压缩机工作过程的数学模型,且在各设计变量对整机性能影响的讨论与研究的基础上,提出了合理的约束条件。通过该理论用于实际的无水瓶装氧压机的设计及改造中检验,充分证明了它的正确性。     

基于无限学生t混合模型聚类的机械故障预警方法

往复式压缩机、柴油机等复杂机械的振动信号往往呈现较强的非平稳特性，导致传统单特征门限报警法的报警准确率较低。针对该问题，提出一种基于无限学生t混合模型（infinite student's t-mixture model，iSMM）聚类的机械故障预警方法：首先，通过提取机械振动信号特征构建高维特征空间，并采用iSMM对其进行建模，以描述机械设备的状态；其次，利用基于匹配的KL散度近似算法计算机械设备在历史正常状态和观测状态下的模型间距离；最后，将该距离与基于3σ准则自学习出的报警阈值进行比较，实现故障预警。利用往复式压缩机故障案例对所提方法进行验证，结果表明本文方法较单特征门限报警法报警准确率高且时效性好，可有效地对复杂机械进行故障预警。     

双转子空调压缩机的性能研究

研究了两转子相互错开１８０°的双转子空调压缩机．以热力学基本方程及马丁－侯方程为依据，顾及双转子与单转子不同的特点，并考虑了工质和润滑剂的泄漏、气缸壁和转子间的热交换、气阀的运动规律等因素，建立了双转子压缩机的工作过程数学模型，编制了以模型为依据的仿真计算机程序．通过对样机的基本性能指标测试分析，取得了与仿真值相一致的结果．还对双转子压缩机的动力性能作了研究，给出了其能量不均匀度值与单转子压缩机值的大小比较．这种空调用双转子压缩机比单转子压缩机有很大的优点，如：负载均匀、振动小、单机制冷量大等，因此，该双转子压缩机特别适用于变频调速的空调器．研究结果对设计及制造空调压缩机有重要的参考价值．