热固耦合下三螺杆泵转子的结构特性研究

三螺杆泵在工作中产生的高温流体会导致螺杆转子产生形变,针对这一问题,对不同工况下螺杆转子的变形和应力进行了研究。基于有限体积法数值求解了N-S方程,得到了螺杆泵的温度场,通过对比模拟数据与实验数据确保了流场求解的准确性;采用了CFD/CSD耦合求解技术,将温度场数值插值到转子的结构网格上,以作为转子热分析的外载荷,进而通过求解螺杆转子结构的静平衡方程得到了转子的位移场和应力场;最后分析了螺杆泵产生的温度场对螺杆转子变形和应力的影响规律。研究结果表明:螺杆泵出口位置温度较大,进口位置温度较低;随出口压力的增大,主从螺杆转子的最大变形和最大应力都逐渐增大;从螺杆泵的进口到出口,随着转子轴向长度的增加,主从动转子的变形逐渐增大。     

双螺杆压缩机热力结构特性分析

针对双螺杆压缩机在实际工作过程中的热力变形结构特性问题,以双螺杆压缩机的阴、阳转子为研究对象,考虑转速对螺杆压缩机工作性能的影响,采用间接耦合方法通过插值技术将温度场作为体载荷施加于阴、阳转子,并进行热力耦合数值模拟分析。通过求解阴、阳转子静平衡方程,对螺杆转子在静力场、稳态温度场和热力耦合场进行模拟分析对比,得到螺杆转子的应力、变形分布规律。研究结果表明:在静应力场下,阴转子的变形量大于阳转子,且静应力的仿真与耦合场下仿真差异明显。在双螺杆压缩机工作过程中,热变形是转子变形的主要原因,且轴向的变形量最大,热分析和热力耦合情况下转子的变形趋势相同,且在耦合场下阴转子的齿面变形较大。     

双螺杆捏合机螺杆转子多场耦合特性数值模拟

以某新型双螺杆捏合机螺杆转子为研究对象,采用间接耦合以及弱耦合方法实现转子温度场和应力场、流场和应力场的耦合特性的数值模拟。将温度场作为体载荷施加在流固耦合结果上,实现螺杆转子温度场-流场-应力场的多物理场耦合特性数值模拟,以研究不同工况下在流场温度、流体压力和不同扭矩对双螺杆转子的综合应力和综合变形的多场耦合作用机理,并对螺杆转子在各物理场单独作用及耦合作用下的应力和变形情况进行对比分析。研究结果表明:与流场对转子产生的变形与应力相比,热变形是导致转子实际变形的主要因素,螺杆转子热变形的变化趋势与其实际综合变形的变化趋势基本一致,而由温度场导致的转子热应力值较小,远小于转子受到流场以及扭矩产生的应力值。根据分析结果可以确定双螺杆捏合机中对转子强度、刚度起主要影响作用的因素,以及确定转子合理工作间隙。研究结果对转子微观形貌的主动反演设计以及工作间隙的合理选择提供理论依据。     

双螺杆多相混输泵转子变形的理论研究

双螺杆混输泵在输送高含气率介质时,泵内温升对泵内转子间隙造成影响,进而影响泵的容积效率,在极端情况下,甚至会造成转子卡死以及混输泵的损坏。本文建立转子模型对高含气率下双螺杆混输泵转子的热变形和力变形规律进行研究,结果表明转子的热变形是转子变形的主要因素,螺杆转子的变形量会随着介质含气率的增加而增加,当含气率大于90%后,变形量显著增大,当含气率为99%时,径向最大变形量发生在出口端面的齿顶,轴向最大变形量发生在螺杆转子的吸入口侧轴的右端面上。通过分析变形对各间隙的影响后发现,齿根间隙变化最大,其次是齿顶间隙,而齿侧间隙几乎不发生变化。     

