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为了提高双螺杆压缩机运行的可靠性，对部分负荷工况下转子轴向受力进行了试验研究，测量了部分负荷下压缩机转子齿槽内气体压力的变化趋势以及转子轴向受力的变化特性，并根据转子轴向受力组成，分别得到了气体轴向力和端面轴向力对转子轴向受力的影响。研究结果表明：随着负荷降低，由于转子工作过程压缩段长度的减小，转子轴向受力呈现出不断减小的趋势；在转子受力组成中，端面轴向力约为气体轴向力的1.5倍，因此，在压缩机设计阶段要充分考虑端面轴向力的影响。

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p-V指示图 部分负荷 双螺杆压缩机 转子轴向力

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双螺杆制冷压缩机由于其独特的优势已被广泛应用,但由于其复杂的转子结构及型线设计,对该类压缩机的整体性能的预测一般采用一维数值模拟或经验方式得到,但是该类方法无法获得压缩机内部流体压力场和温度场的分布情况。根据试验用螺杆压缩机建立了三维模型,利用结构化动网格技术,通过CFD软件对双螺杆压缩机的内部流场进行了三维数值模拟,分析了流体在压缩机内部的流动及热力学参数分布状况,得到了压缩机内部压力场、温度场和速度场的分布规律。将三维数值模拟得到的P-V指示图及压缩机宏观性能参数与试验结果进行对比分析,发现模拟结果与试验数据基本一致,部分负荷时误差较大,误差最大的是绝热效率,为2.58%。数值模拟能够准确...

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CFD P-V图 热力学性能 数值模拟 双螺杆制冷压缩机

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制冷压缩机是蒸气制冷系统中的核心部件，压缩机的性能直接决定了制冷系统的效率和性能。螺杆制冷压缩机由于其结构紧凑、运行高效及适应性强等优点，应用领域不断扩大，对螺杆压缩机设计计算水平的要求也越来越高。此外由于能源和环保要求，制冷剂也在不断更新，而制冷剂替代问题对制冷螺杆压缩机的研发设计存在深远影响。 本文推导了基于离散数据计算其共轭型线的方法，利用三次参数样条函数拟合计算双螺杆压缩机阴转子型线的一阶导数，然后根据一阶导数和包络条件通式计算其共轭型线。结果发现，利用三次参数样条函数拟合计算一阶导数的方法，针对目前由多段二次曲线连接而成的转子型线，其计算存在“奇异点”的问题，本文对奇异点出现原因进行了解释并提出了消除奇异点的解决办法。本文还通过衡量计算型线和理论型线的法向间隙误差来反映共轭型线计算方法的优劣，将数值法计算得到的共轭型线与理论共轭型线数据进行了对比分析，发现消除奇异点后计算型线和理论型线的法向间隙误差很小，完全满足实际工业生产的需要。 本文推导了基于离散数据计算型线几何特性的数值计算方法，包括螺杆转子的接触线、泄漏三角形、齿间面积、齿间容积以及齿顶密封线等几何特性的计算。通过这些数值计算方法，可以快速准确地计算离散数据型线的接触线长度、泄漏三角形大小、齿顶密封线等几何特性参数，从而快速衡量转子型线的优劣，为转子型线开发设计提供参考。 本文分析了双螺杆制冷压缩机工作过程数学模型，并建立了包括质量守恒、能量守恒、换热模型、泄漏模型以及补气模型在内的方程，根据工作过程数学模拟，得到了螺杆制冷压缩机p-V指示图以及对应工况下压缩机的宏观热力性能，并将计算结果与实验结果进行对比。结果表明，模拟结果与实验结果误差较小，所建立的螺杆制冷压缩机工作过程模型和程序可以用于压缩机性能预测。 本文在型线计算、几何特性计算以及工作过程模拟的基础上对计算程序进行集成，在MATLAB平台上编制了用于螺杆压缩机设计计算的图形用户界面（GUI），集成后的软件不仅可应用于双螺杆制冷压缩机，还可应用于螺杆空压机和三转子压缩机的设计计算，具有良好的通用性。此外，基于MATLAB编写的图形用户界面具有良好的开放性和可移植性，可以方便移植应用于不同系统和不同电脑上，还可与NIST相连接，将新工质应用于螺杆压缩机设计计算软件当中。

