爪式真空泵新型齿轮爪式转子及其力学性能研究

爪式转子的型线设计是决定爪式真空泵性能的关键因素。齿轮爪式转子采用新型曲折型啮合结构,显著降低了传统曲爪转子存在的转子间泄漏,然而齿轮爪式转子型线上仍存在多个不光滑点,降低了力学性能。针对这一问题,文章提出了一种新型高密封椭圆弧型齿轮爪式转子,推导了该转子型线参数方程;分析了型线几何参数对爪泵相对余隙和容积利用率的影响,并与现有齿轮爪式转子进行对比;研究了新型转子的工作过程,对比分析了两种转子混合过程的余隙变化;对新型转子和现有齿轮爪式转子在工作过程中的应力和变形进行对比研究。研究结果表明:与现有齿轮爪式转子相比,新型转子的相对余隙减少10%以上,混合过程中的过压缩腔和膨胀腔减少,新型转子的吸气过程和混合过程中最大变形量分别减少10.11%和16.06%,极大改善了转子的性能。

爪式氢气循环泵高密封型转子及瞬态流动特性

爪式压缩机具有结构紧凑、干式无油和可靠性高等显著优点,是最具潜力的氢气循环泵泵型。传统爪式氢气循环泵转子间采用点与点的啮合方式,导致氢气在此处产生严重的泄漏,降低泵的容积效率,制约爪式氢气循环泵的发展。为减小爪式转子间的气体泄漏、提高泵的容积效率,本研究采用圆弧、高次曲线及其共轭曲线代替传统爪式转子的节圆型线,提出一种爪式转子间的新型曲折型啮合结构,进而构建一种新型高密封型齿轮爪式转子,有效解决了爪式转子间的气体泄漏问题。同时,建立新型齿轮爪式转子的几何模型,推导其截面型线方程。在工作过程中,对具有复杂几何边界的爪式氢气循环泵的内部气体的非定常流动进行数值模拟,对比分析了传统泵和新型泵工作腔内部的压力分布和瞬态流动特征;搭建了爪式氢气循环泵性能实验平台,验证了数值模拟结果的准确性。结果表明,相比于传统爪式转子,在压缩和排气过程中新型齿轮爪式转子间气体泄漏速度减小了31.42%和33.09%,容积效率提高了10.92%。

封面图片说明

2023年12期封面图片来自论文“爪式氢气循环泵高密封型转子及瞬态流动特性”,是中国石油大学(华东)特种流体机械实验室王君教授课题组提出的一种用于质子交换膜燃料电池氢气循环系统的高密封型齿轮爪式氢气循环泵。爪式压缩机具有结构紧凑、干式无油和可靠性高等显著优点,是最具潜力的氢气循环泵泵型。但传统爪式氢气循环泵转子间采用点与点的啮合方式,导致氢气在此处产生严重的泄漏,降低泵的容积效率,制约爪式氢气循环泵的发展。为减小爪式转子间的气体泄漏、提高泵的容积效率,本研究采用圆弧、高次曲线及其共轭曲线代替传统爪式转子的节圆型线,提出一种爪式转子间的新型曲折型啮合结构,进而构建一种新型高密封型齿轮爪式转子,有效解决了爪式转子间的气体泄漏问题。同时,建立新型齿轮爪式转子的几何模型,推导其截面型线方程。在工作过程中,对具有复杂几何边界的爪式氢气循环泵的内部气体的非定常流动进行数值模拟,对比分析了传统泵和新型泵工作腔内部的压力分布和瞬态流动特征;搭建了爪式氢气循环泵性能实验平台,验证了数值模拟结果的准确性。结果表明,相比于传统爪式转子,在压缩和排气过程中新型齿轮爪式转子间气体泄漏速度减小了31.42%和33.09%,容积效率提高了10.92%。

全啮合双涡旋齿涡旋压缩机齿形分析与流场模拟

与常见的单涡旋结构相比,采用双涡旋结构可以有效提高压缩机体积流量,但同时其内容积比会大幅降低。为了进一步提高双涡旋压缩机的内容积比和压缩比,提出了一种新型的全啮合双涡旋型线。给出了修正双涡旋的生成方法、几何参数间的关系以及修正后的双涡旋型线方程。计算了任意旋转角度下压缩腔容积,分析了几何参数对修正双涡旋压缩机性能的影响。并对该双涡旋压缩机进行了数值模拟和工作过程分析。结果表明:采用修正的双涡旋结构显著提高了压缩机的体积流量,减小了动涡旋与静涡旋之间的摩擦速度,减小了涡旋盘尺寸,同时也有效地将内容积比提高了33.8%。

双螺杆压缩机大内容积比锥形转子的设计与性能研究

内容积比是双螺杆压缩机的重要性能指标,为了最大限度地提高其内容积比,设计了交叉轴锥形螺杆转子,实现了双螺杆压缩机内容积比较大程度的提高。从容积变化和泄漏通道长度方面分析了双螺杆压缩机锥形螺杆转子的工作性能,并与传统等径螺杆转子进行对比。结果表明:在转子旋转轴夹角为10°~20°时,内容积比的提高幅度可达24.6%~47.5%。锥形螺杆转子对端面泄漏有较大的改善,力学性能方面有显著优点。