基于三维流固耦合方法的舌簧阀动态特性的模拟王玉兵;郭俊;王飞;卜高选【摘要】随着有限元与计算流体力学技术的发展,流固耦合技术取得了长足的进步.本文主要探索流固耦合理论以及数值分析方法,为流固耦合方法应用于往复压缩机舌簧阀设计提供理论依据;在建立完整的往复压缩机三维流固耦合模型的过程中,解决了压缩机数值模型中边界条件的施加、动网格的控制方法以及模拟结果的提取等问题.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】6页(P16-21)【关键词】压缩机;舌簧阀;动态特性;流固耦合【作者】王玉兵;郭俊;王飞;卜高选【作者单位】南京机电液压工程研究中心,江苏南京 210061;南京机电液压工程研究中心,江苏南京 210061;南京机电液压工程研究中心,江苏南京 210061;西安交通大学,陕西西安 710049【正文语种】中文【中图分类】TH4571 引言舌簧阀因其结构简单、可靠性高被广泛的应用于小型活塞压缩机 [1]。
随着压缩机技术的发展，阀片两侧承受的压差变化的幅值与频率越来越大，舌簧阀的性能与可靠性受到严峻的挑战，迫切需要对舌簧阀的动态特性进行更加深入的研究。
目前国内外研究，大多数学者对压缩机的热力过程以及阀片动力学研究[2-3]，主要还是采用准静态模型，而对于舌簧阀动态特性的研究则很少。
结合CFD方法的舌簧阀周围流场分析，则需要对压缩机的工作过程进行大量的简化，而事实上，工作腔内的热力过程以及流场分布对准确模拟气阀的动态特性尤为重要 [4-5]。
本文基于流固耦合方法，对往复压缩机完整的工作过程进行数值分析，实现对气缸内热力过程、阀隙流动及气阀运动的耦合问题的求解。
2 物理模型及其求解根据舌簧阀原理，阀片在流体工质的作用下发生形变，产生弹性力；同时该弹性力反作用于流场，使得流体的运动状态发生变化，而流体流场的变化又进一步改变作用在气阀上的作用力，从而形成流体工质与气阀相互耦合作用，即为流固耦合。
摘要滚动转子压缩机是家用空调器压缩机应用中的主要机型，其采用结构简单、工作可靠的舌簧阀。
舌簧阀安装在滚动转子压缩机的排气口，通过压力启闭来控制压缩机气缸的排气，气阀性能的优劣直接影响着压缩机的性能。
目前，对于阀片性能的评价除了关注工作的稳定性外，其疲劳寿命也是一大方面。
为提高疲劳寿命，大部分厂家主要着重于消除应力集中、提高压缩残余应力、优化材料性能等几个方面。
正是在这样的背景下，开启了本课题的研究工作。
本论文主要从以下几个方面进行：首先，介绍了滚动转子压缩机的工作原理、基元容积参数以及热力参数等，点明了滚动转子压缩机重要性，间接说明了舌簧阀的应用广泛性。
其次，介绍了舌簧阀的工作原理，以MC71200110型舌簧阀为例，推导了其运动微分方程以及边界条件，并绘制了理论运动曲线；同时，针对MC71200110型舌簧阀的阀片升程、阀隙平均马赫数、阀片厚度进行设计计算。
再次，以有限元计算软件ANSYS为主要计算工具，对舌簧阀进行模态分析判断阀片与压缩机的共振情况；使用ANSYS/LS-DYNA进行动态响应分析计算，得到阀片在开启过程中的变形情况、阀片开启过程中头部某点的运动曲线、阀片撞击升程限制器的最大等效应力。
最后，分析了影响阀片寿命的因素，并指出压缩残余应力作为内在因素对阀片疲劳强度的影响以及其作用机理。
本文还搭建了一套适用于多种规格舌簧阀的加速疲劳实验台，并通过实验验证了实验台的可靠性，对阀片厂家提出阀片疲劳强度处理方面的一些建议。
关键词：滚动转子压缩机；舌簧阀；动态响应；疲劳特性；压缩残余应力ABSTRACTThe rolling rotor compressor is the main type of application of the compressor in the household air conditioner, which adopts the simple structure and reliable reed valves. The reed valve is installed on the exhaust port of the rolling piston compressor, and is controlled by pressure difference opening and closing. The property of the valve directly influences the performance of the compressor. At present, in addition to the stability of the work, the fatigue life is also a key factor for the evaluation of the performance of the valve. In order to improve the fatigue life, most of the manufacturers mainly focus on eliminating stress concentration, improving the compressive residual stress and optimizing the material performance. Just under the above context, this thesis is begun. This thesis mainly