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工作过程模拟 离散数据 螺杆压缩机 型线计算 性能预测

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与等螺距螺杆真空泵相比，变螺距螺杆真空泵因具有内部预压缩，节能降噪，运行更加平稳等优势在近年来备受青睐。泄漏是影响变螺距螺杆真空泵工作过程的一个重要因素，但前人在相关方面的研究非常少。基于此，本文从理论和实验两方面研究了变螺距螺杆真空泵的泄漏特性及其对工作过程的影响。 建立合理的泄漏通道模型是研究真空泵泄漏特性的关键。本文根据所研究转子端面型线几何特征对各泄漏通道进行了简化，在前人的基础上，建立了分别适用于RC1、RC2和齿顶泄漏通道的泄漏模型，并采用模拟和实验两种方法对RC1和齿顶泄漏通道模型的准确性进行了验证，对不同工况下流过通道RC2的流量进行了模拟计算，给出了该通道的流量系数取值范围。在此基础上，根据变质量热力学理论，建立了描述变螺距螺杆真空泵工作过程的数学模型，编写了模拟程序，并运用该程序计算了吸气压力为6kPa，转速为3000r·min-1时通过真空泵各泄漏通道的泄漏量，计算结果表明：气体通过齿顶泄漏通道的泄漏量占泄漏总量70%以上，即齿顶泄漏通道是螺杆真空泵的主要泄漏通道。 为了验证模型的准确性，本文搭建了变螺距螺杆真空泵热力性能测试实验台，并根据实验内容和方案，在不同工况下对真空泵的p-V指示图、轴功率、抽速、排气温度和极限压力等进行了实验研究。实验结果表明，在相同的转速下，随着吸气压力的增大，真空泵的抽速先增大后减小；在相同的吸气压力下，真空泵的抽速随转速的上升而单调增加。真空泵的最大抽速为1500 L·min-1，对应的真空泵吸气压力约为200Pa。随着转速的增高，真空泵的极限压力逐渐减小，当转速达到3000r·min-1时，真空泵的极限压力达到最小值0.7Pa。 同时，对实验录取的和不考虑泄漏过程的p-V指示图进行了对比分析，结果表明螺杆真空泵在实际工作过程中泄漏损失占真空泵总能耗的34.5%。对理论吸气量相同的等螺距、两段组合式和渐变螺距式螺杆真空泵分别在考虑和不考虑泄漏时的p-V指示图进行了对比，结果表明：渐变螺距式螺杆真空泵的指示功率和泄漏功耗最小。另外，将吸气压力为3kPa时，不同转速下真空泵轴功率的试验和模拟值进行了比较，最大误差为2%。 最后，对不同工况下实验和模拟的p-V指示图进行了比较，结果表明，模拟结果与实验结果吻合较好。本文建立的数学模型能够准确地描述双螺杆真空泵的泄漏特性，为真空泵螺距的优化提供了一定的基础。

