含运动副间隙的涡旋压缩机驱动轴承动力学仿真分析

以某卧式涡旋压缩机转子系统为研究对象,针对动涡盘倾覆力矩作用下运动副间隙对驱动轴承动力学特性影响问题,建立含运动副间隙的转子系统动力学模型,根据计算结果在ADAMS软件中添加气体力进行仿真分析。仿真结果表明:运动副间隙对驱动轴承的加速度和碰撞力影响较大,轴承存在固定的偏磨区域,且间隙越大影响越显著,转子系统的精度和可靠性越差。仿真结果为涡旋压缩机的优化提供了重要的理论参考。     

考虑气体力影响的涡旋压缩机转子系统稳定性研究

针对气体力对涡旋压缩机转子系统造成的动不平衡问题,建立了考虑气体力作用的涡旋压缩机曲轴转子系统力学模型、力与力矩平衡方程,采用平衡铁与曲柄销错开一定角度安装的方法,平衡惯性力和气体力引起的转子系统动不平衡。通过数值计算获得不同转速条件下动平衡所需主副平衡铁质量、平衡铁安装角,并分别与传统设计方法下应用于变转速工况时的结果进行了对比分析,结果表明:该方法能有效的减小主副轴承、机架的受力,提高涡旋压缩机的稳定性,对涡旋压缩机的生产应用有一定的参考指导意义。     

双涡圈涡旋压缩机平衡问题分析

双涡圈涡旋压缩机的涡旋齿是对称性的,即不需要进行一次平衡,又增加了涡旋压缩机的稳定性;详细分析了双涡圈涡旋压缩机动涡盘的受力情况,从新给出动涡盘的倾覆力矩计算模型;得出双涡圈涡旋压缩机只能开设一个背压孔和背压压力随背压孔中心展角增大而减小的结论;给出了背压孔被盖住时临界状态的曲轴转角计算公式;验证了平均背压力与背压孔中心展角几乎成正比。研究结果可在双涡圈涡旋压缩机的设计和研究中直接应用。     

涡旋压缩机驱动轴承的力学特性研究

分析了径向载荷、倾覆力矩及轴承径向间隙等参数对滚针轴承力学特性的影响.首先,利用Hertz理论及力法解静不定问题,推导出滚针轴承径向载荷与变形的计算关联式;然后,依据力矩平衡原理,得出轴承外圈倾斜对轴承有效长度上载荷分布的影响;最后,以某一双涡圈涡旋压缩机用滚针轴承为研究对象,研究其径向变形量及载荷分布规律.结果表明,虽然滚针的径向承载与径向总变形之间的关系为非线性关系,但在涡旋压缩机应用中滚针最大径向变形量与轴承总径向力近似成正比,且随曲轴转角同规律周期性变化,相对径向载荷、倾覆力矩对滚针轴承的失效起绝对作用.研究结果对涡旋压缩机的结构设计、驱动轴承的选用及周期性检修、压缩机轴-轴承的动力学行为及动力学与摩擦学的耦合问题研究提供一定的理论依据.     

涡旋压缩机的设计问题

讨论了涡旋压缩机的设计问题。推力轴承是用于空调和制冷中长时间运行的涡旋压缩机的关键零件。轴向推力和力矩都对推力轴承产生影响。应用拉姆巴格（Rumbarger）理论描述了推力轴承的载荷状态。如何优选涡旋卷体的几何形状也是设计者所关心的主要问题。阐述了在考虑稳定运行条件、重量、轴向推力和卷体外径时如何优选涡旋卷体的几何形状问题。在预先确定推力轴承外径尺寸时,最优设计应该是减小涡旋卷体的倾覆力矩。     

径向间隙对涡旋压缩机性能的影响

针对涡旋压缩机各压缩腔之间的泄漏问题,对不同径向间隙工况下的涡旋压缩机内部流场特性进行了研究。首先,建立了某型涡旋压缩机真实尺寸的流体域模型,分析了涡旋压缩机工作腔内流动应遵循的规律;然后,利用PumpLinx软件生成了涡旋压缩机流体域结构化网格,并对其不同径向间隙工况下的内部流场进行了数值模拟;最后,研究了径向间隙对涡旋压缩机压力、进出口的质量流量、动涡旋盘的轴功率等特性的瞬态和平均值影响规律。研究结果表明：涡旋压缩机中同一压缩腔的压力分布均匀,而温度分布不均匀,径向间隙越大,则温度不均匀性越明显;当径向间隙从0.02增大到0.08时,压缩机进出口平均质量流量减少,容积效率从92.7%下降到67.9%,而动涡旋盘的平均轴功率增加18.7%;因此,控制径向间隙对改善压缩机动涡旋盘受力不均匀性,提高压缩机的容积效率,减少其功耗具有重要意义。     

