基于功率流有限元法的涡旋压缩机振动特性研究

针对涡旋压缩机内部振动传递路径复杂,采用传统的传递函数法往往不能真实地描述振动产生与传递的本质问题,引入功率流有限元法从能量角度分析振动传递特性,进行涡旋压缩机内部振动产生、传递与空间分布的可视化研究。在分析涡旋压缩机的动力拓扑关系基础上建立激励源,提取与振动响应模型并进行仿真分析;利用实体试验和响应分析结果对比进行模型有效性分析;在验证后的模型上定义8个能量输出面,分析谐波与激励作用下上支撑和下支撑的振动能量传递特性,并且计算节点的功率流矢量确定振源的空间分布。结果表明,涡旋压缩机曲轴在运转到280°时,振动频率在1 000 Hz与1 890 Hz时振动能量传递率较高,上支撑能量分布均匀并集于自身,下支撑能量集中于支脚并向外传递。研究方法和研究成果对于涡旋压缩机振动分布及传递、振动控制和优化设计等方面具有一定借鉴意义。

背压扰动平衡盘对涡旋压缩机黏性内流压力影响研究

在变转速工况下,电动涡旋压缩机背压腔中润滑油产生的背压力无法准确平衡轴向气体力。针对这一问题,提出了一种带有扰动片的背压扰动平衡盘,研究了背压扰动平衡盘对涡旋压缩机黏性内流压力的影响。首先,对背压扰动平衡盘作用原理进行了分析,使用贝塞尔曲线构建了扰动片型线,对润滑油被扰动后的静压增量进行了公式推导,计算了扰动片出口安装角和扰动片数对润滑油静压的影响;然后,建立了含背压扰动平衡盘的背压腔模型,将流体域分为旋转域和静止域,采用旋转坐标系的方法进行了数值模拟,研究了背压腔内润滑油的压力场;最后,根据理论计算,模拟了润滑油在不同出口安装角和扰动片数下的润滑油静压,对润滑油静压与压缩机所需最佳背压进行了对比分析。研究结果表明:采用背压扰动平衡盘可以使润滑油静压增加21%,且静压增量随主轴转速的增加而增大,适当增大扰动片出口安装角可使润滑油静压增加0.032 MPa;对比最佳背压可知,扰动前润滑油静压与最佳背压相差26%,而合理设计扰动片后的润滑油静压与最佳背压相差仅为9%,极大改善了电动涡旋压缩机在变转速下的轴向平衡。

双级可转导叶压气机性能研究

压气机的稳定性是保证压气机其他性能及燃气轮机正常运行的基础,而压气机存在着失速、喘振等不稳定现象,这种不稳定流动会严重影响整机运行的稳定性。导叶/静叶可调是一种防止喘振从而避免压气机进入失稳流动的有效措施。该文介绍了一个集成式压气机实验台,除了可进行高精度可转导叶性能研究外,还可进行压气机不同叶片综合性能和局部特性实验测量工作,且其数据采集集成系统可满足实时准确观测实验台相关参数的需求。通过实验与数值模拟相结合的方法对2.5级轴流压气机进行了研究,通过逐级调节进口导叶和一级静叶的旋转角度,获得了叶片调节角度与压气机效率之间的对应关系。

基于CBAM-CNN的涡旋压缩机故障诊断

针对涡旋压缩机振动信号不平稳和噪声情况下故障振动信号弱、需要人为提取故障特征以及准确率有待进一步提高的问题,提出基于多尺度注意力机制(convolutional block attention mechanism,简称CBAM)-卷积神经网络(convolutional neural network,简称CNN)涡旋压缩机故障诊断方法。首先,通过多个不同尺度的卷积核对振动信号转化为灰度图的故障特征进行全面提取,并引入注意力机制,通过调整权重值的方式提取重要的故障特征;其次,利用降维卷积模块、深度可分离卷积模块和残差模块提取更高维度的深层次故障特征,提升网络计算效率;最后,设置舍弃率为0.5的Dropout层防止过拟合,提升了网络的鲁棒性、抗干扰能力和泛化能力。实验结果证明,该方法在无噪声和添加不同信噪比噪声的情况下,均能有效地对涡旋压缩机故障进行分类,具有更高的识别准确性和更快的收敛能力。

压缩机振动噪声综合特性测试分析技术研究

振动与噪声参数一直是压缩机运行的重要指标,由于压缩机内部结构较为复杂,从理论上推导出振动与噪声特性性能很困难,仿真分析中模型简化造成仿真分析结果与实际有一定误差。因此设计振动与噪声综合特性测试分析系统十分必要,使其具备时域及频域基本功能的基础上,集成压缩机部件固有频率特性、振动与噪声的相干特性,噪声倍频程特性等综合特性分析功能,为压缩机的结构设计、优化方案、噪声评价、噪声治理及故障分析等环节提供有力的基础支持,为压缩机测试技术方案提供一种借鉴。