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p-V指示图 变螺距螺杆真空泵 数值模拟 泄漏特性

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作为能源大国，我国具有包括工业废热、地热、太阳能及生物质能等大量低温余热资源，然而我国的能源回收量却远低于发达国家水平。而另一方面，在化工、制冷、食品加工、医药的工业领域，大量的供热及工艺需求需要饱和水蒸气为媒介或工质，而针对污染性强、能源利用率低的传统锅炉的替代，受到广泛的研究关注。其中，高温热泵水蒸气产生系统，不仅具有较高的效率，且有利于工业余热回收，并保证了环保性，成为极具潜力的水蒸气供给方式。螺杆压缩机具有承压能力强、稳定性可靠性高、零部件少等一系列优点，对高温热泵系统有较强的适应性。本文对水蒸气产生系统的运行特性与余热回收性能进行了深入的理论与试验研究，并针对关键部件高压螺杆压缩机的容积效率、指示功率及排气过热度等进行了深入的研究。 螺杆压缩机的模拟方法中，微观模拟的方法难度大耗时长，而经验模型的适用范围与应用性较差。本文提出了一种新型的半经验模型处理方法，通过对部分试验数据的拟合，分析压缩机运行状况，最终完成对压缩机性能的预测。而另一方面，高压螺杆压缩机由于其运行的特殊性，需要从泄漏、换热、损失等角度进行特性优化。在本文的模型中，在泄漏方面，重点考虑了内泄漏对压缩功的影响，加入了对齿间容积外泄漏导致容积流量损失的计算；在压缩损失方面，考虑了损失引起热力性能逐步改变的影响；而在换热方面，则采用油气换热取代传统机体换热计算。最终，通过建立模型及迭代方法与判定准则，对压缩机工作过程及运行性能进行了模拟。 通过搭建高压螺杆压缩机试验台，不仅得到了压缩机宏观运行性能，如容积效率、绝热效率与排气过热度，还得到了其热力学运行特性，包括欠/过压缩状态、排气瞬间工作腔压力变化、排气脉动等。对比模拟结果与试验数据可以看出，对容积效率、绝热效率与排气温度的预测误差均在±5%以内，证明了模型的准确性。在系统供热温度自65升至85℃范围内，容积效率自0.86降至0.81，绝热效率变化范围约为0.61-0.71，而排气温度则从75℃升高至86℃左右。而通过分析p-V指示图数据可以看出，在容量减小过程中，欠压缩更加显著；齿间容积内的工质压力随着容积减小，先慢速升高，后快速下降；而随着容量的降低，这一现象变得越发明显，理论上损失的能量也越多。而当内容积比增大的过程中，欠压缩逐步减弱，而在过压缩时，此时排气过程中的压力波动由三个波形变为一个波型，但波动幅值更大。随着容量的减小，排气波动逐渐减小，在欠压缩工况下，内容积比降低，排气腔内气体压力波动幅值增大，自50kPa升至70kPa；而在过压缩工况下，压力脉动范围几乎没有变化。 应用上述高压螺杆压缩机，本文建立了一套耦合水蒸气产生系统，并通过模型建立，对压缩机、换热器、阀组、管路等部件进行综合模拟。在此基础上，搭建了一套系统试验台进行系统性能测试。对比试验与理论模拟结果，在测试范围内，COP计算结果误差在±5%以内。在耦合热泵系统中，COP随供热温度的上升自6.8逐步降低至4.2，但下降速度逐渐变缓，制热量则自252kW降至246kW；排气过热度随供热温度趋于上升，自7.71℃至12.52℃变化，但有部分波动，而其随压缩机负荷近乎线性的升高。而在蒸汽热泵中，当蒸汽供气温度更高时，制热量显著下降，从450kW变化至200kW，而水蒸气产生系统的经济型随着蒸发的上升有明显提升，单位蒸汽成本变化范围为45-190元/t，但蒸汽产量与蒸汽成本呈反相关关系，随供气需求发生较大变化。 基于上述结果，本文提出从压缩机与系统设计两方面进行优化。从压缩机角度，可采用抽气式螺杆压缩机设计，进行多温区供热优化。计算结果表明，当抽气比率自10%至40%变化过程中，相较于传统系统的COP优势自0.2增加至1；而随着蒸发温度的上升和冷凝温度的下降，在计算范围内COP差值自0.2增加至0.7。此外压缩机孔口位置设计、内容积比改动同样对COP有明显影响。而从热泵系统角度，可采用水蒸气压缩机进行供热压力的提升，对比两级压缩系统和复叠热泵系统，在大多数工况下，两级压缩系统比复叠系统具有更高的COP，其差值有0.3至1.1之间变化，但随着供热温差的增大，前者的优势逐渐变小。综合考虑水蒸气压缩机相对R245fa压缩机的性能劣势，应在高压差系统中或工况较为恶劣时选择复叠系统。

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半经验模型 高温热泵 螺杆压缩机 余热回收 蒸汽产生系统

