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通用型线电动涡旋压缩机的结构设计及动态仿真

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中国机械工程 2017年第6期28卷 728-733页

作者：王立存董光辉王旭东敖文刚国家智能制造服务国际科技合作基地重庆400067 制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室重庆400067 重庆理工大学机械工程学院重庆400054

根据通用涡旋型线的特性建立了切向角系数参数化模型;针对电动汽车涡旋压缩机防自转结构的动力特性问题,建立了圆柱销防自转机构的机构模型;基于圆柱销防自转结构的工作原理,从机构学和运动学的角度分析了圆柱销的受力。利用UG软件平台... 详细信息

根据通用涡旋型线的特性建立了切向角系数参数化模型;针对电动汽车涡旋压缩机防自转结构的动力特性问题,建立了圆柱销防自转机构的机构模型;基于圆柱销防自转结构的工作原理,从机构学和运动学的角度分析了圆柱销的受力。利用UG软件平台,实现动涡旋盘及电动涡旋压缩机其他零件的三维实体建模,构建虚拟样机模型。通过运动仿真,获得准确的运动学参数曲线,确保圆柱销防自转结构设计的准确性和可靠性。

关键词：电动涡旋压缩机通用涡旋型线圆柱销防自转结构动态仿真

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电动涡旋压缩机第二储油腔供油结构优化研究

电动涡旋压缩机第二储油腔供油结构优化研究

作者：孟成峰兰州理工大学

学位级别：硕士

电动涡旋压缩机有着独特的油路循环系统,第二储油腔的设置是电动涡旋压缩机的独到之处,它的作用是将润滑油引入压缩腔内,实现润滑油的循环。若进入压缩腔内的润滑油量过少,会造成动静涡旋盘磨损加剧,背压油路润滑油量减少,不能提供合理... 详细信息

电动涡旋压缩机有着独特的油路循环系统,第二储油腔的设置是电动涡旋压缩机的独到之处,它的作用是将润滑油引入压缩腔内,实现润滑油的循环。若进入压缩腔内的润滑油量过少,会造成动静涡旋盘磨损加剧,背压油路润滑油量减少,不能提供合理的背压力,制冷剂泄漏量增大;若进入压缩腔内的润滑油量过多,会降低压缩机的容积效率,暂存在油气分离器底部润滑油量增大、液位升高,使油气分离器不能正常工作。因此,提供合理的润滑油量是保证电动涡旋压缩机整机性能的关键。首先,针对定转速工况下电动涡旋压缩机第二储油腔油路供油量不足的问题,分析了吸气口结构和油路结构对润滑油量的影响,利用理论计算和Fluent数值模拟相结合的方法,对吸气口结构进行优化,获得了定转速工况下的供油结构,并建立了润滑油量与转速之间的数学模型。然后,针对变转速工况下压缩腔内的润滑油量平衡问题,同时改变吸气口结构和油路结构,分析了不同供油结构与润滑油量的变化规律,分别提出了单、双程油路结构,利用最小二乘法,优化出最佳的单、双程油路结构,同时对双程油路结构提出利用电磁换向阀实现油路间的切换,并对电磁换向阀结构、驱动模块进行设计,利用理论计算和Fluent数值模拟相结合的方法,分别计算了不同转速工况下最佳的单、双程油路结构的润滑油量,并进行了对比分析。结果表明,吸气口结构和油路结构尺寸的微小变化,会引起供油量的较大变化;在定转速工况下,分别改变吸气口结构和油路结构都可获得合理的润滑油量;通过优化吸气口结构获得的供油结构,在低转速工况下出现润滑油量不足,高转速工况下出现润滑油量过大,都会降低电动涡旋压缩机的性能;同时改变吸气口结构和油路结构,可以获得多种供油结构以满足定转速工况下所需的润滑油量;在低转速工况范围内,润滑油量随供油结构尺寸的增大而增大;在高转速工况范围内,润滑油量随供油结构尺寸的增大而减小;单、双程油路结构的理论计算结果与数值模拟结果吻合良好,在变转速工况下都能将润滑油量控制在合理的范围内,且单程油路结构的润滑油量更接近最佳循环油量;在更高转速工况下,双程油路结构的润滑油量更接近最佳循环油量。本文研究所得结论可为第二储油腔供油结构设计优化提供参考。