变工况隔膜压缩机曲轴动力学仿真分析

隔膜压缩机通过活塞运动挤压膜片达到压缩气体的作用,而这一过程中产生的排油压力会导致各传动部件受到复杂的交变载荷,而像曲轴等重要部件上则会产生较大的应力应变,这些复杂的作用力会引发曲轴等部件的强烈振动。针对这一问题,采用理论分析与ADAMS刚柔耦合仿真方法,对一台排气压力为45MPa隔膜压缩机的往复运动机构进行分析,结果表明:在额定工况下,曲柄销径向最大受力约为70282.4N,切向最大受力约为72593.2N,曲轴上最大应力值为141.36MPa,最大变形量为0.108mm;而对不同工况的分析结果显示,排气压力升高、曲轴转速变大都会导致曲轴上的应力增大。其中,转速变大对应力值的影响较小,而排气压力升高则对应力值的影响较大。

基于范诺流理论的变截面涡旋压缩机轴向间隙泄漏研究

为了定量研究变截面涡旋压缩机轴向间隙泄漏,基于范诺流理论,考虑其主轴转速、介质粘度和摩擦等因素,探索建立变截面涡旋压缩机轴向间隙泄漏量计算模型,根据模型分析影响泄漏的主要参数,以便利用控制关键参数来降低轴向间隙泄漏。通过搭建涡旋压缩机试验平台,测定涡旋压缩机工作腔在实际工况下,不同间隙同一主轴转速和同一间隙不同主轴转速下泄漏量的实测值。结果分析表明:压差大小与泄漏量成正比,当主轴转速一定,间隙为0.02 mm时,实测值与理论值拟合较好,并且随着压差增大,泄漏变化较小;主轴转速越高,间隙泄漏量越小,当间隙一定,转速为3000 r/min时,实测值与理论值拟合较好,并且转速越高,泄漏量越大。通过理论计算与实际测量结果对比分析,所建立的泄漏量计算模型准确可靠。此模型的建立为深入研究和控制轴向间隙泄漏奠定基础,也为推广涡旋压缩机在大功率领域的应用提供理论基础。

基于多目标粒子群算法的隔膜压缩机膜腔曲线优化

膜腔曲线直接影响着隔膜压缩机排气量与膜片可靠性,原始膜腔曲线不能较好满足今后加氢站隔膜压缩机高压力、大流量工况需求。针对此问题,依据隔膜压缩机工作原理,采用多目标粒子群算法对膜腔曲线进行面积与弧长的双目标优化计算,得到了一种新曲线。同时,结合压缩机工程实际对膜腔曲线进行了改进,并对改进后的膜腔曲线与原始曲线进行容积计算与有限元应力对比。研究结果表明:在给定新曲线内参数m=0.95、n=2.5且膜腔半径与膜片厚度不变的情况下,新曲线膜腔下膜片气侧最大径向应力较原始曲线降低了13.89%,膜腔容积较原始曲线增加13.72%。

涡旋压缩机平衡铁结构对阻力矩的影响研究

针对涡旋压缩机平衡铁随主轴旋转时产生的阻力损失问题,提出了圆角结构及机翼型结构平衡铁。运用Fluent有限元分析软件,结合滑移网格技术对平衡铁工作区域模拟,研究了3种不同结构平衡铁所受的压差阻力矩和摩擦阻力矩,对比分析了不同结构产生的阻力矩大小。结果表明:压差阻力矩占总阻力矩的90%以上,总阻力矩随转速的增大而增大;相对于样机平衡铁,前后端面为圆角的平衡铁总阻力矩减小了30%~50%之间;机翼型平衡铁总阻力矩减小了55%~65%之间。

涡旋压缩机浮动式静盘的性能优化研究

针对浮动式静盘涡旋压缩机静盘背部温度过高且集中于排气管处的问题,提出带散热结构的浮动式静盘背压机构,研究了新机构的质能交换,分析了热量交换过程,给出了各腔体传热的数学模型,并对新机构进行CFD模拟计算,得到了不同外界温度下的静盘背部温度分布情况。与原浮动式静盘背压机构对比分析可得,新机构有效地改善了静盘背部中心温度过高的问题,使静盘温度分布更加均匀,可以解决因温度过高而造成的变形、摩擦磨损以及泄漏等问题,提高了压缩机的可靠性。