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螺杆空压机是一种在国民经济中应用广泛的通用机械，随着时代发展，对压缩机提出了更高的要求，这就导致了干式无油螺杆空压机的使用热潮，本文就是基于这样的背景，进行了对该种类型压缩机的理论与实验研究。 本文首先基于热力学的基本原理并结合实际过程，进行相关合理的假设，建立了描述压缩机工作过程的理论模型。然后运用龙格库塔法等数值计算方法，利用MATLAB平台，编写出了反应该种类型压缩机工作过程的计算机程序，得到了压缩机理论工作过程的p-V指示图与一些宏观性能。 本文紧接着设计并搭建了干式无油螺杆空压机性能实验台。通过在压缩机机体上布置压力传感器，并结合数据采集仪得到了压缩机实际工作过程的p-V图数据。通过将其与理论计算出的p-V图进行对比，验证了数学模型在额定工况运行时与过压缩工况下的合理性。同时结合实测的p-V图，对压缩机的微观工作过程进行了一些具体的分析，得到了压缩机转速与排气背压对p-V图的影响。实验发现，在转速变化不大的情况下，转速对压缩机微观工作过程影响很小。而排气背压对p-V图的影响较大，压缩机压缩终了压力会随着背压的增大而增大，同时也可以据此推断出这是排气温度随排气背压的增加而迅速增加的主要原因。 同时，通过分析测得的宏观实验数据，得到了诸如转速、背压等因素对压缩机宏观性能的影响。通过分析实验数据可以得知，在实验工况下，压缩机的排气量随压缩机的转速的增加而近似呈线性增加，容积效率随压缩机的转速的增加也有增加的趋势，机械效率则随着转速的增加而减小。同时发现压缩机的排气量与容积效率随压缩机的背压的增加而降低，排气温升随着背压的增加而快速增大，机械效率则随着背压的变化存在一个最大值，而绝热效率与绝热指示效率则随排气背压的变化有一个先快速增加后缓慢增加的趋势，在实验工况下当排气背压为0.25MPa时绝热效率与绝热指示效率最大，这也从侧面反应出实验所用压缩机的设计是比较合理的。实验还发现，随着排气背压的升高，压缩机的实际工作过程越接近理想绝热过程。本文同时也给出了实际工程计算压缩机排气温度与指示功率时的过程指数推荐值。 本文最后根据前述实验台测得的实验数据与理论模型的研究，设计了一种新型的干式无油螺杆空压机。现阶段已经试制出了三台实验样机，通过对样机进行的测试实验，本文又着重分析了转子冷态啮合间隙值以及齿顶间隙值等因素对压缩机宏观性能的影响。通过分析测量得到的实验数据可以发现，间隙值的大小通过影响螺杆压缩机的泄漏量进而对压缩机的排气量，容积效率以及绝热效率等宏观性能产生影响。实验发现，转子啮合间隙与齿顶间隙值越小，压缩机的容积效率越高，但其对压缩机的绝热效率与排气温度的影响并不十分明显，特别是齿顶间隙值，这可能是由于转子与机体不均匀热变形对压缩机造成的影响使得该因素的影响被掩盖。但本文依然据此得到了一些对实际加工设计干式无油螺杆空压机很有意义的结论，从而更进一步地完善了本文的实验研究。

