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间隙泄漏对平衡式双螺杆压缩机流场特性干扰的分析与研究

发布时间:2020-11-22 10:02
   双螺杆压缩机运动部件为纯旋转运动,相比于其他类型的压缩机可实现更高的转速、效率和输送率,因此被广泛应用于石油、化工、船舶、冶金、环保、清洁能源等行业。然而目前市场上所采用的双螺杆压缩机均采用单侧吸气单侧排气的工作方式,使得压缩件受单向轴向力作用,容易造成支承件的过度磨损,从而造成非计划停工引起巨大的经济损失和安全问题。为了改善传统双螺杆压缩机的弊端,延长无故障运行时间,促进工业发展,课题组提出了一种可最大程度消除转子轴向力的平衡式双螺杆压缩机,对其结构及性能的深入分析和研究将大大促进我国工业装备水平的提高。本文以优化平衡式双螺杆压缩机性能为目的,基于双螺杆压缩机基本理论及流体动力学理论对平衡式双螺杆压缩机开展了转子几何特性求解、流体模型修正、网格划分方法改进、内部流场特性分析、排气压力脉动分析以及间隙泄漏影响分析等诸多研究。文中以2LGF125/21型螺杆压缩机为研究对象,基于XSRM型线和已知工作参数,确定了转子的几何参数,并运用SCORG软件对转子进行了几何特性求解,得到了齿间容积随阳转子转角变化数据以及阴阳转子啮合线数据;针对因微小间隙的存在而引起的平衡式双螺杆压缩机工作腔流体模型的构建及网格划分难度大且精度低的问题,归纳出了一种运用SCORG软件构建可考虑内腔真实间隙的工作腔流体模型并划分高精度网格的方法;为了验证模型可行性并探究平衡式双螺杆压缩机内部流场特性,运用CFX软件对其工作过程进行了数值模拟,得到了内部流场压力、速度、密度以及流体轨迹线分布情况。为了充分研究并预测工况参数对平衡式双螺杆压缩机排气压力脉动的影响,运用CFX软件模拟了5种不同工况下平衡式双螺杆压缩机排气过程,对不同工况下排气口处压力脉动曲线进行了对比分析,结果表明:偏离设计工况的出口压力会对排气压力脉动产生负面影响;同一出口压力下排气压力脉动随转子转速增大而增大。针对间隙泄漏特性对平衡式双螺杆压缩机流场动态特性的影响,基于间隙泄漏形成机理,构建了7种带有不同规格间隙的流体模型,以CFD技术为研究手段,分别对7种流体模型进行了流体动力学仿真分析,得到了齿间间隙、齿顶间隙以及排气端面间隙的尺寸变化对内部流场压力和速度分布以及排气压力脉动的影响规律,分析结果表明齿间间隙对流场物理参数分布影响最大,而排气端面间隙对排气压力脉动影响最大。研究结果对平衡式双螺杆压缩机结构优化、运行参数优化、工作效率提高以及减振降噪均具有重要指导意义,为平衡式双螺杆压缩机的工程实践提供重要经验数据。
【学位单位】:华东交通大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TH45
【文章目录】:
摘要
abstract
主要符号说明
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究目的和意义
        1.1.3 相关研究现状
    1.2 主要研究内容与路径
        1.2.1 主要研究内容
        1.2.2 研究路径
    1.3 技术关键与难点
第二章 平衡式双螺杆压缩机结构介绍及基本特性分析
    2.1 平衡式双螺杆压缩机工作原理与介质流程
        2.1.1 结构与工作原理
        2.1.2 介质流程
    2.2 转子型线选取
    2.3 转子几何参数与流场的关系
    2.4 XSRM型线几何特性分析
        2.4.1 SCORG软件介绍
        2.4.2 基于XSRM型线下转子几何特性分析
    2.5 本章小结
第三章 数值模型修正与流场特性分析
    3.1 工作腔流体模型的构建及网格划分
        3.1.1 现有模型的利弊分析
        3.1.2 改进后的工作腔流体模型及网格划分
    3.2 中隔部及排气座流体模型构建及网格划分
    3.3 数学模型
        3.3.1 基本控制方程
        3.3.2 优选压缩机流场湍流模型
    3.4 流场特性分析
        3.4.1 仿真平台介绍
        3.4.2 求解设置
        3.4.3 结果分析
    3.5 仿真结果对比验证
    3.6 本章小结
第四章 平衡式双螺杆压缩机排气压力脉动分析
    4.1 排气压力脉动机理分析及研究方法
        4.1.1 排气压力脉动形成原因
        4.1.2 排气压力脉动研究手段对比分析
    4.2 压力脉动评价方法
    4.3 排气压力脉动分析
        4.3.1 求解设置
        4.3.2 排气口面积变化与排气压力脉动的关系
        4.3.3 出口压力对排气压力脉动的影响
        4.3.4 转速对排气压力脉动的影响
        4.3.5 结果验证
    4.4 本章小结
第五章 间隙泄漏对平衡式双螺杆压缩机流场特性的影响分析
    5.1 间隙泄漏机理分析
        5.1.1 间隙泄漏形成原因
        5.1.2 间隙泄漏的影响及抑制途径
    5.2 模型各间隙参数及网格划分
        5.2.1 模型各间隙参数
        5.2.2 网格划分
    5.3 各间隙对流场特性的影响分析
        5.3.1 各间隙对流场压力分布的影响分析
        5.3.2 各间隙对流场速度分布的影响分析
        5.3.3 各间隙对排气压力脉动的影响分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 课题展望
参考文献
个人简历在读期间发表的学术论文
致谢

【参考文献】

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