双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法技术

本发明专利技术所要解决的技术问题在于提供一种双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法，其根据给定的工艺介质气参数、双螺杆压缩机的机型参数以及冷却水参数，计算出水夹层壳体内壁在水夹层冷却前的温度分布以及工艺介质气温度与水夹层壳体内壁温降之间的关系曲线方程，然后将水夹层壳体内壁在水夹层冷却前的温度分布减去水夹层壳体内壁温降，得到水夹层壳体内壁在水夹层冷却后的温度分布。利用本设计方法，根据给定的冷却水参数可快速计算得到双螺杆压缩机的壳体内壁在水夹层冷却前、后的温度分布。分布。分布。

【技术实现步骤摘要】
双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法


[0001]本专利技术涉及螺杆压缩机技术。

技术介绍

[0002]螺杆压缩机属于容积式压缩机，通过阴阳转子与壳体之间形成封闭容积，旋转过程中随着封闭容积的不断减小实现气体的压缩。要想实现较高的运行效率，必须将阴阳转子齿间间隙、转子与壳体齿顶间隙、转子与壳体排气端面间隙等处的泄漏间隙控制在较小的范围内。然而，在某些工况下，螺杆压缩机的进排气温度会产生巨大的差值，导致转子与壳体均发生较大的热变形，从而使各处的泄漏间隙发生不规则变化，由此导致主机运行可靠性、运行效率降低，同时，由热变形导致的各处间隙不确定性，造成主机设计时性能预测较为困难，增加了理论与实际的设计偏差。
[0003]干式螺杆压缩机的排气温度主要取决于介质物性和运行压比，其一般可通过以下公式计算：
[0004][0005]式中：
[0006]T
d
——压缩机的排气温度，K
[0007]T
s
——压缩机的吸气温度，K
[0008]ε
o
——压缩机的外压比
[0009]m——多方过程指数
[0010]当外压比较大或气体多方指数较大时，螺杆压缩机排气温度往往比较高，由于壳体内壁面为双孔结构且各处温度不同，整个表面的热膨胀量不均匀，由此导致转子与壳体内壁面之间的间隙发生变化，间隙变小的地方转子擦缸的风险增大，间隙变大的地方泄漏损失增大以致主机效率降低。
[0011]目前，为了控制螺杆压缩机热变形，采用较多的是在螺杆压缩机入口喷入冷却介质，如雾化冷却油、雾化冷却水等，取得了较好的降温效果。然而对于某些工艺过程，严格禁止掺入任何杂质气体，上述方法就不可行了。对于这类工况，往往采用强制对流换热来实现控温，如采用水夹层壳体。通过在原来的气缸外侧增加一层壳体，两层壳体之间通入循环冷却水，从而降低气缸温度。由于螺杆压缩机各齿间容积呈螺旋形轴向推进，推进过程中压力、温度不断变化，由此导致气缸壁面温度分布较为复杂，对水夹层冷却设计也造成较大的困难。
[0012]对于水夹层的冷却作用计算，目前主要有两种方法：
[0013](1)实验法，通过对试验机在指定工况下通入不同流量的冷却水，得到试验机壳体的温度分布情况。其主要的缺点在于试验成本非常高，由于实验中达到温度的稳态平衡耗费的时间较长，每调整一次参数均需重复一次上述过程，由此造成的人力、物力、时间成本相当可观。
[0014](2)CFD仿真法，通过CFD软件对螺杆压缩机内部流场进行仿真，随后通过热流固耦
合，得到螺杆压缩机壳体温度分布。其主要的缺点是耗时长，由于螺杆压缩机内气体为非定常流动，要想得到较为准确的结果需使用动网格技术，由于各齿间容积之间存在微小的泄漏间隙，对网格的质量要求很高，迭代过程中计算结果极易发散。而每调整一次参数，又需重复一次计算过程，导致整个计算周期非常长，严重耽误项目实施进度。