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p-V指示图 背压 干式无油螺杆空压机 工作过程 转速

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Abstract ：

随着通用机械设计技术以及机械加工能力的飞速发展，双螺杆压缩机以其稳定、高效的工作特点被广泛应用于冶金、动力、石油化工、机电、食品加工领域，特别是在高温热泵、NH3/CO2复叠制冷系统等场合应用的双螺杆制冷压缩机，所承受的排气压力和吸气压力之间的压差越来越大，导致转子所承受的轴向动载荷以及径向动载荷不断加大。另外，压缩机转速也不断提高。在这类压缩机中转子的轴向动载荷通常由滚动轴承以及平衡活塞承受，而径向动载荷一般由滑动轴承来承受。准确地计算转子轴向力对于平衡活塞的设计以及轴承的选取有着决定性的作用，而径向力对于使用滑动轴承压缩机的转子与轴承系统的稳定性有着十分重要的作用。因此，本文针对双螺杆压缩机转子轴向受力以及轴心轨迹进行了深入的理论和试验研究。 为了计算作用在压缩机转子上的气体轴向力和气体径向力，论文中对双螺杆制冷压缩机的工作过程进行了分析，并建立了包括质量守恒、能量守恒、换热模型以及泄漏模型在内的方程，得到了压缩机齿槽内压力随转子转角的变化关系。采用有限元分析方法对气体轴向力和气体径向力进行了计算，基于接触线数据将转子螺旋齿面分割为不同的压力区域，并对各个区域加载对应角度下齿槽内气体压力的方法来进行计算。平衡活塞轴向力的计算中考虑了平衡活塞供油压力的波动。在转子端面轴向力计算方法中，由于端面压力分布以及不同压力区域作用面积无法准确计算，论文中采用均压模型以及扇形模型两种方法对双螺杆压缩机转子端面轴向力进行了计算和比较。 转子与轴承系统是双螺杆制冷压缩机的核心部件，转子轴心轨迹是滑动轴承工作状态的综合反映。通过轴心轨迹，可以确定轴承的回转精度、最小油膜厚度、判断转子系统的稳定性和轴承设计参数的合理性。论文中建立了滑动轴承非线性轴心轨迹计算模型，并依据转子气体径向动载荷、非线性油膜力以及转子轴颈惯性力之间的平衡，建立了滑动轴承轴心轨迹计算的运动方程，对应用于双螺杆制冷压缩机中的滑动轴承轴心轨迹进行了计算。另外，还计算了转子轴心轨迹随长径比、不平衡质量以及轴承间隙的变化趋势。 本文设计搭建了双螺杆制冷压缩机p-V指示图、转子轴向力以及轴心轨迹测试试验台，可以对不同工况、不同滑阀载位以及不同内容积比下的压缩机进行测试。根据螺杆压缩机的几何特性，在吸气腔、机壳以及排气腔不同位置安装了高灵敏度的压力传感器，以测量压缩机的p-V指示图，从而和工作过程模拟得到的数据进行对比。对于转子轴向受力的测试，专门设计加工了正向以及反向测力组件，并根据转子轴向受力组成，设计了独特的转子轴向受力试验测试系统。根据非接触测量原理以及轴心轨迹测量原理，采用电涡流位移传感器对转子轴在X、Y方向的波动分别进行了测量，得到了转子轴心轨迹。另外，试验过程中还测试了平衡活塞供油压力以及回油压力的变化，从而查明转子轴向力波动幅度的影响因素，为选择轴承以及延长压缩机寿命提供数据支持。 通过压缩机工作过程模拟以及转子轴向受力的理论和试验研究表明：理论计算和实际测试的p-V图在指示功率方面误差小于3%，表明使用工作过程模拟得到的p-V图可以用于准确的预测转子轴向力。转子轴向受力方面，设计的测力组件，准确测出了轴向力的动态变化。将试验结果与理论研究进行对比表明：扇形模型计算结果更为准确，而均压模型则更加适合于计算内容积比较大运行工况的端面轴向力；端面轴向力均值要大于气体轴向力均值约50%；气体轴向力和端面轴向力合力的波动频率取决于转子齿数；另外，随着负荷的不断降低，转子轴向合力也不断减小，但是负荷降低到一定程度的时候，可能会出现轴向反力，因为平衡活塞轴向力会大于气体轴向力和端面轴向力的合力大小，因此负荷不宜过低。 将非线性轴心轨迹理论计算结果和试验测试轴心轨迹对比发现：作用于转子的径向动载荷频率主要取决于转子齿数；螺杆压缩机转子轴心轨迹基本呈椭圆形，但是和离心机和滚动转子压缩机转子轴心轨迹所不同的是在每个周期内还存在与转子齿数相对应的数个波动；论文所建立的非线性轴心轨迹计算模型可以较好地预测转子轴心轨迹，但理论计算轴心轨迹波动幅度要小于试验测试轴心轨迹波动幅度，这主要与螺杆压缩机具有两个转子的特殊结构等因素有关；随着滑动轴承间隙的增大，轴心轨迹的波动幅度也越来越大，且轴心不断趋向于Y轴正方向以及X轴负方向；随着长径比的增大，轴心轨迹在X以及Y方向的波动幅度分别呈现出减小和增大的趋势，且轴心趋向于X轴正方向以及Y轴负方向；随着不平衡质量偏心距的增大，轴心轨迹的波动幅度不断增大，但是每个周期内轴心轨迹所具有的和转子齿数随对应的波动的波动幅度却呈现减小的趋势。

