燃料电池车用双驱动无油螺杆压缩机设计与试验研究

作为燃料电池汽车系统重要设备之一,空气压缩机必须具备压缩空气完全无油的条件。为此,本文提出了一种采用同步控制实现双电机驱动的无油螺杆压缩机,并对其展开了试验研究。结果表明:双驱动无油螺杆压缩机的伺服控制系统实现了主从电机较为理想的跟随误差,主电机的稳态误差为0.011°,从电机的稳态误差为0.013°,在压缩机负载不超过电机额定功率下,压缩机阴阳转子啮合误差不超过67.19μm,转速和排气背压对双驱动压缩机同步性能有着显著影响。因此,采用双驱动控制的无油螺杆压缩机设计方案切实可行,但在设计中应重点考虑排气背压和转子啮合间隙的设计,特别是转子间隙应从同步控制精度和压缩机性能2个角度进行综合考虑。

双螺杆压缩机齿型优化

为了提高双螺杆压缩机的性能,对已有转子型线进行优化。首先提出了具有相同中心距,外径和内径以及转子长度的4/6齿螺杆压缩机型线,在此基础上,提出了减小中心距的转子型线,最后提出了一种节省加工成本,提高加工效率的4/5齿转子。对所提出的4种压缩机型线的几何特性分别进行了分析计算。

空压机空载功率研究及其对耗能的影响

为了提升空压机在实际使用过程中的能效,对优化空压机的空载功率进行了研究,分析了影响空载功率的因素,并建立了空载功率比的热力学数学模型及空载功率比和负载率对用电单耗影响的数学模型,经过计算、分析发现:空载运行时的压缩指示功是空载功率的主要影响因素,油气分离器压力和主机进气压力是空载功率的主要影响参数。并通过调节参数变量进行试验验证,结果表明,油气分离器压力和主机进气压力越低,空载功率越小,空压机越节能。对于额定压力0.8 MPa的空压机,将进气压力设为小于10 kPa(A)、油气分离器压力设为小于0.1 MPa,系统进行优化设计后,则其空载功率比可以降至20%,达到国际先进水平。

双螺杆压缩机热动力学特性研究

为了提高双螺杆压缩机的性能,对已有转子型线热动力学性能进行对比。提出4种螺杆压缩机型线:(a)4/6齿型线;(b)优化4/6齿型线;(c)优化外径4/6齿型线;(d)优化4/5齿型线。对所提出的4种压缩机型线的齿间容积,齿顶间隙总面积,接触线面积以及泄漏三角形面积进行了对比。在此基础上,对已有型线进行试验研究,优化所开发的热动力学模型,并使用该模型对所提出的4种型线的体积流量,功率与比功率进行计算对比,得出优选型线为型线(c)与型线(d),考虑到加工成本与效率,得出最优型线为型线(d)。