关键词：电动涡旋压缩机理论计算数值模拟油路优化变转速

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电动涡旋压缩机背压平衡系统研究

电动涡旋压缩机背压平衡系统研究

作者：王博兰州理工大学

学位级别：硕士

随着我国对节能环保的日益重视,纯电动汽车逐渐成为汽车发展的热点,纯电动汽车空调用涡旋压缩机也随之成为研发的重点。电动涡旋压缩机的动涡旋盘在轴向气体力的作用下,与静涡旋盘间产生轴向间隙,制冷剂通过该间隙形成径向泄漏,使得电... 详细信息

随着我国对节能环保的日益重视,纯电动汽车逐渐成为汽车发展的热点,纯电动汽车空调用涡旋压缩机也随之成为研发的重点。电动涡旋压缩机的动涡旋盘在轴向气体力的作用下,与静涡旋盘间产生轴向间隙,制冷剂通过该间隙形成径向泄漏,使得电动涡旋压缩机的排气量小于额定排气量。可通过背压油路在动涡旋盘背面提供背压力,以平衡动涡旋盘所受的轴向气体力。若背压力过小,将导致动、静涡旋盘分离,轴向间隙增大,制冷剂泄漏量增加;若背压力过大,将导致动、静涡旋盘紧贴,摩擦磨损加剧,摩擦损耗增大。电动涡旋压缩机在较宽转速工况范围下,背压力变化较大,动涡旋盘所受轴向力不能得到很好地平衡。本课题首先针对电动涡旋压缩机恒定工况下,背压平衡系统中背压力不足以平衡动涡旋盘所受轴向气体力的问题,依据样机建立了背压油路物理模型,对其结构优化的可行性进行了分析,运用理论计算与Fluent数值模拟相结合的方法,对其进行了结构优化,获得了两种转速工况下的最优背压油路,建立了主轴转速与最优背压油路压降之间的数学模型。然后重点针对变工况下动涡旋盘的平衡问题,提出了转速分区背压平衡系统并进行了结构设计,提出了利用电磁换向阀控制切换双程背压油路以提供背压力,并对电磁换向阀的结构、驱动模块及驱动软件进行了设计,运用理论计算与Fluent数值模拟相结合的方法,计算了不同转速工况下双程背压油路出口背压力,对双程背压油路的适用转速范围进行了分区。结果表明,背压平衡系统中背压油路结构及尺寸的微小变化会引起背压力较大的变化,改变背压油路局部结构尺寸可获得合理的背压力;在背压油路结构一定的条件下,随着电动涡旋压缩机主轴转速的增加,背压力呈线性降低;低转速工况下的最优背压油路在转速较高时背压力不足,会引起背压调节阀出现颤振现象,不能正常工作;高转速工况下的最优背压油路在转速较低时背压力太大,会使动、静涡旋盘紧贴,摩擦磨损加剧,摩擦损耗增大;采用转速分区循环供油模式,可将较宽转速工况范围下的背压力均匀地控制在合理的范围内,使得不同转速工况下动涡旋盘所受轴向气体力均得到很好地平衡;对比背压油路压降的理论计算结果与Fluent数值模拟结果,发现两者吻合良好。研究所得结果及提出的优化方法可为设计电动涡旋压缩机背压平衡系统提供参考。

关键词：电动涡旋压缩机背压油路结构优化理论计算数值模拟变工况转速分区平衡

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电动涡旋压缩机背压腔系统研究

电动涡旋压缩机背压腔系统研究

作者：万春焕兰州理工大学

学位级别：硕士

21世纪以来,能源环境问题日益受到国际社会关注,我国也大力发展新能源产业。电动汽车是新能源产业的代表,已在汽车行业占据一定份额,且将是汽车行业发展的热点。由于电动汽车相较于传统汽车存在差异,因此对空调系统压缩机也提出了新的... 详细信息