基于DBN和BES-LSSVM的矿用压风机异常状态识别方法

针对矿用压风机这类分布式系统的异常类别复杂、识别精度低等问题,提出了一种基于深度置信网络(DBN)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的异常状态识别方法。首先,分析压风机组成系统及其运行机理,确定常见的异常状态类型;其次,采用DBN无监督学习方式充分挖掘监测数据中异常特征并快速提取;然后,利用秃鹰搜索算法(BES)优化LSSVM的超参数,构建最优的BES-LSSVM分类模型;最后,将DBN提取的异常特征作为BES-LSSVM模型的输入,对矿用压风机异常状态进行识别。试验验证与对比分析结果表明,相较于GA,PSO,GWO算法,BES算法的求解精度和收敛速度均有所提高,同时DBN-BES-LSSVM模型在测试集上平均识别精度达到94.65%,较PCA-LSSVM模型、DBN模型和DBN-LSSVM模型的识别精度分别提高了10.53%,5.84%和3.76%,验证了DBN-BES-LSSVM模型在矿用压风机异常特征提取以及特征识别方面的优越性。

双向旋转斜盘压缩机润滑油循环性能工程试验研究

为了解决双向旋转斜盘式活塞压缩机在汽车空调温控系统中因润滑油充注量不当而导致的制冷效率降低和潜在故障问题,对润滑油充注策略进行优化,以提高系统运行的效率和稳定性。分析了润滑油充注量不足或过量可能导致的各种问题,探究了在不同压缩机转速条件下,不同润滑油充注量对制冷性能的具体影响。通过对比试验发现,当润滑油充注量被精确控制在390±20~535±20 mL的范围内,空调系统能够在变化的工作状态下保持最优性能,并显著降低由润滑油不足带来的风险;最佳的润滑油与制冷剂的配比约为12%,并提出了一系列技术措施,这些措施旨在提高斜盘式活塞压缩机的可靠性,为斜盘式活塞压缩机在广泛的工程应用中的润滑策略提供了理论依据和实践指导。

跨临界CO_(2)储能系统中填充床蓄冷性能的动态分析

为进一步提升CO_(2)储能系统性能,建立了不同换热阶段CO_(2)与填充床的换热模型,探究了填充床长度等关键设计参数对蓄冷单元的影响规律。结果表明:由于温跃区的存在,初次循环中存储在蓄冷材料内的大量冷量未被利用,导致其㶲效率较低。随着循环次数的增加,温跃区向后移动,蓄冷单元的㶲效率不断增加。在第15次循环后,蓄冷单元的冷量回收效率和㶲效率稳定在96.10%和82.44%。与填充床长度相比,填充床直径对其温度分布影响较大。本研究可为跨临界CO_(2)储能系统填充床的工程应用提供理论指导。

小型双缸往复式压缩机噪声模拟与实验

针对制氧机用小型双缸往复式压缩机噪声过大的问题,通过Fluent气动仿真与LMS Virtual.Lab多体动力学仿真模块联合模拟仿真,求解出压缩机压力脉动和轴承激励。以结构自由模态为基础,添加压力脉动和轴承激励为边界条件,并结合声振耦合理论,得到双缸压缩机的离散噪声分布及声压级云图。研究结果表明:决定压缩机噪声值的波峰频率为800、2 500和3 100 Hz,与固体模态频率相近;通过改变结构刚度可降低压缩机波峰噪声。研究结果可为小型往复式压缩机的噪声控制提供参考。

基于TPE-Informer的列车风源系统故障预警研究

针对轨道交通列车的风源系统在每日高强度和负荷的运行环境下容易发生故障的问题,结合空气压缩机作为系统的核心部件受多种因素影响呈间歇性运行进而导致监测数据在时间维度上分布不均,现有基于连续运行数据的故障预警方法难以适用的情况,研究了一种适应列车风源系统的故障预警框架。首先结合不同类型数据的特点提取多维时序特征,并使用Informer模型学习正常数据特征,同时应用基于树结构的贝叶斯优化算法(TPE)优化模型参数。然后通过分析模型预测值与实际测量值的残差,提出了一种预警指标计算方法。在公开的列车风源故障数据集MetroPT3上的仿真实验结果表明,该预警框架最早于故障前220个周期发出预警,且最晚于前22个周期发出预警,并对误报具有良好的鲁棒性。

嵌入式冰箱压缩机仓散热优化研究

针对嵌入式冰箱压缩机仓散热效果不佳的问题,采用数值模拟与试验结合的方法对其散热进行研究。模拟了嵌入式冰箱压缩机仓的散热过程,结果显示冰箱背部气流未经过充分散热再次进入到压缩机仓形成短路气流,且由于橱柜的影响进入压缩机仓内的总气流相较于自由状态下减少了51.78%;针对散热效果差的原因提出了3种不同适用场景的优化方案,并对各方案在通风量、能耗、制冷性能方面进行对比研究。结果表明,3种优化方案均能改善散热效果,但各有优劣,优化方案的总风量比原嵌入方案分别提高了3.9%,75.3%,55.3%;在32℃和16℃的环境温度下,3种优化方案的能耗相较于原嵌入方案分别降低了6.50%和3.90%,23.03%和25.07%,17.70%和17.50%。研究结果为不同适用场景下的嵌入式冰箱压缩机仓散热优化提供了解决思路和参考。

