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螺杆压缩机内密封齿间隙泄漏量的数值仿真

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  • 发布时间:2014-08-13
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螺杆压缩机气体泄漏-直是影响其容积效率的-个重要因素,其中压缩机转子齿顶密封齿与壳体之间间隙 (齿顶间隙)的泄漏在压缩机泄漏中占有较大的比例l1,因此计算气体在齿顶间隙中的泄漏量对于压缩机的设计及性能预测具有重要意义[21。之前有很多文献研究过气体在齿顶间隙中的泄漏情况,但是大多基于二维模型 [3-5]。本文在仿真计算中采用三维模型,可以更加形象直观地展示气体在齿顶间隙中的流场分布,通过FLUENT软件分析对当转子按照-定的转速旋转时,气体在齿顶间隙三维模型中的泄漏量及压力分布情况,并研究密封齿长度和高度与泄漏量之间的关系,提出了密封齿长度与高度的选择方法,并研究了收稿日期 :2012-12-05-2013年04期(总第24O期)压差与泄漏量之间的关系规律;基于仿真计算对现有的密封齿进行改进,进-步减少了气体的泄漏量。

2 齿顶间隙泄漏量的数值计算分析2.1 齿顶间隙模型的建立图 1所示为转子与气缸内壁 (最外圆)的截面投影图,转子齿顶外圆与气缸内壁之间的间隙即为齿顶间隙,在转子齿顶中间各有-个密封齿,其目的是使压缩机在实际运行工况下间隙旧能的校本文要研究的是转子齿左右两侧齿间容积中的气体在齿顶间隙中的泄漏情况,如果对整个齿顶间隙建模并进行网格划分,会导致网格数量很大,而且网格质量不好,影响结果的准确性,为此我们只研究-个转子齿顶间隙 (图 1椭圆圈设计研究3.3 密封齿长度与泄漏量的关系仿真模型的计算条件同2.3计算条件相同,分别建立密封齿长度从2~6 mrn之间变化的5组齿顶间隙模型,并对这5组模型进行仿真计算,得到如图10所示在不同密封齿长度与泄漏量之间变化的5组曲线关系,中曲线为仿真结果的啮合曲线。

如图 10所示,随着密封齿长度的不断增加,泄漏量不断减小,这是因为随着密封齿长度的增加,节流效果更明显,但是在设计压缩机密封齿时,不可将密封齿长度设计得很大,不然当压缩机在非正常情况下运行时,很容易导致密封齿大面积与气缸接触,导致大面积咬伤。

差妻粪图10 密封齿长度与泄漏量之间的变化关系4 密封齿的改进为了进-步减少泄漏量,对现有的密封齿进行改进,改进后结构如图 11所示,在密封齿齿顶处均匀分布四个密封凹齿,其结构类似于迷宫结构,凹齿高为0.3 mm,长度为0.2 nln'l;与缸体之间的最袖隙为0.3 mm,其计算条件同2.3相同,得到如图 12所示改进后齿顶间隙的速度矢量图,对比齿顶间隙改进前 (图7)与改进后的速度矢量图 (图 l2),可以看出改进后气体在齿顶间隙中流动的最大速度有所减小,通过计算不同截面上的平均速度得知改进后的平均速度小于改进前的平均速度。

密封凹齿A图11 改进后密封齿形截面图图 12 改进后气体在齿顶间隙中的速度矢量图通过计算在不同进出口压力下改进前与改进后模型的泄漏量 ,得到图 13所示密封齿改进前(间隙为0.3 mm)与改进后泄漏量的对比图。从图13中可以看出,同样是间隙为0.3 mm的密封齿,改进后密封齿的泄漏量要比改进前更小,可以减少 10%的泄漏量,当然对于密封凹齿的尺寸和形状都是可以进行改进的,齿形可以改为梯形、三角形、等腰梯形等。

图 13 密封齿改进前与改进后泄漏量对比图改进后的结构之所以会减少泄漏量,原因就在于存在着密封凹齿,现在研究-下密封凹齿的内部流场情况,如图 14所示为图 1l中密封凹齿A的内部速度矢量图,从图中可以看出当气体进入密封凹齿的空腔内部时,由于空腔流动截面突然变大,气体流速降低,在密封腔内存在大的旋涡,旋涡的存在消耗了部分动能,从而使流体速度减小,此时动能转换为热能,正是由于密封凹齿内的动能耗散作用从而使泄漏量减少,这-点与迷宫密封的原理是-致的。

5 结论通过对齿顶间隙模型进行 CFD仿真计算,直观地观察气体在齿顶间隙中的压力与速度分布情(下转第 20页)2013年o4期(总第240期)-

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