21世纪以来,能源环境问题日益受到国际社会关注,我国也大力发展新能源产业。电动汽车是新能源产业的代表,已在汽车行业占据一定份额,且将是汽车行业发展的热点。由于电动汽车相较于传统汽车存在差异,因此对空调系统压缩机也提出了新的要求。而电动涡旋压缩机作为第四代压缩机,具有容积效率高、结构紧凑、运转平稳及噪声低等突出优点,被电动汽车空调系统所采用。背压腔是电动涡旋压缩机的重要腔体,承担了润滑油路循环、动涡盘轴向受力平衡等关键功能。为了使整机结构更加紧凑,电动涡旋压缩机具有将主平衡块布置于背压腔内的结构特点,一方面平衡块随主轴的搅动将对润滑油的流动特性、动涡盘轴向受力平衡造成巨大影响;另一方面平衡块自身将产生一定阻力损失。因此,背压腔内平衡块搅动对背压腔各功能及平衡块自身的影响程度以及变化规律亟需进行。建立背压腔简化模型,运用FLUENT滑移网格技术,并考虑主轴较宽的转速范围和空调系统工况复杂多变的特点,模拟了平衡块在不同转速和背压腔润滑油入口压力下,对背压腔内润滑油搅动的瞬态过程。首先分析背压腔内轴向和径向两辅助面上的速度分布和流线图,得到润滑油流动特性;分析了主轴旋转一周的平均润滑油流量变化规律,为润滑油循环量设计提供参考。接着分析了背压腔顶部平面所提供的轴向平衡力以及动涡盘轴向合力随主轴转角的变化规律,结合动涡盘所受轴向气体力变化特点提出了变相位协调叠加的错角优化设计方法,提供的两种角度方案使动涡盘轴向合力的极差大幅减小,动涡盘运行将更加平稳可靠。最后对平衡块搅动过程中所受的压差阻力、摩擦阻力及总阻力变化规律进行了分析,根据压差阻力矩产生的原因对平衡块进行流线型结构设计,使得背压腔内润滑油流线分布更加合理,流体能量耗散及平衡块摩擦损失减少,整机能耗降低。

关键词：电动涡旋压缩机背压腔轴向力平衡平衡块优化

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电动涡旋压缩机的数学模型及试验研究

电动涡旋压缩机的数学模型及试验研究

作者：张宇波兰州理工大学

学位级别：硕士

电动汽车具有噪音小、零排放、经济性高等优点,未来发展潜力巨大。热泵空调系统作为电动汽车的重要组成部分,可调节驾驶舱内温度,为车内人员提供舒适的驾驶环境。电动汽车在低温工况下存在能耗大的问题,严重制约着热泵空调系统在电动汽... 详细信息

电动汽车具有噪音小、零排放、经济性高等优点,未来发展潜力巨大。热泵空调系统作为电动汽车的重要组成部分,可调节驾驶舱内温度,为车内人员提供舒适的驾驶环境。电动汽车在低温工况下存在能耗大的问题,严重制约着热泵空调系统在电动汽车上的应用,因此有必要对热泵空调系统的优化进行研究。电动涡旋压缩机作为热泵空调系统的核心部件,其性能优劣直接影响着整个热泵空调系统的性能。本文从电动涡旋压缩机的数学模型入手,建立了几何模型、泄漏模型和传热模型,并通过试验验证了所建热力学模型的正确性。本文主要对以下几方面内容做了重点研究:（1）首先根据平面曲线啮合原理,对涡旋压缩机型线的构成原则与判定进行了论述,依据涡旋型线啮合原理,推导出了电动涡旋压缩机涡旋盘的型线方程,介绍了涡旋盘的构成原理;然后对涡旋盘始端双圆弧修正进行了描述,建立了涡旋压缩机的几何模型;最后从圆渐开线理论出发,推导了吸气腔、压缩腔和排气腔的公式,为热力学模型的求解奠定了基础。（2）基于电动涡旋压缩机的工作原理,建立了动力学模型。分析电动涡旋压缩机的动涡旋盘所受的切向气体力、径向气体力和轴向气体力,研究这三种气体力随主轴旋转的变化规律。介绍了在涡旋盘的顶端加装密封条来实现轴向密封,和通过润滑油实现径向动密封的密封方法。（3）应用热力学第一定律和质量守恒方程,对工作腔内混合工质进行热力过程分析,建立完善的热力学模型。对建立的模型用Matlab程序化后,使用欧拉算法求解了热力学模型。综合考虑传热和泄漏对涡旋压缩机性能的影响,研究综合工况下压缩机工作腔内混合工质的温度和压力的变化规律。（4）针对建立的电动涡旋压缩机的热力学模型,搭建性能测试平台验证建立的热力学模型。测试了一定的工况条件下,制冷剂的压缩终了温度、制冷量、功率和性能系数COP随主轴转速的变化情况。试验结果表明:理论模拟与试验测得的数据较为接近,可以用来预测电动涡旋压缩机的性能。

