多场耦合作用下无油涡旋压缩机的局部型线修正研究

作     者：齐婷 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭斌

授予年度：2023年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：无油涡旋压缩机 B样条 局部修正 有限元分析 

摘      要：近年来,无油涡旋压缩机因其独特的优势应用广泛,众多专家学者对其展开多方面的探索研究。然而,目前关于型线优化和修正的所有研究均采用改变型线参数的方法,这往往对参数所定义的整条曲线产生影响,不具备局部修正的特性。针对此问题,本文建立了无油涡旋压缩机的几何模型,对动涡旋盘进行受力分析,其次通过有限元法得到涡旋齿变形规律并定义了局部修正区间,提出一种基于B样条的既能进行局部修正,又能全局调控的涡旋型线设计方法,最后对涡旋型线进行局部修正并分析对比修正前后的最佳装配间隙。主要研究内容如下:(1)对无油涡旋压缩机涡旋型线几何理论进行阐述,给出涡旋型线方程并建立几何模型,对工作腔进行划分,运用软件编程计算出整体和各单一工作腔腔室容积及其变化率;对动涡旋盘进行受力分析,运用软件编程得到其所受各气体力、力矩随主轴转角的变化规律。(2)基于建立的几何模型、受力分析及实际工况下测得的各腔室的温度与压力,对动、静涡旋盘及其装配体分别进行单一载荷和耦合场作用下的有限元分析,定义涡旋齿内、外壁面变形较大部分为局部修正区间,并通过控制变量法,得到样机的最佳装配间隙。(3)以三次均匀、准均匀B样条曲线作为研究对象,运用反求控制法,分别得到二者表达的涡旋型线,对两种型线进行离散化和误差评定,得到相同型值点下三次准均匀B样条曲线表达的涡旋型线拟合精度更高的结论,最后给出基于B样条的涡旋压缩机工作容积的计算公式,并计算对比修正前后的工作腔容积。(4)以三次准均匀B样条表达的新型涡旋型线和已知的涡旋齿内、外壁面变形规律、局部修正区间为基础,通过调整新型线上对应局部修正区间内的控制点位置,得到修正后的型线并建立修正后动、静涡旋盘和装配体的三维模型。(5)对局部修正后装配体进行有限元分析,得到其最佳装配间隙并与修正前结果进行分析对比,得到局部修正后装配体的最佳轴向间隙基本不变而最佳径向间隙减小的结论,证明本文所提出的型线设计方法的可行性和正确性。