高效双级喷油螺杆空压机的研究与开发

为了实现空压机设备的能效提升,开发了1台额定功率为250 kW的双级喷油螺杆空压机,空压机的低、高压级均采用新型螺杆转子型线,压缩机在结构上采用了一系列创新设计,对级间压力、喷油量等关键运行参数进行了优化,并通过试验测试对所开发双级喷油螺杆空压机样机的能效进行了评估。结果表明,在最佳转速为1330 r/min时,容积效率可达到95.6%,低压级和高压级压缩机的绝热效率则分别达到93.3%,88.6%;依据GB 19153—2019对样机能效进行评估,在100%,70%和40%负载下,样机均可达到定转速喷油回转空压机一级能效,考虑到空压机在额定负载与部分负载时的综合性能,其机组比功率可达到5.72 kW/(m^(3)·min),相较于一级能效限定值低了7.7%,达到了“双一级能效”,实现了同类螺杆空压机产品的能效升级。此外,通过试验研究了转速变化对双级喷油螺杆空压机低、高压级p-V指示曲线和效率的影响规律。经研究发现,低压级压缩过程p-V曲线低于等熵压缩过程,转速变化对其影响较小,而高压级压缩过程p-V曲线受气体泄漏影响显著,转速升高会导致高压级压缩过程曲线逐渐变缓;低压级和高压级压缩机效率随转速变化呈现出不同的变化规律,且高压级压缩机的容积效率和绝热效率均对转速变化非常敏感。研究结果可为螺杆空压机的能效升级提供参考价值。

双螺杆制冷压缩机排气压力脉动特性的实验研究

为研究一台冷水机组用双螺杆制冷压缩机的压力脉动特性,本文测录了压缩机压缩及排气过程的瞬态压力变化,解析其压力脉动频域特性,研究了运行转速和冷凝温度对压力脉动特性的影响,对比了压缩机采用变频与变滑阀两种容量调节方式在相同制冷量下的压力脉动、噪声和热力性能。研究结果表明:压缩腔压力脉动来源于转子工作容积内压力周期性升高,并受齿间多通道泄漏过程的影响;排气腔压力脉动来源于工作容积与排气腔的周期性连通与脱开,受排气压力及气体质量流量等因素影响。随着转速的升高,排气腔压力脉动从转速为1380 r/min时的58.6 kPa升至4200 r/min时的141.0 kPa。随着冷凝温度的升高,压力脉动幅值从34℃时的132.0 kPa升至57℃时的314.0 kPa。在相同制冷量下与容调滑阀相比,双螺杆制冷压缩机采用变频的容量调节方式在压力脉动、噪声和热力性能方面均具有显著优势,压力脉动降低54.6%以上,噪声值下降2.9 dB(A)以上,COP提升5.5%以上。

双螺杆空压机消声器设计与性能分析

针对双螺杆空压机在工作过程中壳体产生较大噪声的问题,利用有限元分析技术,对空压机壳体进行噪声频谱研究,得到在100~1500 Hz时,双螺杆空压机壳体噪声频谱图。采用添加消声器的方法进行降噪处理,并对消声器进行了结构优化设计,消除了谐振现象;将所设计的消声器安装在双螺杆空压机吸气口处,对比发现该消声器具有较好的降噪效果。研究成果可对双螺杆空压机降噪起到一定的参考作用。

双螺杆压缩机工作性能参数仿真及试验研究

双螺杆压缩机是将低压气体转换为高压气体的一种旋转机械装置,现阶段存在着影响双螺杆压缩机内部流场性能参数的研究不够全面,缺少相关试验分析,并且四大工作性能参数对双压缩机性能的影响尚未系统化、定性化描述的问题。以5~6齿双螺杆压缩机为研究对象,利用Pro.e和Pumplinx软件为研究手段,建立双螺杆压缩机3D流体域模型,采用动网格技术分析了功率、流量、比功率、压力四大工作性能参数在瞬态流场特性下的变化规律,同时,进行了试验验证。结果表明,功率仿真数据与试验数据相比较,差异率为0.13%,排气量差异率为0.933%,比功率差异率为4.92%,压力差异率为0.388%。由此可知仿真值与试验值差异率均小于5%,吻合度较好,研究结果完善了双螺杆压缩机性能参数评价标准,为后续双螺杆压缩机性能优化提供了一种新方法。