关键词：电动涡旋压缩机几何模型传热模型泄漏模型试验

电动涡旋压缩机背压腔微间隙泄漏与润滑性能研究

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电动涡旋压缩机背压腔微间隙泄漏与润滑性能研究

作者：周天祥兰州理工大学

学位级别：硕士

随着节能减排理念深入人心,电动汽车迎来了前所未有的发展机遇,电动汽车空调系统的核心部件涡旋压缩机随之成为了研究的热点。电动涡旋压缩机中动涡旋盘背面与支架体之间存在一定的微间隙,在电动涡旋压缩机正常运行的时候,背压腔中的润... 详细信息

随着节能减排理念深入人心,电动汽车迎来了前所未有的发展机遇,电动汽车空调系统的核心部件涡旋压缩机随之成为了研究的热点。电动涡旋压缩机中动涡旋盘背面与支架体之间存在一定的微间隙,在电动涡旋压缩机正常运行的时候,背压腔中的润滑油有一部分会通过动涡旋盘与支架体之间的环形微间隙泄漏,这就会导致背压腔中背压力的变化,背压力的不足或过大都会影响电动涡旋压缩机的整机性能,若背压力不足,会造成动、静涡旋盘沿轴向方向分离,导致制冷剂泄漏量增大,压缩机的压缩性能降低;若背压力过大,会造成动、静涡旋盘贴紧,摩擦损耗变大。因此减小背压腔微间隙润滑油的泄漏,提高背压腔微间隙的润滑性能对电动涡旋压缩机的良好运行至关重要。本文以电动涡旋压缩机背压腔微间隙为研究对象,运用N-S方程和平板理论建立了电动涡旋压缩机背压腔微间隙泄漏模型;采用数值模拟方法模拟计算了背压腔微间隙泄漏量;同时在背压腔微间隙支架体表面设计合理的表面微织构,研究了存在表面微织构的背压腔微间隙泄漏和润滑性能。首先利用Soildworks建立电动涡旋压缩机背压腔微间隙计算域模型,然后使用ICEM CFD对背压腔微间隙计算域进行结构化网格划分,最后利用Fluent对背压腔微间隙流体域进行数值模拟计算。同时在背压腔微间隙支架体表面设计多种类型的圆凹坑微织构:主要有全织构、部分织构、复合织构,分别对其进行数值模拟计算,求解出背压腔微间隙泄漏量和润滑油膜的压力分布,计算出润滑油膜的最大承载力,最后通过对比分析,得到能减小微间隙泄漏量与提高微间隙润滑性能的表面微织构的几何参数、排布形式及织构类型。结果表明,利用N-S方程、平板理论推导出的背压腔微间隙泄漏量计算公式结果一致,且其计算结果与Fluent数值模拟结果吻合良好;在间隙值一定的情况下,背压腔润滑油入口压力值越大,泄漏量越大;支架体表面设计有表面织构时,油膜最大承载力随着微间隙值的增大而减小;支架体表面设计有部分织构时,圆凹坑直径越大,背压腔微间隙密封和润滑性能越好,圆凹坑深度越大,背压腔微间隙润滑性能先增加后减小,圆凹坑深度为0.007mm,微间隙油膜润滑性能最佳;对比四种不同类型织构泄漏和润滑性能,发现外织构泄漏量最小,且动压润滑性能最佳;支架体表面设计有复合织构时,只有合理排布内外圈织构直径的组合和内外圈织构深度的组合,才能使背压腔微间隙获得良好的密封和润滑性能。本文研究所得结论可为背压腔微间隙结构设计及表面织构研究提供参考。

