渦旋壓縮機(jī)靜渦旋盤實(shí)際工況下的變形分析

1、ResearchonDisplacementoftheFixedScrollofScrollCompressorundertheActualConditionsZhangLiqualAbstract:Theforceonfixedscrollunderactualconditionsarestudied,thefiniteelementmodeloffixedscrollispresentedtostudythedisplacementoffixedscroll,theresultsaresuessfullyachieved.Keywords:scrollpressor,finiteeleme

2、nt,displacement1 引言渦旋壓縮機(jī)以其噪聲小、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，在家用空調(diào)和汽車空調(diào)上正迅速的取代往復(fù)式壓縮機(jī)，作為渦旋壓縮機(jī)主要部件的動(dòng)、靜渦旋盤，過(guò)程中的嚙合狀態(tài)將直接決定壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，在實(shí)際的工況下，渦旋盤的變形情況直接影響著動(dòng)、靜渦旋盤的嚙合狀態(tài)，所以很有必要對(duì)能說(shuō)成長(zhǎng)所帶給你的東西讓你變好了或者變壞了，我只能說(shuō)它讓你長(zhǎng)大了。我一渦旋盤進(jìn)行實(shí)際工況下的變形分析。本文通過(guò)建立和求解渦旋壓縮機(jī)過(guò)程的動(dòng)力與熱力模型，得到了渦旋盤的受力情況，據(jù)此采用有限元分析應(yīng)用軟件 SAP90 對(duì)靜渦盤在實(shí)際工況下的變形進(jìn)行了分析和計(jì)算。靜渦盤和動(dòng)渦盤

3、的受力有相似的地方，但由于結(jié)構(gòu)上的一些不同，所以應(yīng)力和變形也有不同之處，本文選擇對(duì)靜渦盤進(jìn)行分析研究。2 引起渦旋盤應(yīng)力變形的作用載荷在渦旋壓縮機(jī)的過(guò)程中，渦旋盤所受載荷主要有兩部分：一是溫度載荷，二是各種氣體力和接觸力載荷。過(guò)程中的靜渦盤，主要承受氣體軸向力、徑向力、切向力，以及動(dòng)、靜渦旋盤之間的接觸力，自身的重力。過(guò)程中，處于渦旋盤外側(cè)的吸氣腔內(nèi)的壓力為吸氣壓力，與排氣口相通的中心腔內(nèi)的壓力為排氣壓力，在渦旋齒上，只有在內(nèi)外側(cè)存在壓差的部分才受到氣體徑向力的作用，氣體軸向力作用在渦旋盤的端板上，其大小從外側(cè)的吸氣壓力到中心的排氣壓力逐漸地變化。渦旋盤在過(guò)程中不僅受到各種力載荷，還要受到溫度

4、載荷的作用，處于外側(cè)的壓縮腔內(nèi)能說(shuō)成長(zhǎng)所帶給你的東西讓你變好了或者變壞了，我只能說(shuō)它讓你長(zhǎng)大了。我一的氣體溫度較低，而中心腔內(nèi)的氣體溫度較高，其值與氣體的被壓縮程度有關(guān)，溫度從外側(cè)到中心逐漸地升高。渦旋盤所受各種載荷的大小可經(jīng)求解壓縮機(jī)過(guò)程的熱力和動(dòng)力學(xué)模型得到。本文計(jì)算對(duì)象采用甘肅工業(yè)大學(xué)渦旋壓縮機(jī)研究所開發(fā)研制的 QWR3.75kW 渦旋壓縮機(jī)，渦旋盤材料為合金鑄鐵，渦旋圈數(shù)為 2.675 圈，齒高H=40mm，齒厚 t=3.6mm，吸氣壓力 Ps=0.6183MPa，排氣壓力 Pd=2.1443MPa。實(shí)驗(yàn)在該所容積式制冷壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)經(jīng)國(guó)家壓縮機(jī)制冷設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)

5、試中心鑒定認(rèn)可，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了本文所采用的熱力、動(dòng)力模型的可靠性。3 有限元模型的建立考慮到靜渦盤的端板與渦齒厚度相比較厚，相差 6 倍左右，并且其周圍結(jié)構(gòu)起到了加強(qiáng)的作用，實(shí)際工況下變形很小，為計(jì)算方便可將其假定為剛性體，而變形只發(fā)生在渦旋齒上。渦旋齒的厚度達(dá) 3.6mm，故不能按二維情況處理。本文采用三維八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元進(jìn)行計(jì)算處理，節(jié)點(diǎn)劃分從齒頭開始，采用圓的漸開線方程描述，每旋能說(shuō)成長(zhǎng)所帶給你的東西讓你變好了或者變壞了，我只能說(shuō)它讓你長(zhǎng)大了。我一轉(zhuǎn) 10取一次。為了避免單元體三維尺寸差別過(guò)大而產(chǎn)生畸變，故齒厚方向不再劃分，齒高方向劃分為 9 層。單元描述順序與節(jié)點(diǎn)相同，對(duì)