技术实现思路

[0015]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法，利用本设计方法，根据给定的冷却水参数可快速计算得到双螺杆压缩机的壳体内壁在水夹层冷却前、后的温度分布。
[0016]本专利技术实施例的双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法，包括以下步骤：
[0017]根据给定的工艺介质气参数和双螺杆压缩机的机型参数，建立阳转子进气端面齿型上任意一点的温度与阳转子进气端面的阳转子角度之间的关系式以及阴转子进气端面齿型上任意一点的温度与阴转子进气端面的阴转子角度之间的关系式；
[0018]根据阳转子进气端面齿型上任意一点的温度与阳转子进气端面的阳转子角度之间的关系式获得阳转子截面齿型上任意一点的温度与阳转子截面的阳转子角度之间的关系式，根据阴转子进气端面齿型上任意一点的温度与阴转子进气端面的阴转子角度之间的关系式获得阴转子截面齿型上任意一点的温度与阴转子截面的阴转子角度之间的关系式；
[0019]根据水夹层壳体内壁上每一点在所在的垂直于转子轴线的壳体纵向截面上对应的转子角度、阳转子截面齿型上任意一点的温度与阳转子截面的阳转子角度之间的关系式、阴转子截面齿型上任意一点的温度与阴转子截面的阴转子角度之间的关系式，获得水夹层壳体内壁在水夹层冷却前的温度分布；
[0020]基于冷却水对流换热模型，根据给定的冷却水参数以及工艺介质气参数，计算工艺介质气处于不同温度时的水夹层壳体内壁温降，得到多个离散点计算结果，将多个离散点计算结果进行曲线拟合，得到工艺介质气温度与水夹层壳体内壁温降之间的关系曲线方程；
[0021]根据工艺介质气温度与水夹层壳体内壁温降之间的关系曲线方程，将水夹层壳体内壁在水夹层冷却前的温度分布减去水夹层壳体内壁温降，得到水夹层壳体内壁在水夹层冷却后的温度分布；
[0022]将水夹层壳体内壁在水夹层冷却后的温度最高值与预设的温度阈值进行比较，如低于温度阈值，则说明给定的冷却水参数合理。
[0023]上述的双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法，其中，如果水夹层壳体内壁在水夹层冷却后的温度最高值大于等于所述温度阈值时，改变冷却水流量，计算出不同冷却水流量时的水夹层壳体内壁在水夹层冷却后的温度分布，获得水夹层壳体内壁的温度最高值与冷却水流量的预测关系曲线。
[0024]本专利技术至少具有以下优点和特点：
[0025](1)本专利技术实施例根据给定冷却水参数、工艺介质气参数、双螺杆压缩机机型参数，即可快速计算得到双螺杆压缩机的水夹层壳体内壁面的温度分布；
[0026](2)本专利技术实施例可给出壳体内壁温度最高值与冷却水量预测变化曲线，可大大减少迭代次数，为冷却水参数调整提供指导，从而快速得到目标值；
[0027](3)本专利技术实施例计算得到的壳体内壁的温度分布结果，不仅可用于双螺杆压缩机温度控制设计，也可用于螺杆压缩机热变形方面的研究，为间隙设计、螺杆压缩机结构设计提供参考。
附图说明
[0028]图1示出了本专利技术一实施方式的双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法的流程示意图。
[0029]图2示出了双螺杆压缩机的齿间容积变化的示意图。
[0030]图3示出了本专利技术一实施方式的冷却水对流换热模型的示意图。
具体实施方式
[0031]根据本专利技术实施例的本专利技术实施例的双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法，包括以下步骤：
[0032]根据给定的工艺介质气参数和双螺杆压缩机的机型参数，建立阳转子进气端面齿型上任意一点的温度与阳转子进气端面的阳转子角度之间的关系式以及阴转子进气端面齿型上任意一点的温度与阴转子进气端面的阴转子角度之间的关系式；
[0033]根据阳转子进气端面齿型上任意一点的温度与阳转子进气端面的阳转子角度之间的关系式获得阳转子截面齿型上任意一点的温度与阳转子截面的阳转子角度之间的关系式，根据阴转子进气端面齿型上任意一点的温度与阴转子进气端面的阴转子角度之间的关系式获得阴转子截面齿型上任意一点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法，其特征在于，包括：根据给定的工艺介质气参数和双螺杆压缩机的机型参数，建立阳转子进气端面齿型上任意一点的温度与阳转子进气端面的阳转子角度之间的关系式以及阴转子进气端面齿型上任意一点的温度与阴转子进气端面的阴转子角度之间的关系式；根据阳转子进气端面齿型上任意一点的温度与阳转子进气端面的阳转子角度之间的关系式获得阳转子截面齿型上任意一点的温度与阳转子截面的阳转子角度之间的关系式，根据阴转子进气端面齿型上任意一点的温度与阴转子进气端面的阴转子角度之间的关系式获得阴转子截面齿型上任意一点的温度与阴转子截面的阴转子角度之间的关系式；根据水夹层壳体内壁上每一点在所在的垂直于转子轴线的壳体纵向截面上对应的转子角度、阳转子截面齿型上任意一点的温度与阳转子截面的阳转子角度之间的关系式、阴转子截面齿型上任意一点的温度与阴转子截面的阴转子角度之间的关系式，获得水夹层壳体内壁在水夹层冷却前的温度分布；基于冷却水对流换热模型，根据给定的冷却水参数以及工艺介质气参数，计算工艺介质气处于不同温度时的水夹层壳体内壁温降，得到多个离散点计算结果，将所述多个离散点计算结果进行曲线拟合，得到工艺介质气温度与水夹层壳体内壁温降之间的关系曲线方程；根据工艺介质气温度与水夹层壳体内壁温降之间的关系曲线方程，将水夹层壳体内壁在水夹层冷却前的温度分布减去水夹层壳体内壁温降，得到水夹层壳体内壁在水夹层冷却后的温度分布；将水夹层壳体内壁在水夹层冷却后的温度最高值与预设的温度阈值进行比较，如低于所述温度阈值，则说明给定的冷却水参数合理。2.根据权利要求1所述的双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法，其特征在于，如果水夹层壳体内壁在水夹层冷却后的温度最高值大于等于所述温度阈值时，改变冷却水流量，计算出不同冷却水流量时的水夹层壳体内壁在水夹层冷却后的温度分布，获得水夹层壳体内壁的温度最高值与冷却水流量的预测关系曲线。3.根据权利要求1所述的双螺杆压缩机的水夹层壳体的温度设计方法，其特征在于，阳转子截面齿型上任意一点的温度T(β1)与阳转子截面的阳转子角度β1之间的关系为：阴转子截面齿型上任意一点的温度T(β2)与阴转子截面的阴转子角度β2之间的关系为：
式中：λ1为阳转子的长径比，λ2为阴转子的长径比...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明照，袁玮玮，李宁，王辰，张泉明，
申请(专利权)人：上海齐耀螺杆机械有限公司，
类型：发明
国别省市：