关键词：电动涡旋压缩机背压腔微间隙数值模拟表面织构泄漏润滑

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电动涡旋压缩机背压油路的分析与优化

化工机械 2019年第3期46卷 281-287页

作者：刘兴旺王博曾强周天祥兰州理工大学石油化工学院

针对某型号电动涡旋压缩机在转速3 000r/min以上运行时排气量小于额定排气量的问题,分析得出动涡盘所受背压力不足是引起排气量不足的原因;利用哈根-伯肃叶定律导出背压腔之前油路各段的沿程摩擦损失和局部阻力损失的计算式,利用Matlab... 详细信息

针对某型号电动涡旋压缩机在转速3 000r/min以上运行时排气量小于额定排气量的问题,分析得出动涡盘所受背压力不足是引起排气量不足的原因;利用哈根-伯肃叶定律导出背压腔之前油路各段的沿程摩擦损失和局部阻力损失的计算式,利用Matlab编程计算了背压力,验证了引起排气量不足的原因;选取油路中对背压力影响最大的局部结构进行结构优化,分别利用数值计算和Fluent模拟计算方法计算了不同结构下的背压力,两种算法所得结果吻合良好,均可得到合理的背压力,说明这种优化方法可行;最后计算了不同转速下背压力的变化规律曲线。

关键词：电动涡旋压缩机背压油路结构优化阻力损失背压力

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电动涡旋压缩机在汽车空调系统中的应用

汽车工程师 2019年第2期 53-55页

作者：曹兰宝徐秀娟刘忠刚崔亚陈琳浙江吉智新能源汽车科技有限公司

电动涡旋压缩机在电动汽车热泵空调系统中的应用发展迅速,作为系统工作的核心部件,电动涡旋压缩机的设计应充分考虑其使用需求。针对压缩机的润滑与回油问题,热泵空调系统与普通的制冷空调系统中又存在着差别。文章从系统内各零部件出发... 详细信息

电动涡旋压缩机在电动汽车热泵空调系统中的应用发展迅速,作为系统工作的核心部件,电动涡旋压缩机的设计应充分考虑其使用需求。针对压缩机的润滑与回油问题,热泵空调系统与普通的制冷空调系统中又存在着差别。文章从系统内各零部件出发,探讨充分考虑润滑与回油时,热泵系统各部件的设计方法。在流程隔板中应设置适当的回油孔,并合理设计回油孔位置与尺寸,以保证充分润滑与回油,提高压缩机的可靠性与系统的性能。

关键词：电动涡旋压缩机热泵系统润滑回油

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电动涡旋压缩机在汽车空调系统中的应用

制冷与空调（四川） 2019年第5期33卷 521-523页

作者：曹兰宝徐秀娟刘忠刚崔亚邓龙生雷霖浙江吉智新能源汽车科技有限公司

电动涡旋压缩机在电动汽车热泵空调系统的应用发展迅速,作为系统工作的核心部件,系统的设计应充分考虑压缩机的使用需求,压缩机的润滑与系统回油对压缩机自身与系统性能都有重要意义。就压缩机的润滑与回油做简要的分析,以便提高压缩机... 详细信息

电动涡旋压缩机在电动汽车热泵空调系统的应用发展迅速,作为系统工作的核心部件,系统的设计应充分考虑压缩机的使用需求,压缩机的润滑与系统回油对压缩机自身与系统性能都有重要意义。就压缩机的润滑与回油做简要的分析,以便提高压缩机的可靠性与系统的性能。

关键词：电动涡旋压缩机热泵系统润滑回油