滚动转子式压缩机的间隙泄漏模型
《制冷压缩机》第4章_滚动转子式制冷压缩机解析
第四章
滚动转子式 制冷压缩机
§4-1 工作过程和结构特点
滚动转子式压缩机是一种容积型回转 式压缩机，它是利用气缸工作容积的变化 来实现吸气、压缩和排气过程的。
1. 工作原理
组成：气缸、滚动转子、 偏心轴、滑片等。
弹簧
滑片
滚动转子装在偏心轴 气缸 上，转子沿气缸内壁滚动， 与气缸间形成月牙形的工 作腔，滑片靠弹簧作用力 转子 使其端部与转子紧密接触， 曲轴 将月牙形工作腔分隔为两 部分，滑片沿滑片槽做往 复运动。气缸内壁、转子 外壁、切点、滑片构成基 元容积，容积内气体压力 随转角变化。
则r R e R1 e R , 1
设计时一般R和相 对偏心矩τ作为结 构参数确定下来
滚动转子式压缩机运动机构示意图
1. 滑片的运动规律
根据几何关系，滑片与转子触点的运动关系：
运动位移:
1 x R 1 cos sin 2 2 1 1 c R sin sin 2 2 1
2. 工作过程
由上述的工作过程可以看出： （1）转子回转一周，将完成上一工作循环的压 缩和排气过程，及下一工作循环的吸气过程。 （2）由于不设吸气阀，吸气开始的时机与气缸 上吸气孔口位置有严格的对应关系，不随工况的 变化而变动。 （3）由于设置了排气阀，压缩终了的时机将随 排气管中压力的变化而变动。
§4-2 主要热力性能参数
前提假设： 1. 滑片只做上下往 复运动； 2. 不计滑片厚度， 与转子的接触点 始终在坐标轴上 移动； 3. 不计排气阀下面 排气孔所占容积。
滚动转子式压缩机运动机构示意图
一、气缸工作容积的变化规律
1. 滑片的运动规律
自由活塞式斯特林制冷机压缩活塞间隙密封泄漏的数值模拟
自由活塞式斯特林制冷机压缩活塞间隙密封泄漏的数值模拟马诗旻;陈曦;李静;张华;袁重雨;祁影霞【摘要】Numerical simulation was used to calculate the flow of helium gas by laminar flow model in different operating conditions. The simulation results show the net volume flow rate of helium gas through the clearance seal is zero while the net mass flow rate is not zero. The net gas leakage from compression chamber to the back-pressure chamber will bring piston shift to the compression chamber. The calculation results show the pressure wave and seal width would mostly influence the leakage. The leakage increases with charge pressure, compression ratio and seal width increasing. Piston movement has less influence on leakage. The leakage would grow with increasing of the phase shift between piston displacement wave and pressure wave and increase with work frequency increasing.%采用数值模拟的方法,基于压力波和活塞位移波的简谐变化规律,对自由活塞式斯特林制冷机压缩活塞与气缸的间隙密封内氦气建立数值模型,模拟了间隙内氦气在不同工况下的层流流动.结果显示在一个周期内,流过间隙密封的气体体积净流量为0,质量净流量不为0,净流量方向从压缩腔流向背压腔,会造成活塞在工作中向压缩腔偏移.分析结果显示压力波和间隙宽度对泄漏量的影响较大,随充气压力、压比以及间隙的增大,泄漏量增加;活塞运动对其影响较小,当活塞位移波与压力波的相位差小于90°时,相位差增大,泄漏量增加,活塞频率增大,泄漏量增加.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】5页(P24-28)【关键词】热工学;自由活塞式斯特林制冷机;数值模拟;间隙密封;泄漏量【作者】马诗旻;陈曦;李静;张华;袁重雨;祁影霞【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TB6511 引言自由活塞式斯特林制冷机结构紧凑，在低温环境下具有较高的热效率，常用于航天、红外探测、低温物理等领域。
制冷压缩机第三章 滚动转子制冷压缩机(上课用)6学时
四、压缩机的功率及效率
1、等熵功率Pts（kW)
Pts=qma(hdk-hs0)/3600
qma
q va vs0
式中：hdk——排气状态下比焓，kJ/kg；
hs0——吸气状态下比焓，kJ/kg ；
qma——实际质量输气量 ，kg/h ；
qva——实际容积输气量，m3/h ；
5）回流系数λh
β角造成回流，但角度小，容积变化小，故可近似取1
三、滚动转子式压缩机压缩过程
在转角为θ时，压力为pθ，容积为vθ， 当压缩开始时转角为β，压力为ps0，容积为vβ
则 pθ vθn= ps0 vβn pθ= ps0(vβ/vθ)n
p s0 [( ( 2 2 ) ) ( ( 0 0 ..5 5 ) ) ( ( 1 1 ) )s s ii n n 0 0 ..2 2 s s 5 52 2 ii n n ]n
三、消除振动
5、降低电磁声 ——改变转子槽矩 6、降低机械噪声 ——改进阀结构，良好润滑 7、降低启闭中噪声 ——控制断电时间 8、有源降噪 — 主动振动减噪