R134a制冷机组中压缩机和回热器性能的试验研究

为研究R134a制冷机组中压缩机和回热器运转性能,以制冷机组运行压比为调节变量,使用压缩机排气温度、功耗、等熵效率、机组制冷量及系统能效比COP为评价指标,采用单一变量法对两元件运转性能进行测试。试验运行中,主要通过控制制冷机组蒸发温度、冷凝温度实现压缩机压比的调节。结果表明:压缩机排气温度、功耗随压缩机压比的增加而增大,机组制冷量、COP及压缩机等熵效率随压缩机压比的增加而减小;压缩机功耗与蒸发温度呈负相关,而其他性能指标与蒸发温度呈正相关。根据试验数据揭示压缩机等熵效率与压缩机压比之间的内在联系,所获取模型可实现压缩机等熵效率的高精度预测,预测平均误差约为0.45%。基于试验数据对比分析了回热器应用前后压缩机功耗、机组性能的变化趋势,除回热器在低压比工况下可明显提升机组制冷量外,在大部分工况下回热器可通过降低压缩机功耗提升机组整体性能。

一种异步式压缩机涡旋盘的变形和疲劳强度分析

涡旋压缩机工作时,因涡旋盘工作环境及受力较为复杂,其容易产生变形和应力,导致密封性变差和疲劳破坏,影响到涡旋压缩机的工作效率及可靠性。针对这一问题,基于有限元理论,对一种微小型异步式涡旋压缩机进行了数值模拟研究(在多种载荷作用下),分析了其实际工况下的变形应力和疲劳寿命分布规律。首先,分析了异步吸排气涡旋压缩机的构造原理,划分了该涡旋盘的结构化网格,并赋予其材料、连接、约束和载荷等要素,由此建立了该涡旋盘的有限元计算模型;然后,分析了该涡旋盘在气体温度载荷、气体压力载荷、惯性力载荷及多载荷耦合作用下的变形和应力分布规律,并进行了模拟结果的可靠性分析;最后,计算了该涡旋盘在常温常压工况下的疲劳寿命,并研究了其在变载荷工况下的疲劳寿命变化。研究结果表明:温度载荷是引起涡旋盘变形和应力的主要因素;高吸气温度下,涡旋盘疲劳寿命随吸气温度和吸气压力的升高而线性减小,且前者的影响更加明显;低吸气温度下,涡旋盘疲劳寿命在较高的吸气压力下出现迅速下降的趋势。

涡旋压缩机排气孔流动特性研究

为了研究排气孔结构对短型线涡旋压缩机性能的影响,以一款排量为38 cm3的涡旋压缩机为例,建立了三维非稳态数值计算模型,并通过试验对模型进行了验证,误差在9.5%以内。利用此模型,分别研究了排气孔大小和形状对压缩机性能的影响。结果表明,当采用圆形排气孔时,随着孔径由5.2 mm增大到9.0 mm时,压缩机功耗降低了5.82%,总质量流量增加了1.09%,排气过程中压力波动以及上、下腔之间压力不平衡性逐渐增强;当采用腰形、圆弧形以及复合形的排气孔时,相比5.2 mm圆形孔,压缩机功耗有一定程度降低,总质量流量少量增加,排气过程中压力波动和上、下腔内压力不稳定性变化不明显,其中排气孔形状为复合形时,性能提升最明显,压缩机功耗降低了5.81%,总质量流量提升了1.26%;相比总质量流量,压缩机排气孔的改变对功耗影响更大。研究结果可为涡旋压缩机排气孔的结构优化提供参考。

电动汽车涡旋压缩机补气特性的数值研究

为研究短型线的汽车空调涡旋压缩机的补气特性,以一款排量为38 cm^(3)/r的电动汽车补气式涡旋压缩机为例,建立了三维非稳态数值计算模型,并通过实验数据验证了模型的准确性,误差在9.5%以内。通过模型分别研究补气压力和补气温度对涡旋压缩机性能的影响,结果表明:在补气过热度不变的情况下,随着补气压力的升高,压缩机排气温度先减小后逐渐增加,制热量呈增加趋势,当转速为5000 r/min和6000 r/min时,制热量最大增幅分别为20.5%和17.1%,制热COP先上升后下降,2种转速下有补气时制热COP的最大值较无补气时分别增加3.9%和2.3%,压缩机效率均先增大后减小,容积效率逐渐降低;在补气压力不变的情况下,随着补气温度的增加,排气温度略有增加,压缩机功耗、制热量及制热COP几乎保持不变;相较于补气温度,补气压力对压缩机性能的影响更大。