考虑倾覆力矩影响的涡旋式压缩机径向泄漏机理研究

针对涡旋式压缩机动涡旋盘受到倾覆力矩作用,使得轴向间隙形成楔形角,而引起的径向泄漏问题,运用气体动力学理论,建立楔形平板间气体泄漏模型,计算得到考虑气体压缩性和摩擦损失影响的楔形平板间气体的质量泄漏量。应用计算流体动力学软件对涡旋压缩机工作腔的内流场进行了三维数值模拟,获得工作腔内压力场、速度场、温度场分布规律。通过试验比较相邻工作腔压差对动涡旋盘受到倾覆力矩作用泄漏量的影响,验证模型可行性和正确性。计算结果表明,楔形角变化时考虑气体可压缩性、摩擦损失影响,气体质量泄漏量的理论计算与数值模拟曲线变化吻合较好,渐扩形泄漏通道对气体泄漏影响较大。     

柔性间隙影响下涡旋压缩机主轴系统动力学特性研究

考虑到涡旋压缩机主轴系统的高速回转特性,将自由运动和接触变形两状态非连续接触模型应用于间隙运动副动力学建模。以某卧式涡旋压缩机为依据,在不同运动副间隙下构建基于ADAMS/View的主轴系统刚柔耦合模型。通过柔性接触条件下的动力学仿真计算,深入分析了主轴系统核心部件(如动涡盘、曲轴、十字滑环及轴承)的运行状态及承载情况。结果显示：在理想间隙(间隙为0)下,柔性曲轴质心轨迹为一带有波动的非标准圆,而在非理想状态下,曲柄销与滚针轴承存在多处接触碰撞;当轴承内部存在间隙时,Z方向上的支反力更为连续和集中,且其波动幅度随着间隙增大而减小;间隙为0.01 mm时对于动涡盘加速度影响较大,不利于容积腔形成和气体压缩,而选择0.03 mm或0.05 mm间隙值时,可避免轴承系统发生应力集中和疲劳破坏,同时有助于轴承系统维护和十字滑环防自转。     

高速涡轮泵转子系统动力学集成建模及应用

针对高速涡轮泵转子系统多摩擦学元件耦合的特点,建立了计入密封装置、推力轴承、轴向平衡装置等多摩擦学元件耦合时复杂转子系统的集成动力学模型。对某液氢高速涡轮泵转子动力学性能的数值仿真研究结果表明:计入端面密封、推力轴承及平衡盘等的力矩刚度影响,系统1阶临界转速提高25%,失稳转速提高50%,为高速涡轮泵转子系统的稳定性提高措施的选择和论证提供了新思路。为进一步提高转子系统的稳定性,在轴承中引入了超导可倾瓦块,并对引入该附件后转子系统动力学集成建模方法进行了初步探讨。     

基于热应力场耦合的涡旋压缩机动涡盘有限元分析

通过采用有限元方法,运用ANSYS软件,对涡旋压缩机动涡盘受气体力载荷工况和受温度载荷、气体力载荷共同作用工况时进行比较分析,并做不同温度载荷下的耦合分析,得出动涡盘变形和应力分布规律,指出了设计分析中应考虑的重要因素.     

多场耦合作用下动涡旋盘的变形和应力研究

利用Pro/E建立了涡旋压缩机动涡旋盘的三维实体模型,基于有限元法分别对动涡旋盘在气体力、温度场和惯性力作用下的应力和变形分布情况进行分析,并对气体力、温度场、惯性力耦合作用下动涡旋盘的变形和应力进行了数值计算。结果表明温度场引起的轴向变形较大,惯性力使涡旋齿尾部的变形增加,多场耦合作用下最大变形发生在涡旋齿头,最大应力发生在涡旋齿头的底部和驱动轴承座孔内。     

耦合作用下涡旋动盘形变与应力的仿真分析

运用有限元分析软件ANSYS,分析了在特定气体载荷与温度载荷耦合作用下涡旋齿的形变与应力的变化,并在气体、温度载荷变化的情况下,研究其形变的变化规律。被压缩的气体对涡旋齿产生气体力载荷,由气体被压缩、动静盘间的摩擦产生的温度载荷,会引起动盘的热变形与热应力。分析结果表明,温度载荷是影响涡旋齿变形的主要因素。由于涡旋齿头部位受到气体力最大、温度最高,耦合作用下涡旋齿最大变形发生在涡旋齿头顶部;由于主轴对轴承孔内壁的约束作用,最大应力发生在主轴承孔内壁与底盘接触的部位。     

轴承载荷对转子系统各支承的耦合振动分析

以多支承转子 轴承 弹性基础系统为研究对象,对多支承转子系统某支承处轴承载荷变化引起不同支承点处轴及轴承的耦合振动响应进行了研究。首先,建立了多支承转子系统支承间的耦合振动模型,并进行了仿真和试验,耦合振动模型考虑了每个支承处的油膜耦合效应,通过轴承载荷敏感度矩阵得到各支承耦合力;然后,利用龙格库塔法对油膜刚度为定刚度和动刚度两种情况下的转子系统进行了数值分析及仿真;最后,在8支承转子试验台上进行试验,采取改变某一支承处的位移来得到轴承载荷的变化,并提取各支承处的振动信号。结果表明,轴承位置在稳态和瞬态两种情况下改变时振动响应明显不同,油膜刚度为动刚度的分析结果更为合理。     

