双转子式压缩机

转子式压缩机的转子有限元建模及模态分析

冯霏，闻邦椿

（东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳１１０００４）

ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＭｏｄａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＲｏｔｏｒｏｆｔｈｅＲｏｌｌｉｎｇＰｉｓｔｏｎＴｙｐｅＲｏｔａｒｙＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒ

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（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ．ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００４，Ｃｈｉｎａ）

摘要：运用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件建立了转子式压缩机的转子的实体模型。运用ＡＮＳＹＳ对转子式压缩机的转子进行了模态分析，计算出了其前１０阶固有频率和主振型，结果反映了转子式压缩机的转子在实际工作状况下的动力学特性争振动情况。

关键词：转子式压缩机；有限元建模；模态分析中图分类号：ＴＨ４５５文献标识码：Ａ

文章编号：ｉ００１—２２５７（２００９）０９—００１０一０２

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｏｆｅｌｅ—

ｖａｔｏｒ

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Ｓｏｌｉｄ－

Ｗｏｒｋｓ

ｓｏｆｔｗａｒｅ。Ｔｈｅｆｏｒｍｅｒ１０

ｒａｎｋｓｏｆｎａｔｕｒａ

广东工业大学考试试卷（B）

制冷压缩机

一、 填空题。

1、 制冷压缩机主要有容积型和速度型，前者主要包括往复式和回转式两类，

后者只有离心式一类。

2、 压缩机的容积效率由以下4个系数决定，分别为容积系数λV、压力系数λP、温度系数λT、泄漏系数λ1。

3、 双螺杆式制冷压缩机主要由双转子、机体、轴承、轴封、平衡压容、能量调节机构等组成。

4、 单滑片滚动转子式制冷压缩机有2个基元容积，一个基元容积完成一个

完整的吸气、压缩和排气过程，压缩机需要旋转2周，每周整台压缩机能排气1次。

5、 润滑油在压缩机中主要有三个方面的作用，分别是减少摩擦、带走摩擦产生的热量和磨屑、密封。

二、 简答题。

1、 离心式制冷压缩机如何对输气量进行调节？ 2、 压缩机排气温度为什么要严加限制？ 3、 噪声控制的方法主要有哪两类？

4、 涡旋式压缩机主要有哪些优点及缺点？

5、 什么是压缩机的内容积比，内容积比固定的压缩机主要有哪几类？ 三、 作图分析题。

1、 请画出涡旋圈数为4的涡旋式制冷压缩机的容积—转角及压力—转角的

关系曲线，并用文字简要叙述其工作过程。

2、 请画出带经济器的螺杆式制冷压缩机制冷循环的lgP-h图并分析其工作

过程。

3、 请画出P-V图分析

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第一章 绪论

1.1 国内外空气压缩机的发展现状

目前国际上空气压缩机的发展趋势重在向大容积率，高效率，低成本，大压缩比，以下是我们对目前最为常见的压缩机进行简单对比分析。 （1）活塞式压缩机适用压力范围广，流量大小皆宜，并且对材料和工艺要求比较低，技术上也较为成熟，在生产使用上积累了丰富的经验。但是由于转速不高，机器大结构复杂，排气不连续，造成气流脉动；运转时有较大的震动； 往复运动，无用功较多，机械效率不高。同时活塞式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展；所以我们不加以采用。

（2）滚动活塞压缩机结构简单，零部件相对较少，以及运行平稳，振动较小， 几何形状都是圆形或平面，便于制造。但是由于滚动活塞与壳体之间的间隙不容易控制，运转一周，压缩做功一次排气不连续，造成气流脉动较大，以及工作中存在死区，效率相对较低，可靠性相对较低，因此滚动式活塞压缩机是不适宜用于大排量的压缩机的。

(3)滑块式压缩机基本消除了各种泄漏，容积效率较高，是目前机械效率最高的压缩机，它不仅在使用过程中，工作效能下降不大，而且装置系统比较简单。但是由于加工要求很高，滑块依靠离心力作用在缸体

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一、简述题

1．简述离心泵的速度三角形和基本方程式。

2．简述离心压缩机的单级压缩和多级压缩的性能特点。

3．简述往复活塞式压缩机的排气量调节方法，说明较为实用有效的调节方法。 4．简述离心泵的主要零部件，说明离心泵的工作原理。 5．简述离心压缩机的性能曲线，说明性能曲线的主要用途。

6．简述往复活塞式压缩机的动力平衡性能，说明动力平衡的基本方法。 7．简述离心泵的性能曲线，说明性能曲线的主要用途。 8．简述离心压缩机的基本方程式，说明基本方程的主要用途。 9．简述往复活塞式压缩机的工作循环，指出工作循环中的热力过程。 10、简述离心泵工况调节方法，说明较为节能实用的工况调节措施。 11、简述往复活塞式压缩机的主要性能参数，说明较为重要的性能参数。

二、计算题

1．一台多级离心式空气压缩机，第一级进口气体温度ts＝15.0 ℃，进口气体速度cs＝25.0 m/s，出口气体速度cd＝65.0 m/s，级总能头Htot＝47155 J/kg，空气绝热指数k＝1.40，气体常数R＝288 J/kg·K。求离心压缩机第一级出口温度td（℃）。

2．一台往复活塞式空气压缩机，单级双缸单作用结构型式，标准吸入状态排气量Q＝0.