基于ABAQUS的转子过盈接触及热膨胀分析

螺杆转子是螺杆压缩机的核心部件。对于630机型,采用热套工艺装配后,阴转子曾出现因应力过大而产生断裂的问题,同时过盈配合与热变形共同影响着阴阳转子的间隙。本文采用有限元软件ABAQUS/CAE对630阴转子进行了有限元分析,结果表明阴转子空心齿内的最大应力达到227MPa,同时齿面最薄处的应力达150MPa,易出现疲劳断裂;对阴阳转子在以20~80℃下的非均匀温度场下的热膨胀进行量化,结果表明装配变形量在0.04~0.07mm之间;排端阴阳转子齿顶径向位移达到0.25mm,齿根为0.17mm,建议阴阳转子啮合装配间隙大于0.42mm。     

基于热分析的双螺杆压缩机转子的应力疲劳研究

由于双螺杆压缩机工作过程中产生的温度场导致转子产生热变形和热应力,容易引起转子发生疲劳破坏,因此分析温度载荷作用下螺杆转子的应力疲劳具有重要意义.基于有限体积法数值模拟压缩机工作过程中的温度场,利用GGI(General Grid Interface)插值技术将温度载荷传递到转子结构网格上,建立了基于松耦合的热固单向耦合模拟方法,并利用"L型大直径掩埋管道"对该方法的准确性进行验证.通过求解转子结构的静平衡方程,研究温度载荷作用下转子的变形、应力分布规律,最后通过修正后的应力疲劳S-N曲线对转子进行疲劳寿命分析.研究结果表明:螺杆转子最大变形发生在阳转子与电机相连接的一端,阴转子的齿顶和阳转子的齿根产生较大的应力集中,且随温度的升高,螺杆转子的使用寿命逐渐降低.该方法可为压缩机的设计研究和优化升级提供参考.     

双螺杆转子结构特性流固耦合数值模拟

以双螺杆转子为研究对象,依据流固耦合理论,通过求解捏合机内部流体和双螺杆转子固体耦合方程,研究不同工况下的流体压力和扭矩对双螺杆转子应力和变形的影响规律。分析计算结果表明:螺杆转子的变形和应力主要是不同工况下的扭矩、流体压力载荷及耦合场作用引起的;螺杆间隙对捏合机的生产效率和质量有很大影响,阴阳螺杆转子最大变形量是设计最佳螺杆间隙的关键因素;一定功率下,转子的最大变形量和最大应力值分别与转子扭矩、流体压力的大小正相关;一定转速下,转子的最大变形量和最大应力值与捏合机功率正相关。研究结果为新型双螺杆捏合机的合理设计与性能预测提供了理论依据。     

不同型线的螺杆转子热力耦合分析研究

以不同类型螺杆真空泵转子为研究对象,建立了梯形齿转子和矩形齿转子的三维数模和有限元模型,在综合考虑热膨胀、气体压力、转子运动、温度等多因数作用下,进行转子的热力耦合分析,得到转子的温度场和热形变分布情况,并分析比较不同温度环境下不同类型转子的变形程度。研究结果表明:梯形齿型转子的多种形变量均相对较小,且分析得到的形变量可应用于螺杆转子冷态设计的热补偿中,为螺杆真空泵各处间隙的设计提供理论依据。     

螺杆钻具马达啮合模型及其应用

螺杆钻具马达定转子之间的过盈量决定了马达的密封性能并对其机械性能产生重要的影响,确定定转子之间合理的过盈量对提高马达的机械性能具有重要的意义。基于赫兹接触理论,建立了马达定子、转子二维啮合模型,遵循接触力系平衡原理,通过迭代方法得到转子运动的中心轨迹和法向过盈量。通过测量两只具有不同理论过盈量的马达定转子廓形,利用啮合模型得到其计算过盈量,并且与理论过盈量进行对比,结果表明:相较于理论过盈量,计算过盈量的值偏大。同时,对两只钻具进行整机试验,对比其机械性能发现计算过盈量更能合理解释马达的实验结果,并且计算过盈量处于合理的数值时,螺杆钻具马达将获得良好的机械性能。     