转子结构参数对双螺杆压缩机性能影响规律的研究

为最大限度地提高双螺杆压缩机的性能,以5、6齿双螺杆压缩机为研究对象,对转子的长径比、齿间及齿顶间隙、扭转角角度等转子结构参数进行系统的分析,研究结果表明:在啮合间隙处于0.02~0.1 mm之间,啮合间隙每增大0.02 mm时,容积效率下降3%~4%,绝热效率下降1.5%~2.4%,比功率下降33%~48%,齿顶间隙对双螺杆压缩机性能的影响大于啮合间隙;随着长径比(L/D)增大,容积效率提高2%~7%,比功率提高40%~70%,绝热效率提高1.5%~5%;扭转角值增大,容积效率、比功率、绝热效率均呈降低趋。研究还进一步探究了转子结构设计参数对质量流量、体积流量、Blow-hole area(泄漏三角形)影响变化规律。研究结果可为双螺杆压缩机的设计研究和优化升级提供一定的理论参考。

喷油参数对双螺杆空压机性能的影响

为研究喷油参数对双螺杆空压机工作性能的影响,并为优化和提高该类型空压机的整体性能提供参考,建立了喷油双螺杆空压机数学模型,研究喷油量、喷油温度等对空压机性能的影响,并通过模拟结果与实验结果的比较,验证了模型的准确性。结果表明:双螺杆空压机存在一个最优的喷油量,可以使空压机达到最佳的绝热效率和比功率,随着转速由3000 r·min^(-1)升高至4400 r·min^(-1),最优喷油量呈现下降的趋势,随着背压由0.7 MPa提高至1.0 MPa,最优喷油量呈现升高的趋势。另外,喷油温度的升高使得双螺杆空压机的绝热效率下降、比功率上升,从而导致空压机性能恶化,因此在保证排气温度的同时,应尽量选择低的喷油温度。同时,喷油参数对泄漏与耗功的影响显著,随着喷油温度由303.15 K升高至323.15 K,各个泄漏通道泄漏量呈现上升的趋势,摩擦损耗呈现下降的趋势;随着喷油量由0.5 m 3·h^(-1)增加至1.5 m 3·h^(-1),各个泄漏通道泄漏量呈现下降的趋势,摩擦损耗呈现上升的趋势。研究工作可为喷油双螺杆空压机的性能优化提供有益的参考。

制冷压缩机振动噪声控制技术

双螺杆式制冷压缩机和离心式制冷压缩机广泛应用于制冷空调系统中,但其振动噪声问题不容忽视。本文分别介绍双螺杆式制冷压缩机和离心式制冷压缩机振动噪声的产生原因,阐述制冷压缩机振动噪声的控制手段,并介绍减振降噪技术在制冷压缩机中的实际应用案例。研究表明:双螺杆式制冷压缩机排气气流脉动诱发的噪声显著。以宽频穿孔管消声器降噪技术为例,变频双螺杆式制冷压缩机排气腔内采用宽频穿孔管消声器后,在2 400~4 200 r/min转速区间内气流脉动和噪声声压级均有改善,其中在3 600 r/min和4 200 r/min转速时气流脉动幅值均衰减60%以上,噪声声压级分别降低6.8 dB(A)和3.0 dB(A)。制冷系统的排气管道应用宽频穿孔管消声器后,前4阶气流脉动幅值衰减75%以上,其噪声声压级降低8 dB(A)以上。离心式制冷压缩机叶轮参数是影响气动噪声的关键因素之一,以优化叶片尾缘斜掠角为例,叶片尾缘斜掠角为15°时相较叶片尾缘无斜掠角,压缩机噪声声压级降低4.3 dB(A)。

干式双螺杆空压机气动噪声优化设计

目前国内外干式双螺杆压缩机大多数直接采用了喷油螺杆压缩机的型线,一般通过改变齿数比,适应干式螺杆压缩机低压比和大气量的需求。通过对干式双螺杆空压机型线开展优化设计,将螺杆压缩机型线中瞬时啮合的曲线变为逐点啮合的曲线,避免压缩机螺杆齿面啮合的泵吸作用,从而降低压缩机气动噪声,改善压缩机运行环境。

基于综合性能与控制点的转子啮合线分段寻优

采用反向设计方法(啮合线法)对双螺杆压缩机转子型线设计研究。推导出能表征双螺杆压缩机综合性能的表达式,为灵活设计,将NURBS引入螺杆转子啮合线的设计研究中,在已知基本参数条件下,对啮合线的基点进行确定。根据基点啮合线进行分段。基于NURBS控制点具有局部控制的机制,以综合性能指标为寻优函数,对分段的啮合线进行寻优反向设计转子型线。