consists in the following aspects:First, introduces the working principle, basic volume parameters and thermal parameters of rolling piston compressor, points out the importance of rolling piston compressor, and the extensive application of reed valve is indirectly explained.Next, Introduces the working principle of reed valve. Taking MC71200110, a type of reed valve as an example, deduces the differential equations of motion and boundary conditions, and draw the theory of motion curve; at the same time, designs and calculates the valve lift, valve gap the average Mach number, valve plate thickness of the MC71200110.Then, using the finite element calculation software ANSYS as the main computing tool, the modal analysis of the tongue spring valve is carried out to judge the resonance of the valve plate and the compressor; using ANSYS/LS-DYNA to conduct Dynamic response analysis, obtains the deformation of valve plate during opening process, the motion curve of the head part and the maximum von stress.Finally, the factors affecting the life of the valve plate are analyzed, and the effect of the compressive residual stress on the fatigue strength of the valve plate and its mechanism of action are pointed out. This paper also provides a set of accelerated fatigue test rig for various specifications of reed valve. The reliability of the test bench is verified by experiments, and some suggestions for the valve manufacturer's fatigue strength treatment are put forward.KEYWORDS: rolling rotor compressor; reed valve; dynamic response; fatigue properties; compressive residual stress目录第1章绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.1.1 滚动转子压缩机发展现状 (1)1.1.2阀片研究现状 (1)1.1.3 本文研究的意义 (2)1.2舌簧阀国内外研究现状 (2)1.3本文的主要研究内容 (3)第2章滚动转子压缩机工作过程与特点 (5)2.1 滚动转子压缩机工作原理 (5)2.2 滚动转子压缩机工作参数 (6)2.2.1 容积参数 (6)2.2.2 气缸内热力参数关系 (8)2.3滚动转子压缩机的特点 (9)2.3.1滚动转子式压缩机的优点 (9)2.3.2滚动转子式压缩机的缺点 (9)2.4本章小结 (10)第3章舌簧阀工作原理与设计 (11)3.1舌簧阀介绍 (11)3.1.1 舌簧阀工作原理 (11)3.1.2舌簧阀的运动微分方程 (15)3.1.3 排气阀片运动曲线 (12)3.2舌簧阀的工程设计 (16)3.2.1舌簧阀设计的基本要求 (16)3.2.2压缩机舌簧阀的工程设计步骤 (17)3.3 本章小结 (21)第4章基于ANSYS的舌簧阀模态分析与动态响应分析 (22)4.1 模态分析 (22)4.1.1模态分析理论 (22)4.1.2模态分析操作过程 (22)4.2舌簧阀动态响应分析 (26)4.2.1 ANSYS/LS-DYNA分析能力概述 (27)4.2.2 LS-DYNA分析的一般流程 (27)4.3 本章小结 (33)第5章阀片疲劳实验台的研制与加速疲劳实验 (34)5.1影响阀片寿命的因素 (34)5.2压缩残余应力作用影响疲劳强度机理 (34)5.3无限寿命设计理论 (35)5.4舌簧阀加速疲劳试验 (36)5.4.1加速疲劳实验原理 (36)5.4.2加速疲劳实验台的搭建 (36)5.4.3实验台系统部件 (37)5.5加速疲劳实验方案 (43)5.6实验结果分析 (44)5.7本章小结 (47)第6章总结与展望 (48)6.1总结 (48)6.2展望 (49)参考文献 (50)攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 (50)图2.1 制冷系统循环图 (5)图2.2滚动转子压缩机工作过程 (6)图2.3 滚动转子压缩机基元容积的几何关系 (7)图3.1 舌簧阀工程图 (11)图3.2 舌簧阀组件装配图 (11)图3.3 排气阀片边界 (13)图3.4 舌簧阀理论运动曲线 (16)图3.5三种舌簧阀有效通流面积与特征升程关系曲线 (18)图4.1 排气阀片有限元模型 (23)图4.2 阀片前十阶振型图 (25)图4.3 舌簧阀组件三维模型 (28)图4.4 网格划分 (29)图4.5 等效应力云分布图 (31)图4.6 115号节点运动曲线 (32)图5.1 压缩残余应力作用机理 (35)图5.2 加速疲劳实验台系统图 (36)图5.3 单片机控制原理图 (39)图5.4 PCB线路板 (41)图5.5 单片机控制板 (42)图5.6 MC71200110舌簧阀 (43)图5.7 X射线衍射仪 (44)图5.8 1-5号阀片残余压应力分布趋势图 (46)表3.1 阀片钢带厚度规格 (20)表4.1 阀片固有频率表 (24)表5.1 材料清单 (42)表5.2 A、B点残余应力 (44)表5.3 1～17点残余应力 (45)第1章绪论第1章绪论1.1课题研究背景随着国家经济飞速发展，使人民生活变化巨大，人们对于生活舒适度的投资不断增加。
制冷压缩机舌簧阀疲劳特性实验研究刘春龙; 江斌; 梅先松【期刊名称】《《合肥工业大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(042)009【总页数】5页(P1181-1185)【关键词】制冷压缩机; 舌簧阀; 残余应力; 疲劳损坏; 局部改进【作者】刘春龙; 江斌; 梅先松【作者单位】合肥工业大学汽车与交通工程学院安徽合肥 230009; 合肥安信通用阀片制造有限公司安徽合肥 230031【正文语种】中文【中图分类】TB652阀片是制冷压缩机的关键件,若将压缩机比作“心脏”,则阀片就是“心脏”的“瓣膜”。
同时,阀片也是易损件,气阀的性能优劣直接影响着压缩机的吸排气效率。
家用空调滚动转子压缩机排气阀主要采用结构简单、紧凑的舌簧阀,控制着压缩机吸气、压缩、排气、膨胀4个过程。
制冷压缩机的气阀除了要求较高的工作效率外,较长的使用寿命也是一个重要指标。
阀片的主要断裂机制为疲劳断裂,因此,研究舌簧阀的疲劳特性对延长阀片寿命具有重要意义。
本文设计了一套舌簧阀加速疲劳实验装置,模拟舌簧阀在压缩机中的运动,并利用X 射线衍射仪对实验前、后阀片特定点残余应力进行测试,从残余应力对疲劳强度的影响角度对该类型舌簧阀生产工艺的改进提供一定的理论支持。
1 影响阀片寿命的因素影响阀片使用寿命的因素主要有2个方面:① 阀片自身因素,包括阀片材料、机械性能、结构强度等;② 外部因素,即压缩机的结构参数、性能参数、气阀结构、升程限制器结构等[1]。
对于阀片材料,残余应力分布是一个重要指标。
目前阀片材料主要使用瑞典Sandvick公司生产的马氏体不锈钢阀片专用钢带,其先后推出了7C27Mo2、Hiflex等材料,并对阀片钢带进行滚抛等表面处理,减小表面凸峰,降低表面粗糙度,阀片表面产生了较高压缩残余应力,提高了阀片疲劳强度。
对于外部因素,阀片是压缩机的核心部件之一,因此压缩机制造以及空调系统制造过程中的金属遗留物、压缩机运行过程中产生的金属磨屑、阀片与升程限制器的碰撞等都会对阀片失效造成影响。
压缩机舌簧阀组的公理化设计
王枫;彭学院
【期刊名称】《流体机械》
【年(卷),期】2011(039)006
【摘要】压缩机气阀的设计涉及到很多设计要素,各要素之间相互耦合,影响着气阀设计的成败.如果只针对气阀的某个要素分别进行研究,这样局部零部件的优化设计未必使得气阀整体性能得到提高.因此,本文应用公理设计理论,以吸气阀为例,将阀片和相关的阀孔及阀座作为一个组件进行设计,系统地分析气阀的功能需求,并映射出与之相对应的设计参数,经独立公理和信息最少公理优化后得到最终的CAD模型,通过样机测试后证明是可靠有效的.这种设计方法可以在设计初期就预测出设计的结果,并选择合理的设计方案,为气阀的优化设计提供了一种可行的方法.
【总页数】6页(P38-42,12)
【作者】王枫;彭学院
【作者单位】西安交通大学,陕西西安710049;大连三洋压缩机有限公司,辽宁大连116033;西安交通大学,陕西西安710049
【正文语种】中文
【中图分类】TH457;TB652
【相关文献】
1.压缩机舌簧排气阀运动模型对比及动态特性影响因素分析 [J], 慕光宇;王枫;米小珍
2.家用空调滚动转子压缩机舌簧阀冲击应力分析 [J], 姜辉;潘树林;刘小龙
3.空调压缩机舌簧排气阀运动过程的有限元仿真 [J], 张宇;王家海;彭劼扬
4.活塞式压缩机舌簧排气阀流动特性的数值仿真研究 [J], 孟得宏
5.制冷压缩机舌簧阀疲劳特性实验研究 [J], 刘春龙; 江斌; 梅先松
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