§3-4 摆动转子式压缩机
（一）概述
20世纪70年代，曾一度使用，但尺寸大，加工复杂。 20世纪80年代弃用。 20世纪90年代，随着替代HCFC研究深入，摆动转子压缩
R
R2 e [2 e ]eL R2(2)L
RR
而e
R
LL
D2R
VP2R3(2)
D [
4VP
1
]3
(2 )
三、主要结构参数
2、主要参数确定（τ，μ选取）
1） τ和μ对缸径的影响
D[
4Vp
1
]3
制冷系统仿真设计 02 压缩机
为活塞与气缸的径向间隙，L为活塞有效密封长度，
为压缩比, m为多变指数。
压缩机的功率
理论功率
pe m pc ( m1)/ m N th Vh [( ) 1] m 1 pe
N ef N th
指示效率
i
Nm
有效功率
i T 0.0025(Te 27315 . )
dTS cV dt Q2 Q3 Qmo Qd Qs
全封闭压 缩机除气 缸以外其 余部分热 容之和 气缸壁传 给压缩机 壳腔内制 冷剂的热 热 量 压缩机电 机产生的 热量 进气在壳 体中温升 所吸收的 热量
装置仿真用压缩机模型的要求
压缩机模型，目的在于选用合适的压缩机，并 压缩机模型 目的在于选用合适的压缩机 并 使之与装置的其他部件匹配好。不要求准确反 映压缩机内部的工作过程 但需要能够准确计 映压缩机内部的工作过程，但需要能够准确计 算对系统性能和其他部件有影响的参数，并尽 可能减少计算时间。 可能减少计算时间 如果对压缩机内部各种部件的结构参数的影响 也进行较详细描述的话，虽然可能使精度提高， 但模型过分复杂，计算时间变长，程序可靠性 降低。
输气系数公式
v p T D
容积系数 压力系数 温度系数 泄漏系数
pc pc 1/ m v 1 c[( ) 1] pe
1 c pc p 1 v pe
Tsuc T aTc b
D 0.98 5.62 ( / L)
本讲中的压缩机例子
主要介绍活塞式压缩机和滚动转子式压缩 机的建模 其他类型压缩机的建模可以在结合其自身 特点的基础上按相似的步骤进行。 特点的基础上按相似的步骤进行
泄漏模型
泄漏模型由于设备损坏或操作失误引起泄漏，大量易燃、易爆、有毒有害物质的释放，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生。
因此，事故后果分析由泄漏分析开始。
1、泄漏情况分析1)泄漏的主要设备根据各种设备泄漏情况分析，可将工厂(特别是化工厂)中易发生泄漏的设备归纳为以下10类：管道、挠性连接器、过滤器、阀门、压力容器或反应器、泵、压缩机、储罐、加压或冷冻气体容器及火炬燃烧装置或放散管等。
(1)管道。
它包括管道、法兰和接头，其典型泄漏情况和裂口尺寸分别取管径的20％～100％、20％和20％～100％。
(2)挠性连接器。
它包括软管、波纹管和铰接器，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：①连接器本体破裂泄漏，裂口尺寸取管径的20％～100％；②接头处的泄漏，裂口尺寸取管径的20％；③连接装置损坏泄漏，裂口尺寸取管径的100％。
(3)过滤器。
它由过滤器本体、管道、滤网等组成，其典型泄漏情况和裂口尺寸分别取管径的20％～100％和20％。
(4)阀。
其典型泄漏情况和裂口尺寸为：①阀壳体泄漏，裂口尺寸取管径的20％～100％；②阀盖泄漏，裂口尺寸取管径的20％；③阀杆损坏泄漏，裂口尺寸取管径的20％。
(5)压力容器、反应器。
包括化工生产中常用的分离器、气体洗涤器、反应釜、热交换器、各种罐和容器等。
常见的此类泄漏情况和裂口尺寸为：①容器破裂而泄漏，裂口尺寸取容器本身尺寸；②容器本体泄漏，裂口尺寸取与其连接的粗管道管径的100％；③孔盖泄漏，裂口尺寸取管径的20％；④喷嘴断裂而泄漏，裂口尺寸取管径的100％；⑤仪表管路破裂泄漏，裂口尺寸取管径的20％～100％；⑥容器内部爆炸，全部破裂。
(6)泵。
其典型泄漏情况和裂口尺寸为：①泵体损坏泄漏，裂口尺寸取与其连接管径的20％～100％；②密封压盖处泄漏，裂口尺寸取管径的20％。
(7)压缩机。
包括离心式、轴流式和往复式压缩机，其典型泄漏情况和裂口尺寸为：①压缩机机壳损坏而泄漏，裂口尺寸取与其连接管道管径的20％～100％；②压缩机密封套泄漏，裂口尺寸取管径的20％。
转子叶尖间隙对高负荷压气机性能影响的数值计算和试验验证
收稿日期：2021-08-21基金项目：航空动力基础研究项目资助作者简介：魏崃（1989），男，硕士，工程师。
引用格式：魏崃，尹松，郭海宁，等.转子叶尖间隙对高负荷压气机性能影响的数值计算和试验验证[J].航空发动机，2023，49（6）：14-18.WEI Lai ，YIN Song ，GUO Haining ，et al.Numerical calculation and experimental verification of rotor-tip-clearance effects on high-load compressor performance [J].Aeroengine ，2023，49（6）：14-18.航空发动机Aeroengine转子叶尖间隙对高负荷压气机性能影响的数值计算和试验验证魏崃，尹松，郭海宁，高山（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）摘要：为了研究高负荷压气机转子叶尖间隙对压气机性能的影响，采用数值模拟软件NUMECA 对某4级压气机和其中的1个典型级进行了不同间隙的计算。
计算结果表明：当间隙超过叶高的0.52%后，叶尖流场出现堵塞，喘点压比衰减速度开始加剧，直至5.24%性能衰减速度逐渐减弱；在多级环境中，4级压气机间隙增大叶高的0.5%，喘点压比降低了约0.6%～4.3%，间隙增大的叶排作功能力降低是压气机喘点总压比降低的主要原因，其中前2级间隙增大对总性能影响较大。