某型号双螺杆压缩机排气孔口结构改进设计

针对双螺杆压缩机排气孔口压力冲击波动较大,诱发气动噪声问题,基于双螺杆压缩机设计基本原理,根据工程实践经验对排气孔口进行改进设计,将排气孔口改进设计为矩形槽形状,其目的是降低气流流速,增大排气口气流缓冲容积,从而消除封闭状态。通过仿真模拟与试验结果对比发现:改进前后排气孔口压力值保持不变,压力脉动不均匀度减小11.6%;改进后速度降低7.43 m/s,速度波动幅值降低1.49,速度波动量明显降低。研究表明双螺杆压缩机排气孔口结构改进设计具有一定的合理性,研究结果可为双螺杆压缩机整机性能的优化设计提供一定的理论参考。

基于熵值法的双螺杆压缩机综合性能分析

针对双螺杆压缩机设计中其综合性能难以定量分析的问题,提出了一种基于熵值法的综合性能计算方法。选取接触线长度、泄漏三角形面积、面积利用系数作为评判因素,以此来判断双螺杆压缩机的综合性能。采用无量纲化数据处理方法,对啮合线反向设计转子型线中的各条转子型线的综合性能进行了排序。

R134a螺杆制冷压缩机的泄漏特性研究

螺杆制冷压缩机已广泛用于工业制冷和中央空调装置中 ,在商用制冷与空调领域也有着良好的应用前景。本文利用一套螺杆压缩机设计计算软件 ,对R134a螺杆制冷压缩机的泄漏特性进行了研究。首先根据螺杆压缩机的结构特点 ,定义了五种泄漏通道 ,并针对这些通道的特点 ,建立了相应的数学模型。然后针对不同转速和运行工况 ,计算了制冷剂通过这些通道的泄漏及其对压缩机效率的影响。借助分析有关计算结果 ,得出了一些可用于指导实际机器设计的结论。

间隙对双螺杆制冷压缩机性能的影响

为清楚解析间隙对螺杆制冷压缩机性能的影响及提高压缩机性能,针对双螺杆制冷压缩机中的啮合间隙和排气端面间隙对压缩机性能的影响程度进行了理论计算和实验研究,结果表明:在相同间隙值下,啮合间隙对螺杆制冷压缩机的容积效率和绝热效率等的影响数倍于排气端面间隙的影响,每增加0.01mm的啮合间隙,会减少0.4%左右的容积效率,而每增加0.01mm的排气端面间隙,会减少0.13%左右的容积效率;在较大啮合间隙工况下,排气端面间隙的改变基本不影响压缩机的容积效率、绝热效率以及系统性能系数(COP)等,但是同时增加啮合间隙和排气端面间隙,会引起压缩机性能参数、制冷量及系统性能系数的下降。因此,在螺杆制冷压缩机的设计中更应注重啮合间隙分布设计,从而有效提高双螺杆制冷压缩机的性能。

车用燃料电池阴极系统特性

为了提高车用燃料电池效率,利用物质守恒定律、理想气体方程以及二维插值法,建立了含有双螺杆压缩机的阴极系统模型,讨论了根据压缩机转速、压缩比计算其流量和功耗的方法,分析了环境因素对压缩机的影响以及阴极流体特性、过氧比特性.研究结果表明:在设定条件下,随过氧比变化,系统输出功率和效率的变化规律一致,最优过氧比为2.5,电能利用效率随过氧比增大呈单调下降趋势;工作温度升高能够提高系统输出功率,但会使系统电能利用效率有微弱降低,工作温度由60℃升到80℃时,系统输出功率增长5.03%,电能利用效率降低0.57%.

基于流体仿真的双螺杆压缩机转子型线研究

阴阳转子型线设计时存在参数修改频繁、性能实验搭建不便等问题,影响了转子型线设计效率的提高,针对以上问题,提出将NURBS曲线和流体仿真技术应用于双螺杆压缩机转子型线设计中的新思路。以单边不对称摆线-销齿圆弧式转子型线为研究对象,开发了新型双螺杆转子型线。应用NURBS曲线构建了螺杆转子的齿廓线;建立了双螺杆压缩机原型线与新型线流场仿真模型,运用Fluent软件模拟了其在工作转速下压强与流速的分布规律。由仿真结果对新型线设计的合理性进行了预判,并为新型线的改进优化直至获得性能优良的双螺杆压缩机阴阳转子提供了参考依据。

