基于CFD的双螺杆膨胀机瞬态特性

为研究双螺杆膨胀机的瞬态特性,以4/6齿双螺杆空气膨胀机模型为研究对象,使用SCORG和Pumplinx软件对膨胀机内部流体域以及进出口处流体域进行静止网格和动网格的划分.采用CFD分析方法对膨胀机进行全流场瞬态数值模拟,得到双螺杆膨胀机内部的压力场和速度场以及不同转角下流量、扭矩和转子的受力情况.结果表明:膨胀机内部流体域从进口高压端至出口低压端可区分为4个压力等级,且从进口端到出口端压力逐级递减,而阴、阳转子接触线将螺杆流域分为上高压区和下低压区;内泄漏主要包括径向间隙泄漏、齿间间隙泄漏和泄漏三角形这3种泄漏方式,三者中齿间间隙泄漏的速度最大.整个流场中的最高流速和最低压力均出现在接触线附近;吸气阶段的节流损失和预膨胀带来的压降损失使阳转子对外做功能力下降,并使螺杆膨胀机效率降低;流量、扭矩、径向力和轴向力呈周期性变化,阳转子所受径向力对螺杆膨胀机工作性能影响最大.

新型交叉轴双螺杆膨胀机转子的设计与受力性能研究

针对现有双螺杆膨胀机螺杆转子在工作过程中承受的轴向力较大的问题,提出采用交叉轴锥形螺杆转子结构,减小螺杆转子轴向力;建立了交叉轴锥形螺杆转子三维模型;使用双螺杆膨胀机的工作过程模型,确定了工作情况下螺杆转子所受的温度和压力载荷;使用ANSYS软件对螺杆转子在温度和压力作用下的变形和轴向力进行了分析。结果显示,交叉轴锥形螺杆结构对减小双螺杆膨胀机转子轴向力有较好的效果。

双螺杆膨胀机螺杆转子的模态分析

为了避免螺杆转子在周期性变化的流体作用下发生共振,通过UG三维造型软件建立阴阳螺杆转子分析模型,采用弹簧单元模拟实际轴承约束,基于ANSYS Workbench有限元分析软件对其进行了模态分析。结果表明:双螺杆膨胀机的阳转子固有频率比阴转子小;只要外部激振频率避开转子的固有频率,螺杆转子就可以稳定可靠的运行。通过模态分析为螺杆转子的设计与优化提供了参考。

双螺杆膨胀机的流场湍流特性分析

双螺杆膨胀机长期处于高温高压工况条件下,其内部流场非常复杂。通过建立双螺杆膨胀机流场分析模型,采用基于ANSYS的计算流体力学软件对转子进行了高速运转的固液两相动力学分析,得到了双螺杆膨胀机流场湍流特性。分析结果表明:整个流场的速度相对平稳;螺杆转子结构参数的差异导致阴阳转子流道表面上的速度分布参差不齐;流体在啮合区容易产生涡流,影响膨胀机工作性能。

基于ANSYS Workbench的双螺杆膨胀机转子静力学分析

为合理设计螺杆膨胀机转子间配合间隙,以阴阳转子为研究对象,通过SolidWorks对阴阳转子进行建模,并导入ANSYS Workbench对其进行静力学分析,得出转子在高速转动下应力与应变的分布规律,为螺杆类机械转子间配合间隙的设计提供了参考。

双螺杆膨胀机的流场数值模拟研究

基于UG三维造型软件和ANSYS Workbench有限元分析软件完成了双螺杆膨胀机内部流场的几何建模和网格划分,采用FLUENT分析方法对双螺杆膨胀机内部流场进行了数值模拟,得到了双螺杆膨胀机的速度分布,并对比了不同压力与温度作用下流场的变化规律。结果表明:双螺杆膨胀机内部流场的流体流动在离心力与惯性力的综合作用下十分复杂;采用合适的分析模型可以数值模拟实际流体机械的运动状态,为流固耦合问题提供了一种新方法,可以大大缩短新产品的研发周期。

双螺杆膨胀机的有限元仿真与试验研究

构建了双螺杆膨胀机的数学模型,借助计算流体力学中的网格界面法实现双螺杆膨胀机吸气、膨胀以及排气的周期性变化过程仿真,借助ANSYS中的CFX模块对膨胀机进行流场分析,得到压力云图以及速度云图。为了验证构建模型的合理性以及仿真结果的准确性,通过搭建膨胀机的内部压力测试系统,完成对该模型的p—V变化规律的试验研究。结果表明:仿真数据与试验数据基本吻合,为双螺杆膨胀机的性能以及结构优化提供了参考。

基于ANSYS Workbench的双螺杆膨胀机主箱体模态分析

双螺杆膨胀机阴阳转子与箱体之间间隙小,为避免工作过程中的共振现象影响结构间的配合精度,本文针对螺杆膨胀机主箱体结构的固有频率展开了分析。通过仿真分析得到了主箱体的前四阶振型图及其对应的固有频率,分析了其危险转速在44374~86622 r/min间变化。通过分析发现双螺杆膨胀机主箱体固有频率有效避开了其输入频率范围,分析结果可为箱体类机械结构的模态分析提供参考。