驱动轴承内嵌式双涡旋齿涡旋压缩机气体力的分析

使用涡旋型线始端展角和终端展角几何参数,对驱动轴承内嵌式双涡旋齿涡旋压缩机的吸气容积、排气容积、压缩比建立了计算公式;对作用于双涡旋齿动涡盘的气体力建立了分析模型;并通过计算与传统的双涡旋齿气体力进行了比较。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,输气量更大,运行更平稳。     

多平行轴系离心压缩机振动耦合传递特性研究

整体齿轮增速式压缩机由于其结构紧凑、效率高而在现代流程工业中得到广泛的应用,然而由于该类型压缩机为多平行轴系结构,其轴承载荷随着压缩机负荷而发生变化,使得该类转子的动力学分析异常复杂。本文以某实际压缩机组为研究对象,建立了齿轮-轴承-转子的弯曲-扭转耦合系统有限元模型。首先对未耦合的单转子进行刚性支撑下的模态分析和弹性支撑下的不平衡响应分析,并同实测结果对比以确定分析结果的可靠性。在此基础上,研究并揭示了轴承载荷导致的刚度系数变化对转子临界转速和不平衡响应的影响规律,同时对比分析不平衡振动在各个转子之间的传递特性。研究结果表明转子振动幅值会随着压缩机负荷的增加而增加,而齿轮啮合刚度会增大转子振动对不平衡的敏感程度。本论文研究结果可为齿轮增速式离心压缩机的设计以及基于模型的压缩机故障诊断提供一定的理论参考。     

斜齿轮柔性转子轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙、齿轮不平衡力,使用有限元法建立质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵并组装成整体参数矩阵,建立了适用于斜齿轮柔性转子滚动轴承系统的非线性动力学模型。采用Runge-Kutta法求解,并分析系统的动力学行为。研究了转速、转轴刚度、不平衡力对斜齿轮系统非线性动力学行为的影响规律。结果表明：随着转速的变化,系统将经历周期、拟周期、混沌等多种运动状态;随着转轴刚度的减小,混沌运动的区间减小,振幅大小发生改变;不平衡力增大后,系统混沌区间增大,混沌运动的区间也发生改变。     

船用汽轮机转子盘轴耦合振动特性研究

基于小长径比建模理论,建立了盘轴耦合转子的有限元模型,并对采用工程实际的斜切方式和轮盘单元等不同建模方法下船用汽轮机转子的振动特性进行了分析,给出了较为系统的、适用于小长径比、短粗转子等结构的建模方法对转子系统振动特性的影响规律。不同的建模方法会对转子盘轴耦合振动特性计算结果有显著影响。轮盘单元会使得转子轴承系统出现附加的振型,表现为轮盘与转轴的耦合模态振型,轮盘单元建模的计算方法能准确描述盘轴耦合转子的振动特性。研究结果表明,对于厚度较大的轮盘,轮盘对转子耦合振动的影响较小,工程常用的斜切建模会引入附加刚度,引起较大求解误差,且这种误差随着轮盘厚度的减小而逐渐降低。     

涡旋压缩机机构误差对密封间隙的影响分析

根据曲柄销防自转涡旋压缩机的结构,从平面杆件机构的基本原理出发,分析了机构尺寸误差引起动涡旋自转误差模型,并建立了动涡旋自转误差对动、静涡旋密封间隙影响的计算式,通过算例对曲轴回转一周自转误差引起密封间隙的变化及对压缩机气密性、稳定性和安全性的影响进行了分析讨论。结果表明,对于回转半径固定式曲轴结构的涡旋压缩机,由于曲轴偏心为定值,动涡旋逆时针自转时泄漏间隙增大使密封性能变差,泄漏增加。动涡旋顺时针自转时泄漏间隙减小,较大的自转角有可能造成动、静涡旋齿面硬接触,使摩擦损失增大,长时间运转涡旋齿易产生疲劳断裂,因此设计时应严格控制加工精度,减少尺寸误差带来的不利影响。     

二阶可微型线对涡旋压缩机性能的影响

针对传统变截面涡旋型线在构造形式上采用一阶可微连接方式时存在型线不光顺的问题,提出一种基于二阶可微的涡旋型线连接方法。利用该方法建立了吸气腔、压缩腔和排气腔的容积模型,并对作用在动涡旋上的轴向、切向和径向气体力在实际工况参数下进行了模拟计算。计算结果表明:涡旋型线的连接方式对涡旋压缩机容积性能和动力性能的影响比较显著;相比于一阶可微,采用二阶可微连接方式,行程容积和压缩比分别提高了19.20%,17.13%,轴向力、切向力和径向力均明显减小。可见,采用二阶可微连接方式的变截面型线涡旋压缩机,容积性能较高,动力学优势会更加突出,研究方法和结果可为涡旋压缩机设计提供参考。