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《陕西理工大学》 2020年
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某型号双螺杆压缩机结构及性能研究

饶静  
【摘要】:双螺杆压缩机是将低压气体转换为高压气体的一种回转机械,其依靠体积小,重量轻、效率高等特点,广泛应用于工业领域。目前,双螺杆压缩机虽然在转子型线设计方面取得革命性进展,但在主机宏观结构设计和内部流场微观特征研究中隐含着以下几点亟待解决的问题:一是排气口处压力脉动幅度较大;二是影响双螺杆压缩机内部流场性能参数的研究不够全面,并缺少相关试验分析;三是间隙泄漏对双螺杆压缩机性能的影响尚未系统化、定性化描述。本研究针对双螺杆压缩机存在的三大问题,基于双螺杆压缩机设计基本原理和流体动力学理论,建立了双螺杆压缩机流体域模型,改进了排气孔口结构,着重分析了间隙泄漏对双螺杆压缩机性能的影响。首先,基于转子型线设计基本理论,对双螺杆压缩机转子端面型线的几何特性和热力学特性进行计算分析,结合转子型线数据建立双螺杆压缩机三维模型。针对排气孔口压力冲击波动较大,诱发气动噪声问题,根据工程实践经验对排气孔口进行改进设计,改进后压力脉动不均匀度减小11.6%,最大速度波动幅值降低1.49。其次,鉴于双螺杆压缩机内部流场非定常性流动的特点,运用Scorg和Pumplinx软件相结合的研究方法,避免了动网格负体积现象的出现,解决了编写复杂UDF函数的难题。通过仿真计算获得了压力、温度、流量等变化特性,并确定了非稳态条件下双螺杆压缩机内部流场其它性能参数的变化规律,避免了目前双螺杆压缩机性能参数研究的单一性、片面化,使研究内容更加系统化。再次,依托生产企业已经建立的试验系统,根据试验原理,对双螺杆压缩机实际工况下功率、压力、流量等关键参数测试。结果表明,轴功率仿真数据与试验数据相比较,差异率为2.73%,排气量差异率为9.33%,比功率差异率为4.92%,压力差异率为0.04%,吻合度较好,验证了数值模拟方法和仿真结果的正确性。最后,在分析双螺杆压缩机各类间隙形成机理的基础上,构建了7种带有不同尺寸间隙的流体模型,深入研究了3大泄漏路径对双螺杆压缩机内部流场的影响。研究结果表明,齿顶间隙泄漏对螺杆压缩机性能影响最大,次之为齿间间隙,最后为端面间隙。
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