6、齒的劃分結(jié)果為單元 768 個(gè)，節(jié)點(diǎn) 1908 個(gè)，1。圖 14 約束的確定由于端板簡(jiǎn)化為剛性部分處理，所以齒根部與端板相連的底面上所有的節(jié)點(diǎn)在 6 個(gè)自由度上被全部約束，齒最外側(cè)即回轉(zhuǎn)角為 2.675360時(shí)的齒末端面與靜渦盤外側(cè)剛性部分相連，故此端面上的所有節(jié)點(diǎn)也被全部約束，不能移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)。5 變形分析在壓縮機(jī)過(guò)程中，隨著曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮腔內(nèi)的氣體壓力逐漸變化，作用在渦旋齒上的氣體壓力也隨著變化，經(jīng)動(dòng)力分析得出，在吸氣過(guò)程剛完成的瞬間，動(dòng)渦盤端板所受內(nèi)外壓力差最大，動(dòng)盤變形也最大1，由于動(dòng)渦盤與靜渦盤是相互嚙合、共同的，所以本文選擇這種狀態(tài)下能說(shuō)成長(zhǎng)所帶給你的東西讓你變好了或者變壞了，我只

7、能說(shuō)它讓你長(zhǎng)大了。我一的靜盤進(jìn)行計(jì)算分析。5.1 溫度載荷下的變形分析壓縮機(jī)穩(wěn)定時(shí)，渦旋齒溫度基本為均勻的從外側(cè)到中心逐漸升高，且內(nèi)、外相差不很大，其值與齒各部所處壓縮腔內(nèi)氣體溫度等因素有關(guān)，為了計(jì)算方便，簡(jiǎn)化為第一壓縮腔渦旋齒溫度為65，第二壓縮腔渦旋齒溫度為 75，中心腔渦旋齒溫度為 85，設(shè)定渦旋盤前零應(yīng)力溫度為10，經(jīng)計(jì)算得出，穩(wěn)定后，溫度的升高使渦旋齒頭部即溫度最高部產(chǎn)生了最大軸向變形，變形量為 27 m，齒外側(cè)最小為 24 m，2。渦旋齒徑向變形除齒末端外，各處相差不大，約為 1.23.4 m，最小量發(fā)生在齒頭部分，渦齒末端由于約束的特殊性，在很小的部分有 29 m 的徑向變形，3

8、。若零應(yīng)力溫度改變，則變形量有一定的相應(yīng)變化，說(shuō)明壓縮機(jī)所處環(huán)境溫度對(duì)變形有一定影響。圖 2圖 3能說(shuō)成長(zhǎng)所帶給你的東西讓你變好了或者變壞了，我只能說(shuō)它讓你長(zhǎng)大了。我一5.2 力載荷下的變形分析由于渦旋盤端板簡(jiǎn)化為剛性部分處理，所以對(duì)于作用在端板上的氣體軸向力和渦盤間的軸向接觸力在計(jì)算分析時(shí)忽略不計(jì)，各壓縮腔內(nèi)氣體力的大小可由求解過(guò)程熱力學(xué)模型得到。在此狀態(tài)下，渦旋齒軸向變形很小，只在齒頭部有 1.4 m 的變形，此時(shí)渦旋齒產(chǎn)生的最大徑向變形在齒頭部，變形量為 14.9 m，4。圖 45.3 在溫度及力載荷共同作用下的實(shí)際變形分析在實(shí)際工況下，渦旋齒的變形是溫度及力載荷共同作用的結(jié)果，這時(shí)渦旋

9、齒各處產(chǎn)生明顯的軸向和徑向變形，5，齒頭部產(chǎn)生 17.5 m 的最大軸向變形并且有 13.4 m 的徑向變形，齒末端產(chǎn)生 24 m 的最大徑向變形和 14.2 m 的軸向變形，徑向變形除在齒末端較大外，其它部分為 15 m 左右。本文計(jì)算樣機(jī)要求裝配后動(dòng)、靜渦旋盤間徑向間隙 15 m，軸向間隙 5 m，由計(jì)算結(jié)能說(shuō)成長(zhǎng)所帶給你的東西讓你變好了或者變壞了，我只能說(shuō)它讓你長(zhǎng)大了。我一果得出：徑向變形基本不會(huì)造成渦旋盤間的接觸，而軸向變形將使動(dòng)、靜渦旋盤在齒頂和端板處發(fā)生接觸、產(chǎn)生接觸力和摩擦。由于渦旋齒中心部分軸向變形大于齒外側(cè)，故過(guò)程中動(dòng)、靜渦盤在中心部分發(fā)生接觸、產(chǎn)生摩擦損失，而在外側(cè)出現(xiàn)過(guò)大間隙引起泄漏，導(dǎo)致壓縮機(jī)損失增大、效率下降。在 QWR3.75kW 渦旋壓縮機(jī)的研制過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)后動(dòng)、靜渦旋齒中心頂部有明顯的磨痕，與計(jì)算結(jié)果相一致。加工渦旋盤時(shí)，若能在端板中心部分加工深一些或齒中心加工短一些，將會(huì)改善壓縮機(jī)的情況，提高效率。圖 56 結(jié)論(1)得出實(shí)際工況下靜渦旋盤的變形規(guī)律。(2)渦旋齒軸向變形較大，裝配時(shí)應(yīng)確定合理的軸向間隙。(3)在對(duì)渦旋盤加工制造時(shí)采取適當(dāng)?shù)男拚胧瑢⒂行У馗纳茰u旋盤的狀態(tài)、提高壓縮機(jī)的效率。能說(shuō)成長(zhǎng)所帶給你的東西讓你變好了或者變壞了，我只能說(shuō)它讓你長(zhǎng)大了。我一作者簡(jiǎn)介：張立群，男，29 歲，(在