离心压缩机可能发生的故障

1振动过大（轴承座X、Y向振动）

转子平衡破坏（叶轮破损） 对中不良 联轴器故障 轴承故障

工作点太靠近喘振边界 测量系统故障误报

2压缩机喘振

防喘阀开启故障

运行状态过低，工作点太靠近喘振边界

如果压缩机振动正常，多是测量系统故障误报

3压缩机润滑油系统工作不正常

供油压力低（供油泵故障、调压阀故障、滑油管泄漏、过滤器堵塞） 供油温度高（散热器故障、恒温器故障、供油量小、轴承温度高）

轴瓦温度高（润滑油压力低、润滑油温度高、瓦块上浇铸的巴氏合金有问题） 滑油消耗量大（轴承座密封变差，滑油管泄漏） 测量系统故障

4转子轴向位移量大

平衡活塞故障 止推轴承故障 测量系统故障误报

5干气密封故障

干气处理装置设计不完善 干气处理装置系统故障 干气密封装置本身故障 测量系统故障误报

6排气压力不能达到要求

压缩机内封严装置磨损严重 压缩机内部流道表面积垢严重 测量系统故障误报

7进、排气短管法兰漏气

法兰螺栓松动

法兰的密封垫老化或破损

8轴承故障（轴瓦温度高、振动大）

润滑不正常（供油温度高、供油压力低、供油流量不足） 径向轴承故障 止推轴承故障

9 其他故障

离心压缩机运行故障

运行中，一旦压缩

制冷压缩机的介绍

第三章

制冷压缩机

制冷压缩机的介绍

第一节 制冷压缩机的分类在蒸气压缩式制冷装置中，选用

了各种类型的制冷压缩机。它们是装置中的关键核心设备，对系统的运行 性能、噪声、振动、使用寿命和节能 有着决定性的作用。

制冷压缩机的介绍

根据蒸气压缩的原理，压缩机可分为 容积型和速度型两种基本类型。1. 容积型压缩机： 通过对运动机构作功，减少压缩空间容积 来提高蒸气压力，以完成压缩功能。

2. 速度型压缩机： 则由旋转部件连续将角动量转换给蒸气， 再将该动量转为压力，提高蒸气压力，达 到压缩气体的目的。

制冷压缩机的介绍

图3—1

制冷和空调中常用压缩机的分类及结构示意图

制冷压缩机的介绍

制冷压缩机的介绍

二、容积型压缩机容积型压缩机通过可变的工作容积来完成气体 的压缩和输送过程。活塞式(往复式)

根据压缩方式分回转式

活塞式压缩机是最常用的一种容积式压缩机，但近 年来回转式压缩机发展很快，特别在高效化、小型化、 轻量化方面，滚动活塞式(滚动转子式)、涡旋式和螺 杆式等占有很大的优势。

制冷压缩机的介绍

开启式

从压缩机结构分

半封闭式

全封闭式 目前，开启式压缩机除了在氨制冷机、汽车空调器和发动机驱动 等场合使用外，在其他的制冷和空调工程中，正逐步向半封闭式 和全

气阀的研究发展现状

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1楼

压缩机气阀的历史起源于1897年，当时奥地利工程师汉斯?贺尔碧格(Hanns Hoerbiger)设计出了一种钢阀片气阀，并申请了专利，用于炼钢厂的低压鼓风机上。 气阀的结构型式，可按以下几种型式进行分类：

(1)按启闭元件形状进行分类：气阀通常都按启、闭元件称呼并按此分类。基本类型有环状阀、网状阀、条状阀、碟状阀、菌状阀、舌簧阀等。

(2)按气阀职能分类：按气阀职能分类分为进气阀和排气阀。在许多场合中进气阀和排气阀的结构基本相同，区别的方法是看阀座还是升程限制器在工作腔。进气阀的升程限制器在工作腔侧，排气阀则反之。

(3)按气阀内气体流动方向分类：按气阀内气体流动方向分为直流阀和回流阀。直流阀阀片与气流方向几乎平行，气流通过气阀时折流小，通流能力高、阻力损失小，其流量系数可达0.8。回流阀阀片放置在垂直于气流方向的平面内，气流通过气阀时有两次90o的转折，致使流量系数较低，通常为0.4~0.6。 (4)按进、排气阀整体结构分类：