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端面轴向力 双螺杆制冷压缩机 转子轴向力 转子轴心轨迹

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Abstract ：

双螺杆真空泵继承了螺杆机械可靠性高、输送介质平稳、机械振动小、结构简单紧凑、操作维护方便等特点，广泛应用于石油化工、制冷空调、空气动力等领域。国内外对于螺杆机械的研究主要分为转子型线设计及性能分析、转子制造工艺及刀具加工、整机性能测试及数值模拟三个方面。本文在前人研究的基础上，分析了变螺距双螺杆真空泵转子型线的组成及接触线、啮合线、齿间容积等几何特征，建立了描述双螺杆真空泵工作过程的数学模型，并对KINNEY SDV-200干式变螺距双螺杆真空泵进行了整机性能测试。 本文首先概述了螺杆机械的国内外研究进展，并在此基础上开展工作。根据已有转子型线方程，分析了变螺距干式双螺杆真空泵转子型线的啮合特性，并计算了其几何特性，包括啮合线、接触线长度、齿间面积以及齿间容积随转角变化曲线。以阴阳转子啮合时形成的一对基元容积为研究对象，建立了双螺杆真空泵数值模拟数学模型。考虑了泄漏（接触线泄漏、齿顶泄漏）对工作过程的影响，针对不同泄漏通道，构建了几何模型，模拟计算了不同泄漏通道流量系数，给出了不同泄漏通道的流量系数取值范围。结果表明：在给定的几何条件下，不同泄漏通道的流量系数可以近似取为定值。分析了吸气压力为3kPa，不同转速下的p-V指示图，计算结果表明，转速升高可以明显减少泄漏。由于真空泵吸排气压比大而存在较大泄漏，使得模拟的实际过程压力曲线比理论过程压力曲线高。 为了验证理论模型，搭建了变螺距双螺杆真空泵性能测试实验台，对真空泵工作过程进行实验研究。实验测试了真空泵的极限真空度为1.32Pa，测试了抽速曲线，最大抽速为1720L?min-1。测试了不同转速下的排气温度，吸气压力低于1kPa时，排气温度低于60℃，随着吸气压力增加，排气温度上升，最高排气温度低于90℃。同时，沿真空泵机壳布置五支压力传感器，获得了不同转速及吸气压力下的工作过程指示图，随着转速的增加，最终测试压力有明显降低；随着吸气压力降低，因为端面泄漏的原因，最终测试压力并无明显降低。对计算结果和实验结果进行比较，结果吻合较好，验证了本文建立的真空泵工作过程热力学数学模型的正确性，为双螺杆真空泵的设计参数优化提供了理论及实验依据。

