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涡旋组合型线设计及通用理论研究

作　者: 杨志鹏
导　师: 李超
学　校: 兰州理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 通用型线组合型线变壁厚平面曲线机构动力学热力学
分类号: TH45
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 5次
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内容摘要

涡旋压缩机作为第三代容积式压缩机,可实现吸气、压缩、排气的连续过程。这个连续过程由相互啮合的动、静涡旋型线所形成的月牙型腔的容积变化来实现。动、静涡旋型线方程的表达以及所构成的各腔体的轴向投影面积的讨论是动力学特性、机构设计、动平衡及热力学研究等方面的基础。长期以来,涡旋型线的表述和生成方法都沿用最初发明者的设计思想,即以单一的基圆渐开线为啮合型线,通过包络线法生成相互啮合的动、静涡旋体的内外型线。随着涡旋机械应用领域的拓展,对涡旋压缩机的压缩比、容积效率等方面提出了更高的要求。通过提高涡旋机械整机加工水平、装配工艺等方法只能小幅度改善性能,而且所费成本较高。因此,有必要突破型线设计的传统理念,采用其它的型线设计方法来克服传统设计方法的固有局限性。本文从型线设计所面临的问题出发,应用微分几何学中的平面曲线理论来描述涡旋型线,依据平面曲线的法向等距偏移来生成涡旋型线,推导出了代数螺线型线方程的通用表达式并生成了变参数下的涡旋型线啮合图。依据近年来所提出的通用型线控制方程,分别论述了由圆弧和高次曲线作为过渡曲线的组合型线几何理论。这两种组合型线都以基圆渐开线作为第一段型线,通过法向和切线矢量表达各段构成型线的方程,并通过求解连接点处的约束方程确定了各分段型线的具体表达式,依据各分段型线方程,生成了变壁厚型线的涡旋体。在组合型线几何设计的基础上,对组合型线方程进行了系统总结,得出了适用于各种型线的通用表达式。借助法向角作为参数,讨论了基本几何参数的统一形式的表达式,这些研究工作对组合型线设计及单一型线的性能优化将产生一定的促进作用。依据动力学和工程热力学方面的知识,对组合型线涡旋压缩机的热力学模型和动力学模型进行了初步探讨,给出了基于一定假设条件下的求解方法和基本公式。为组合型线涡旋压缩机的整机设计和性能优化提供了一定的理论基础。

全文目录

第一章绪论  6-14
  1.1 涡旋压缩机的发展历程  6-7
    1.1.1 涡旋式机械的研发背景及早期发展  6
    1.1.2 涡旋压缩机的近期发展及其规模化生产应用  6-7
  1.2 涡旋压缩机的主要特点及关键技术  7-9
    1.2.1 涡旋压缩机的主要特点  7
    1.2.2 涡旋压缩机的关键技术概述  7-9
  1.3 工作原理和基本结构  9-12
    1.3.1 基本工作原理  9-10
    1.3.2 涡旋压缩机的基本机构  10-12
  1.4 涡旋压缩机型线设计概述  12-13
  1.5 论文的主要工作  13-14
第二章涡旋压缩机组合型线研究  14-27
  2.1 组合型线设计方法的概述  14-15
  2.2 基圆渐开线+圆弧+基圆渐开线组合型线的基本几何理论  15-20
    2.2.1 圆弧连接组合型线主要参数的确定  15-16
    2.2.2 组合型线涡旋压缩机的压缩腔体的型线构成分析  16-19
    2.2.3 连接圆弧中心角度的几何确定方法  19
    2.2.4 连接圆弧的方程推导  19-20
  2.3 基圆渐开线+高次曲线+圆弧组合型线的几何讨论  20-23
    2.3.1 型线方程的表达及啮合型线的生成  20-22
    2.3.2 高次曲线连接的组合型线的特点  22-23
  2.4 连接点处约束方程的讨论  23-26
    2.4.1 以高次曲线为过渡曲线的情况  23-25
    2.4.2 以圆弧为过渡曲线的情况  25-26
  2.5 小结  26-27
第三章涡旋压缩机共轭啮合通用理论研究  27-55
  3.1 型线啮合条件和通用型线控制方程的推导  27-29
    3.1.1 涡旋压缩机工作过程的描述及型线啮合条件的讨论  27
    3.1.2 通用型线控制方程的推导  27-29
  3.2 平面曲线理论在涡旋通用型线研究中的应用  29-32
    3.2.1 引入新的型线设计方法的背景  29
    3.2.2 平面曲线理论应用概述  29
    3.2.3 型线的共轭特性分析  29-32
  3.3 共轭型线通用型线方程的推导  32-35
  3.4 封闭腔体的投影面积和行程容积的通用表达式  35-41
    3.4.1 封闭腔体的投影面积计算  35-36
    3.4.2 型线长度和曲率通用表达式  36-38
    3.4.3 涡旋型线通用表达式的研究  38-41
  3.5 涡旋压缩机通用型线设计的系统化研究  41-52
    3.5.1 型线设计系统化研究概述  41-42
    3.5.2 基本概念的推导  42-44
    3.5.3 各工作腔体几何量的研究  44-52
  3.6 通用型线理论在型线设计中的应用实例  52-54
  3.7 小结  54-55
第四章组合型线涡旋盘及主要机构的力学分析  55-66
  4.1 引言  55-56
  4.2 气体力分析  56-59
    4.2.1 切向力的确定与计算  56-58
    4.2.2 轴向气体力的确定与计算  58-59
  4.3 动涡旋盘的受力分析  59-62
    4.3.1 动涡盘受力  59-62
    4.3.2 动涡盘受力平衡  62
  4.4 十字滑环的受力分析  62-65
  4.5 主轴受力分析  65
  4.6 小结  65-66
第五章涡旋压缩机的热力过程分析及热力参数  66-71
  5.1 涡旋压缩机的工作过程分析和热力学控制体的选取  66-67
  5.2 涡旋压缩机热力过程研究及热力参数的确定  67-70
  5.3 热力学部分的小结  70-71
总结  71-73
参考文献  73-75
致谢  75-76
攻读硕士期间所发表的论文  76

涡旋组合型线设计及通用理论研究

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