无油螺杆压缩机装配间隙的优化设计

基于无油螺杆压缩机的结构形式,利用有限元分析方法,建立三维模型,对转子的热、力变形进行分析.采用流固耦合的分析方法,优化螺杆转子的温度场分布.分析结果表明,螺杆转子的温度场分布更接近实际,同时压缩机冷态间隙的设置不仅需要考虑转子的热膨胀,还需要考虑气缸体的热力变形.在工程实际中,根据有限元分析的结果,对压缩机各泄漏间隙的冷、热态装配值进行对比,调整实际间隙值,从而实现间隙的优化设计.     

基于螺杆转子啮合接触线加载气体轴向力的热应力分析

以往对螺杆转子进行应力分析时,转子上所受的载荷都是以集中应力的方式简化加载的,计算结果不能反映转子的真实受力以及变形情况。但是通过螺杆转子啮合接触线,在接触线接触区槽段按照实际情况加载螺杆转子气体轴向力,对螺杆转子进行热应力分析,真实准确解析出螺杆转子真实应力、变形以及约束反力,解决了长期以来对螺杆转子受力变形简化精度过低的问题,提高了计算精度,有较高的工程应用价值。     

双螺杆捏合机转子型线设计与数值模拟

利用曲面共轭原理建立双螺杆捏合机转子型线设计与螺杆转子共轭曲面啮合方程的数学模型,提出一种可对高黏度物料进行输送、混合及塑化作用的新型双螺杆捏合机螺杆转子型线,给出转子螺旋副组成齿型线参数方程,进行转子结构设计.建立双螺杆捏合机流场数值仿真模型,依据计算流体动力学理论,对非牛顿流体流动进行三维、等温稳态有限元数值分析,研究其在不同转速及中心距条件下流场压力场分布、速度场分布、最大切应力、物料流动速率等特性;依据流固耦合理论,求解捏合机内部流体和双螺杆转子结构耦合方程,研究不同工况下流体压力和扭矩对螺杆转子应力和变形影响的变化规律.研究结果为双螺杆捏合机转子型线、结构参数的设计以及工艺参数的合理设定提供理论依据.     

螺杆转子磨削去除深度研究

砂带的磨削过程受多个工艺参数的影响,螺杆表面材料的去除均匀性会影响螺杆转子的机械性能。对于螺杆转子的磨削,砂带的旋转速度、砂带的进给速度、主气缸的压力、砂带磨损量等都会对螺杆转子的磨削深度产生影响。利用自主研发的实验设备对螺杆转子进行打磨实验,采用线性激光测量仪对螺杆转子的打磨深度进行测量,探究各工艺参数对螺杆打磨深度的影响规律。实验结果表明：螺杆转子的打磨深度随着砂带旋转速度的增加先增大后减小,随着主气缸压力的增加而增加,随着砂带的进给速度与磨削时间的增加而减小。     

基于无瞬心包络法的压缩机转子加工刀具设计

通过对喷油螺杆压缩机结构和工作原理的分析,根据端面型线建立转子螺旋曲面方程,利用无瞬心包络法原理,并分析了精加工过程中成型铣刀与转子的相对运动关系,推导出具有一定前角和恒定后角的铣刀刀刃廓形方程;利用MATLAB仿真,得到铣刀刀刃廓形曲面图,利用UG软件绘制出铲齿成型铣刀的模型图,实现建模;考虑到螺旋槽加工过程中铣削力和切削热引起的刀具变形对转子加工精度的影响,利用ANSYS有限元分析,得出转子加工过程中刀具的变形量很小,可忽略不计。     

空气预热器换热过程数值模拟

利用有限元的方法,使用ANSYS软件分别对整体转子、单层隔板、扇形板进行热-力耦合数值模拟,获得其变形量。通过研究,利用数值模拟分析的方法验证了空气预热器的变形量,对工程数据进行论证,提高了空气预热器的工作效率。     