1)组合阀，进排气阀共用一阀座，并在结构上组成一体。当低压或高压气缸的直径比较小时，采用组合结构气阀布置比较方便。在低压时，组合结构可以减少余隙容积，而在高

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第一节 压缩机概述

一、压缩机的定义和分类

工业生产中常需要具有一定的压力的气体用于各种用途，而压缩机是输送和提高气体压力的机器。我们知道，气体的压强取决于单位时间内气体分子撞击单位面积的次数与强烈程度。增加容积内气体的温度，使气体分子运动的速度增加，增加撞击程度可以使气体压力提高。但当温度减下来后，气体压力又随之降低。而一般要求被压缩气体应具有不太高的温度。因此提高气体压力的主要方法是通过增加单位面积内气体分子数目（也就是缩短分子间距）实现的，这就要通过压缩机完成。

目前使用最广泛的压缩机通常分为两类：一类是容积式压缩机，它是通过缩小气体的容积的来提高压力（诸如活塞式、滑片式、罗茨式、螺杆式）；另一类是透平式压缩机，它是利用旋转叶片对气流的作功、通过气流的不断加速、减速因惯性而彼此被挤压进而缩短分子间距来提高压力。

透平压缩机一般分为离心式和轴流式：

1、离心式压缩机：被压缩的气体在离心式压缩机中的运动是沿着垂直与压缩机轴的径向进行的。离心式压缩机中气体压力的提高是当气流流经叶轮时，由于叶轮旋转使气体受到离心力的作用而使其速度升高，当气体流经扩压器等截面积扩张的通道时，流速逐渐降低，从而是

第八章 离心压缩机离心压缩机概述离心压缩机是产生压力的机械，是透平压缩机的一种。透平是英译 离心压缩机是产生压力的机械，是透平压缩机的一种。透平是英译 音“TURBINE”,即旋转的叶轮。在全低压空分装置中，离心压缩 ，即旋转的叶轮。在全低压空分装置中， 机得到广泛应用，逐渐出现了离心压缩机取代活塞压缩机的趋势。 机得到广泛应用，逐渐出现了离心压缩机取代活塞压缩机的趋势。 离心压缩机 指气体在压缩机中的运动是沿垂直于压缩机轴的径向进行的。 指气体在压缩机中的运动是沿垂直于压缩机轴的径向进行的。 工作原理 是工作轮在旋转的过程中， 是工作轮在旋转的过程中，由于旋转离心力的作用及工作轮中的扩 压流动，使气体的压力得到提高，速度也得到提高。 压流动，使气体的压力得到提高，速度也得到提高。随后在扩压器 中进一步把速度能转化为压力能。通过它可以把气体的压力提高。 中进一步把速度能转化为压力能。通过它可以把气体的压力提高。

多级离心式空气压缩机

离心压缩机结构离心压缩机是一种速度式压缩机，与其它压缩机相比较： 离心压缩机是一种速度式压缩机，与其它压缩机相比较： 优点： 排气量大，排气均匀，气流无脉冲。 优点：⑴排气量大，排气均匀，气流无脉冲。 转速高。 ⑵转

1.编制依据及说明 1.1 编制依据

1.1.1 沈阳透平机械股份有限公司2BCL458合成气压缩机说明书 1.1.2 杭州汽轮机股份有限公司NKS40/45/20汽轮机使用说明书 1.2 说明

2BCL458 压缩机按一缸两段设计，压缩段为第一段，7级；循环段为第二段，1级。

NK40/45汽轮机为单出轴，采用向上进汽和向下排汽的结构，带有空气冷凝器和液位自动调节系统，并配有起动抽气器和两级射汽抽气器以保证冷凝器正常工作。 2．工程概况

甲醇合成压缩装置设置1台离心式合成气压缩机,离心式压缩机机组型号为2BCL458，驱动机为凝汽式汽轮机机组，型号为NK40/45；压缩机与汽轮机由膜片联轴器联结。主机布置在二楼，润滑油站布置在一楼。压缩机汽轮机采用公用底座，属整机到货。整个机组采用润滑油站供油。合成气压缩机组结构布置图见下图。

3、试车前应具备的条件

A、速关阀前主蒸汽管路的蒸汽吹扫工作经相关方检查符合设计要求及（GB50235-97）规范要求。

B、油质检验经化验应符合设计及规范的要求。

C、机组试车前，业主、施工方、制造厂家及监理单位等各相关方会签手续应齐全。 3.1 蒸汽系统

速关阀前主蒸汽管路隔离阀及旁路阀关