双螺杆压缩机转子啮合线与型线关系研究

从双螺杆压缩机转子啮合线出发,详细介绍了啮合线法,利用啮合关系与型线坐标转换关系推导出阴阳转子型线的方法。给出了啮合线法中的连续性要求并提供了相应的求解步骤,解决了啮合线法设计转子型线过程中的连续性问题。研究了啮合线的3个关键控制点,并总结了其位置变化对转子型线(阴阳转子的齿心角、齿厚以及齿间面积)的影响。最后利用啮合线法设计了一条新型线,并演示了通过改变关键控制点位置的方法提高了新型线排量的方法,提高了设计效率。

螺杆水蒸气压缩机的MVR系统在碱回收中的应用

印染企业采用热泵系统回收碱液能有效降低环境污染,节省能耗。本文针对碱回收热泵系统中水蒸汽压缩机温升小而造成效数不够的问题,提出采用螺杆水蒸汽压缩机替代罗茨式、离心式压缩机构成机械压缩式(MVR)系统。建立了系统各部件的数学模型,首先对系统工况的可行性进行核算,随后在合适的工况条件下计算了不同效数的MVR系统和蒸汽动力压缩式(TVR)系统的热力性能,并比较了各系统回收碱液的经济性。结果表明,在压缩机入口为一个大气压的条件下将质量分数4%的废碱液浓缩到30%不宜采用TVR系统;同时MVR系统的理论COP均高于20,且理论COP及换热器面积随处理效数增加而增加。采用螺杆水蒸汽压缩机构成的三效系统的经济性较其他系统要高,与罗茨机构成的双效系统相比,企业一年即可收回增加的固定成本。在综合考虑压缩机耗功以及设备成本的情况下,印染企业采用螺杆压缩机进行三效处理即可达到较好的节能效果。

采用双螺杆压缩机的机械蒸汽再压缩污水处理系统试验研究

对国内自主研发的采用双螺杆压缩机的60 t/d双效机械蒸汽压缩(Mechanical vapor compression,MVC)采油污水处理系统进行调试及变工况试验研究,分析压缩机转速、一效进水温度和二效出水循环量对系统产水量及产水能耗的影响,为系统优化设计及市场化提供参考。研究表明,系统能稳定运行,在60 t/d原料水处理量下,系统产水量约为1.03 t/h,每吨水处理能耗为35 k W·h;双螺杆压缩机工作过程喷入的冷却水水质需要满足一定要求,避免转子及机壳表面结垢发生故障;随压缩机转速升高,系统产水量升高,产水能耗存在最低值,即压缩机转速及系统运行工况存在最优匹配关系;系统产水量及产水能耗随一效进水温度升高而分别升高和降低,且这种规律不受压缩机转速影响;随着二效出水循环量的升高,系统产水量逐渐升高,升高幅值随一效入口温度升高而降低。

双螺杆压缩机的计算流体力学3D动态仿真与试验

基于双螺杆压缩机的工作过程为理论循环过程的假设,提出了双螺杆压缩机工作过程的数学模型,将其内部流动分为入口流体、基元容积流体和出口流体3个部分。运用计算流体力学(CFD)理论中的网格界面法和动网格技术实现空气吸入、压缩和排出的周期性变化过程,并通过Fluent对双螺杆压缩机的内部流场特性进行数值模拟。为了验证该数学模型与数值仿真方法的准确性和可行性,搭建了双螺杆压缩机内部压力测试装置,对双螺杆压缩机的p-V变化规律进行试验研究。结果表明,仿真数据与试验数据吻合良好。因此,文中所构数学模型和模拟方法为双螺杆压缩机的设计与研究提供了重要的工具和方法。

NH_3/CO_2复叠制冷系统中CO_2螺杆压缩机的研发

NH3/CO2复叠制冷系统中,压缩机是其中的关键部件之一,对系统的性能及运行成本具有重要的作用。本文介绍了一种应用在低温制冷循环中的CO2双螺杆压缩机的设计及相关试验。采用包络理论设计了转子的型线,阳转子齿数为5,阴转子齿数为8,在此基础上设计了压缩机的排气孔口,并对转子进行了三维受力变形计算,从计算结果可以看出转子变形和轴承可以满足要求。试验证明设计的CO2双螺杆压缩机能够应用在NH3/CO2复叠制冷系统中。