基于Ansys双螺杆膨胀机动态特性有限元仿真

针对膨胀机内部工况复杂、疲劳特性要求较高等问题,以某双螺杆膨胀机为研究对象,对其在煤矿瓦斯发电系统中的应用进行分析,运用有限元仿真软件Ansys建立膨胀机双螺杆动态特性有限元仿真模型;分析了其总变形、不同螺旋角下的绝对压力分布及蒸汽流体场分布。仿真结果表明:双螺杆在实际工况下,双螺杆最大变形为0.0264 mm,最大值主要分布在双螺杆尖角处;随着双螺杆螺旋角增加,膨胀机中双螺杆绝对压力值大小基本不变,但其分布位置及区域不同;蒸汽流速在双螺杆内部形成螺旋气流场,最大流动速度为50 m/s;该研究为膨胀机综合性能提升提供理论依据。

蒸汽双螺杆膨胀机工作过程模拟及实验研究

双螺杆膨胀机作为一种能够适应气液两相余热回收的设备具有非常大的应用市场。但是目前仍缺乏其在部分工况下的理论研究,从而导致工程设计容易产生偏差。为解决该问题,本文建立了变负荷工况下双螺杆膨胀机工作过程的数学模型,完成了转子型线设计、型线间隙计算、几何过程量计算,引入了泄漏及换热模型,提出了部分负荷下吸气过程的吸气压力修正模型,同时整理了可用于简化计算的修正参数。利用实际应用进行实验。验证结果表明:双螺杆膨胀机可以在工况波动较大的情况下稳定运行,并具有优良的变负荷工作性能;当负荷降低时,吸气压损有利于膨胀机压差降低,泄漏量降低,效率升高;从100%到65%负荷工况下,容积效率从78.87%升高到84.76%,绝热效率从66.81%升高到74.25%;与实验数据对比表明,本文提出的吸气压力修正模型中流量计算的误差可控制到3%以内;模型解决了部分负荷下的性能计算问题,使得理论模型能够更好地贴合实际应用,保证了双螺杆膨胀机主机选型计算的准确性。

双螺杆水蒸气膨胀机的研究与开发

针对双螺杆水蒸气膨胀机的工作过程进行了理论研究,结果表明,在欠、过膨胀工作过程中回收功减少,且当压差相等时欠膨胀引起的做功能力下降幅度较小。通过研究内容积比、进口蒸汽热力参数和欠、过膨胀对双螺杆水蒸气膨胀机回收功和容积流量影响时发现:内容积比存在最优值,其可使膨胀机回收功最大;欠膨胀会导致膨胀功下降,膨胀机的容积流量减少。由此,提出了双螺杆膨胀机的经济性设计思路:在大中型双螺杆膨胀机的设计时宜采用欠膨胀工况,使膨胀终了压力接近且略大于出口背压,相应的内容积比小于最优内容积比。采用该思路进行设计,不仅可以得到较好的回收功,而且可使得膨胀机容积流量减少、经济性提高,为指导双螺杆膨胀机的设计提供借鉴。

CO_2双螺杆压缩膨胀机在热泵空调中的应用

分析了CO2双螺杆压缩膨胀机的优势以及膨胀机和压缩机同轴连接的受力情况。通过分析可以看出,将膨胀机和压缩机做成同轴可以很好地抵消轴向力。并设计了新型的进气装置可以很好地实现CO2热泵空调系统的冬夏季转换,CO2双螺杆压缩膨胀机自身的进排气调节可以取代热泵空调中的四通阀,避免了四通阀的热短路效应和高低压间的泄漏。

无油螺杆膨胀机工作过程模拟及热力性能分析

在无油螺杆膨胀机工作过程中,膨胀机实际有效效率是在等熵效率的基础上还要考虑理想效率和机械效率,等熵效率对机组有效效率的影响最大,等熵效率主要受泄漏和流动损失的影响,其中泄漏损失占主要因素,接近35%,流动损失不到5%。细化了泄漏通道模型,分析比较容积效率随啮合间隙、齿顶间隙和端面间隙的变化趋势,其中齿顶间隙对容积效率的影响最大,超过其他两类间隙的两倍以上。因此,合理减小齿顶间隙是提高容积效率最有效的途径。

螺杆膨胀发电机组在电网运行中的功率控制策略

为探索扩展螺杆膨胀发电技术在电力系统中的应用,以同轴相连的双螺杆膨胀机与笼型异步发电机所构成的发电机组为主要研究对象,建立其数学模型,并在对螺杆膨胀动力机的运行特性分析基础上提出了转速转矩双闭环PI控制策略。考虑发电机组的并网发电功率与效率的相互关系,对多台并列运行螺杆膨胀发电机组进行了效率最优功率分配,分析了螺杆膨胀发电机组群对于系统给定发电功率的跟踪控制能力。仿真结果证明了模型与控制策略的正确性,为扩展螺杆膨胀发电机组在现有储热技术条件下作为可控分布式电源接入微电网或区域配电网运行奠定了基础。