同时，通过4级压气机试验验证了间隙对性能的影响，验证结果表明：间隙增大叶高的0.78%后，4级压气机喘点压比和峰值效率分别降低了1.4%和0.4%，在65%～88%叶高时的压比和效率的性能衰减较为明显。
关键词：转子叶尖间隙；高负荷压气机；泄漏流；数值计算；试验验证；航空发动机中图分类号：V231.3文献标识码：Adoi ：10.13477/ki.aeroengine.2023.06.003Numerical Calculation and Experimental Verification of Rotor-tip-clearance Effectson High-Load Compressor PerformanceWEI Lai ，YIN Song ，GUO Hai-ning ，GAO Shan（AECC Shenyang Engine Research Institute ，Shenyang 110015，China ）Abstract ：In order to analyze the effect of rotor-tip-clearance on the performance of high-load compressors,simulations of a four-stage compressors and one typical stage with different clearance were calculated by NUMECA.The calculation results show that when clear⁃ance exceeds 0.52%span,tip flow blockage emerges,and the attenuation rate of the surge-point pressure ratio begins to intensify until the tip clearance reaches 5.24%span,the performance attenuation rate gradually weakens;In the multi-stage environment,with a 0.5%span tip clearance increase,the total pressure ratio reduces about 0.6%to 4.3%.The working capacity decrease of the blade row with increased clearance is the main reason for the decrease of the surge-point total pressure ratio,with the clearance increases of the first two stages hav⁃ing more significant impact on the overall performance.Meanwhile,the influence of the clearance on performance was verified by the four-stage compressor experiments.The verification results show that if the clearance increases 0.78%span,the surge-point total pressure ratio and peak efficiency of the four-stage compressor are reduced by 1.4%，0.4%respectively,with the performance degradation of the pressure ratio and efficiency more significant at 65%to 88%spanwise position of the blade.Key words ：rotor-tip-clearance;high-load compressor;leakage flow;numerical calculation;experimental verification;aeroengine0引言叶尖泄漏流通过与主流、端壁附面层、叶尖激波等相互作用，对压气机性能有较大影响。
轴流压气机可调静子叶片间隙泄漏流数值模拟
轴流压气机可调静子叶片间隙泄漏流数值模拟
居振州;李倩倩;邵润珠;郑标颉;滕金芳
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2024(24)15
【摘要】为了探究轴流压气机前面级可调静子叶片部分间隙泄漏流对压气机性能和流场的影响,通过数值方法模拟某轴流压气机带有可调静子叶片的前面级1.5级流场,并详细分析了部分间隙泄漏流特征。
数值仿真结果表明,相较带容腔原型算例,部分间隙使得压气机特性线往左下方偏移,设计点效率降低0.12%,近失速点效率降低1.83%,但喘振裕度提升6.4%;可见受到部分间隙泄漏流影响,静子叶片根部出口气流角明显增加;部分间隙泄漏流可以给吸力面根部角区低能流体充能,降低设计点端壁处的损失,降低近失速点吸力面分离涡的强度,提升喘振裕度;根部部分间隙造成叶片根部做功能力降低,但影响范围控制在5%叶高以内;部分间隙造成静子根部流场发生改变,使得设计工况点静子根部产生一条附着线,并形成闭式分离。
【总页数】7页(P6518-6524)
【作者】居振州;李倩倩;邵润珠;郑标颉;滕金芳
【作者单位】中国航发商用航空发动机有限责任公司;上海交通大学航空航天学院【正文语种】中文
【中图分类】V231.3
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