齿轮传动热分析综述

齿轮传动技术在汽车、工程机械与航空航天等行业中得到了广泛的应用。但是,齿轮在传动过程中,啮合齿面之间的相对滑动摩擦会产生大量的热,不仅会降低传动效率,而且局部高温会导致过大的局部热变形和热应力,进而造成轮齿的胶合和点蚀等失效。结合齿轮热分析方面的国内外研究进展,从齿轮传动热分析的理论计算、数值分析与试验三个方面进行了综述,指出了齿轮传动热分析研究的重点。     

基于Ansys的数控车床导轨热变形研究

导轨热变形是影响高精数控车床加工精度的重要因素。为了实现工件快速定位,需要工作台与刀架在导轨上快速移动,工作台与导轨摩擦会产生大量摩擦热,导致导轨热变形。为研究往复运动所产生的摩擦热对导轨热变形的影响,结合ANSYS有限元软件,采用顺序耦合分析中的物理环境方法对导轨进行热结构耦合分析,探讨了导轨X方向上的变形量。结果表明:车床导轨外侧面x方向位移大,内侧面位移小,是影响工件加工精度的重要原因;摩擦面外侧底部x位移最大,是影响车床导轨热变形的最主要部位。     

基于流热固多物理场耦合的磁力泵关键零部件结构分析

磁力泵冷却工作介质的压力以及涡流热产生的温度影响关键零部件的应力和应变的分布,利用AnsysWorkbench有限元方法对关键零部件进行流热固耦合数值计算分析。计算分析可得:不同温度下关键零部件的最大等效应力值和变形量不同,随着温度的升高而线性增大;等效应力值较高的发生部位为隔离套筒壁与隔离套法兰的连接处及内磁转子与泵轴连接面处;应变量较大的发生部位为靠近内磁转子的隔离套筒壁处;尽量保证冷却工作介质的冷却温度在45℃以下。     

离心压缩机叶轮偏摆对振动的影响

当离心压缩机叶轮与轴过盈量严重不足且叶轮和轴套间轴向间隙较大时,叶轮因为转子挠曲变形和回转效应发生周期性的偏摆,进而产生轴向和径向振动。在任一转速下,转子的挠曲变形是固定不变的,因此,叶轮的偏摆角度也是不变的,但同时,发生叶轮与轴过盈严重不足时,如图1所示,叶轮的偏摆角度就会因回转效应的影响发生周期的变化,产生的回转力矩也会发生周期的变化,转子此时就会呈现周期性改变的挠曲变形,这时,转子就会发生轴向和径向振动。叶轮的偏摆角度越大、转子越高,转子受到的回转力矩越大,转子产生的变形量也会也大,其中轴向方向变形量的增大会使轴向振动增大,而径向方向的变形量如果使不平衡位置发生改变和不平衡量增大,径向振动可能也会增大。     

1000 MW级核电站上充泵外壳体热固耦合分析

核电站上充泵处于瞬间变化的温度场和热变形场中,在变化的热冲击作用下,会对上充泵的一些关键部位造成损害。此外,由于整个上充泵结构的热变形,对泵的转子的动力学性能产生严重的影响。建立了泵外壳模型,基于热固耦合理论,在阶跃载荷作用下,对其进行三维-热固耦合数值模拟分析,计算出了泵壳的热应力,并通过2种方法对热应力进行了评定。结果表明,泵壳结构体上出现的最大应力为106.74 MPa,小于ASMEⅡ所确定的材料应力强度;最大变形量为1.867 mm,小于外壳体与内壳体之间的间隙;应力叠加法和间接耦合法得出总应力强度分别为107.76 MPa和106.45 MPa,2种方法评定结果基本一致。上充泵热冲击是核电站规范中的强制性考核内容之一,通过热-固耦合仿真分析上充泵外壳体的热应力校核工作,具有实际工程意义。