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P-V指示图 变螺距 螺杆真空泵 数值模拟

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增压器通过提高内燃机进气压力的方式，使燃料获得充足的氧气供应而提高燃烧效率。双螺杆增压器具有动态响应迅速、输气量大、体积小等优点。本文对双螺杆增压器的工作过程进行了理论及实验研究，同时对转子及机体部件进行了有限元分析。本文首先利用数学模拟程序计算了增压器在不同排气压力下的绝热无泄漏工作过程。之后通过在增压器机体壁面上布置压力传感器，实验研究了增压器实际的工作过程。对实验以及数学模拟程序所得到的p-V指示图进行了对比分析。分析发现，增压器实际的压缩过程中，气体压力要比理论过程低。随着排气压力的升高，实际压缩过程曲线逐渐向理论压缩过程曲线靠近。由于阳转子旋转经过压力传感器发生齿顶泄漏，实际压缩过程曲线存在两个变化较缓的部位。排气开始后，过压缩工作过程的压力脉动较小，而欠压缩工作过程则存在较为剧烈的压力脉动，且随着排气压力的升高，压力脉动逐渐加剧。过压缩工作过程中，随排气压力升高，排气延迟角度逐渐增大，最大为19°。而欠压缩工作过程排气延迟角度基本不变，为21°左右。实验测量得到吸气腔内气体压力要比理论吸气压力低，其压差最高可达0.001132MPa，为大气压力的1.18%。依据p-V指示图以及测量得到的轴功率，计算得到不同排气压力下增压器的机械效率。对于过压缩工作过程，随着排气压力的升高而升高，增压器机械效率最高可达95.09%，而当增压器处于过压缩工作过程时，其机械效率变化幅度很小，在88%~89%之间。理论及实验结果分析发现，除吸排气孔口外，泄漏是影响增压器性能最主要的因素。双螺杆增压器配合间隙的合理选择，对于泄漏的影响至关重要。因此本文利用有限元分析的方法，对双螺杆增压器转子以及机体的变形进行了研究。对转子的径向变形分析发现，热变形是转子形变最主要的方面，而考虑到增压器转速较高，阳转子及阴转子转子最大离心力变形量分别是热变形量的14.54%和6.10%，不能被忽略，而气体力变形由于很小，可以忽略。转子综合的径向变形，最大可使转子间配合间隙减小0.045mm。转子端面型线整体发生膨胀，并且阳转子端面型线变形趋向于转子旋转方向，而阴转子则趋向于背离阴转子转向，二者端面型线变形的旋转趋势使转子间配合间隙逐渐减小。本文对机体受气体力而产生的变形进行了计算，结果显示机体变形最大的部位位于排气口对面的壁面上，最大变形量与转子受离心力而产生的变形量相当，机体变形呈向外膨胀的趋势，这将使转子与机体配合间隙加大，从而泄漏量变大。由于本文所研究增压器转速较高，极有可能在某一转速发生共振，因此本文对转子进行了模态分析。分析得到增压器可能发生共振的转速范围是8124~12240 。为保证增压器稳定安全的运行，应当采取一定的规避措施，或者对增压器转子结构进行优化设计以改变其固有频率。

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双螺杆增压器工作过程指示图变形分析模态分析

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天然气作为清洁能源，具有高热值、安全性好、易于存储和运输等优点，在世界能源消耗中所占的比重越来越大。由于天然气资源分布不均、气井后期压力降低等原因，天然气集输工艺需使用压缩机进行增压，目前常用类型为离心式压缩机和往复式压缩机，由于螺杆压缩机具有耐液击、抗压力波动及维修成本低等优点，因此比这二者在天然气集输方面更有优势，应用前景更加广阔，但目前国内外对天然气螺杆压缩机的工作过程尚无详细研究。基于此原因，本文通过数学建模的方法，对其热力性能进行了研究。本文首先介绍了天然气物性的计算方法，选择了P-R方程作为天然气的状态方程，通过迭代和方程求解，得到了天然气的焓值、比热容及压力、温度、比容之间的关系式；然后对螺杆压缩机工作过程进行了热力计算，描述了容积效率、指示效率等的计算方法，并讨论了喷油量以及喷油所引起的功耗；最后建立了压缩机工作过程的数学模型，通过泄漏及换热等补充方程，不断完善数学模型的精度，再通过编程对这些方程联立求解，得到了天然气螺杆压缩机在不同工况下的运行结果。根据本文建立的数学模型，对不同运行工况下的天然气螺杆压缩机的热力过程和性能参数进行了模拟计算，并和实验结果进行了对比和分析，验证了数学模型的精度。利用所建立的模型分析了转速、排气压力、吸气压力、啮合间隙、喷油量及天然气组分对p-V指示图和压缩机性能的影响。结果表明，转速升高、排气压力降低、压比降低、喷油量增大以及啮合间隙减小都会提高容积效率。同时，在这些因素的作用下，压缩机微观热力过程也会受到影响。计算结果还表明了天然气螺杆压缩机可以适应不同组成的天然气，可以广泛的应用在天然气相关领域。通过本文建立的数学模型，可以在设计阶段模拟出天然气螺杆压缩机的性能，并据此修改设计，从而缩短了研发周期，降低了设计成本，保证了压缩机运行时的效率。

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天然气螺杆压缩机热力性能数值模拟

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