滾動活塞式壓縮機的案例
CONVERGE滾動活塞式壓縮機三維CFD分析案例
CONVERGE滾動活塞式壓縮機三維CFD分析案例
關于CONVERGE
CONVERGE是由美國Convergent Science Inc（CSI）公司2006年開發的一款新一代CFD軟件。因為它一CSI舉解決了CFD領域中非常棘手的全自動六面體網格剖分和運動邊界處理問題，并具備完善的湍流、噴霧、燃燒、排放等發動機缸內分析需要的各種物理模型而在行業大獲好評和推薦！CONVERGE首先被成功應用到活塞式發動機行業，包括柴油機、汽油機、天然氣/乙醇/氫氣/混合氣體發動機等，如今，CONVERGE已一躍成為國內外發動機設計領域使用最廣泛的知名CFD分析工具!
滾動活塞式壓縮機具備結構簡單，部件少，制造成本低，效率和可靠性高等優點，在小容量冰箱或空調被大量使用。其主要工作部件（如圖1）包括靜態氣缸、偏心滾動轉子、滑片和排氣閥等。所有部件之間存在兩條主要的接觸線，分別是偏心轉子和氣缸壁之間以及滾動轉子和滑片之間。兩條接觸線使整個腔室分為吸氣室和壓縮室。吸氣室和進氣道相連，隨著轉子轉動，腔體擴張，氣體進入腔室。同時，壓縮室體積減小，一旦壓力足夠大，排氣閥打開，壓縮氣體排出。
展開 壓縮機仿真：補氣式滾動轉子壓縮機的CFD仿真及優化研究
03
補氣式滾動轉子壓縮機熱力學仿真實例介紹
閥片運動動力學模型原理介紹
滾動式活塞壓縮機轉自與壓縮腔之間的空間隨著滾動活塞的旋轉，壓縮腔容積減小，當壓縮腔內壓力達到排氣壓力時，排氣閥將被打開允許排氣。
OptiStruct的活塞式壓縮機殼體介紹
**OptiStruct 是 Altair 公司推出的有限元仿真與結構優化軟件，廣泛用于活塞式壓縮機殼體的強度、剛度、NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）分析及輕量化優化設計。**
### 一、活塞式壓縮機殼體概述
活塞式壓縮機殼體是核心承載與密封部件，主要功能：
- **支撐定位**：為曲軸、活塞、氣缸等內部零件提供精準安裝基準。
- **承壓密封**：承受內部氣體壓力，防止制冷劑/壓縮介質泄漏。
- **減振降噪**：隔離并衰減活塞往復運動產生的振動與噪聲。
- **散熱**：散發壓縮過程產生的熱量。
**結構形式**：
- **開啟式**：整體鑄造結構，強度高，用于大中型工業壓縮機。
- **全封閉/半封閉**：上下殼體（沖壓鋼板或鑄鋁）焊接/螺栓連接，用于制冷空調領域。
**常用材料**：
- **鑄鐵**（HT200、HT250）：強度高、阻尼好、成本低，用于大型機。
- **鑄鋁**（ADC12、A380）：輕量化、散熱好，用于小型制冷壓縮機。
- **鋼板**（SPHC、Q235）：沖壓焊接，用于封閉式殼體。
### 二、OptiStruct 核心分析與優化流程
#### 1. 有限元模型建立（HyperMesh + OptiStruct）
- **幾何處理**：簡化倒角、小孔，抽取中面。
- **網格劃分**：殼單元（Shell），尺寸2–5mm。
- **連接模擬**：焊縫（Seam/Weld）、螺栓（RBE2/3）。
展開 基于OptiStruct的活塞式壓縮機殼體VTF仿真分析及形貌優化
1 薄板結構振動聲輻射
1.1 聲輻射理論
往復壓縮機通過曲柄連桿機構將電機的旋轉運動轉換為活塞的往復運動，從而將機械能轉換為氣體的壓力能，轉換過程中做旋轉運動的曲柄等因其質心偏離旋轉中心而產生旋轉慣性力，活塞等因往復運動而產生往復慣性力，旋轉慣性力及往復慣性力通過座簧激勵壓縮機外殼，使其產生彎曲振動。往復壓縮機外殼通常采用2～6 mm的鋼板，其厚度尺寸遠小于長寬尺寸，為薄板結構。當殼體被激振起來時，將帶動殼體表面的空氣層振動，從而產生輻射噪聲。壓縮機殼體即為面聲源，將面聲源鑲嵌在無限大障板中去研究。如圖1所示為薄板結構離散圖，假設為一鑲嵌在無限大障板的矩形薄板，薄板結構被均分成有限個面積相等的振動單元，薄板的振動傳遞到半空間中觀察點的聲壓可由Rayleigh積分得出[6-8]。
展開 
螺桿、離心、往復活塞式三種壓縮機比較
1.離心式壓縮機
螺桿式壓縮機又稱螺桿壓縮機。20世紀50年代，就有噴油螺桿式壓縮機應用在制冷裝置上，由于其結構簡單，易損件少，能在大的壓力差或壓力比的工況下，排氣溫度低，對制冷劑中含有大量的潤滑油（常稱為濕行程）不敏感，有良好的輸氣量調節性，很快占據了大容量往復式壓縮機的使用范圍，而且不斷地向中等容量范圍延伸，廣泛地應用在冷凍、冷藏、空調和化工工藝等制冷裝置上。
以它為主機的螺桿式熱泵從20世紀70年代初便開始用于采暖空調方面，有空氣熱源型、水熱泵型、熱回收型、冰蓄冷型等。在工業方面，為了節能，亦采用螺桿式熱泵作熱回收。
2離心式壓縮機
離心式壓縮機是一種葉片旋轉式壓縮機（即透平式壓縮機）。在離心式壓縮機中，高速旋轉的葉輪給予氣體的離心力作用，以及在擴壓通道中給予氣體的擴壓作用，使氣體壓力得到提高。
早期，由于這種壓縮機只適于低，中壓力、大流量的場合，而不為人們所注意。由于化學工業的發展，各種大型化工廠，煉油廠的建立，離心式壓縮機就成為壓縮和輸送化工生產中各種氣體的關鍵機器，而占有極其重要的地位。隨著氣體動力學研究的成就使離心壓縮機的效率不斷提高，又由于高壓密封，小流量窄葉輪的加工，多油楔軸承等技術關鍵的研制成功，解決了離心壓縮機向高壓力，寬流量范圍發展的一系列問題，使離心式壓縮機的應用范圍大為擴展，以致在很多場合可取代往復壓縮機，而大大地擴大了應用范圍。
3往復活塞壓縮機
是各類壓縮機中發展最早的一種，公元前1500年中國發明的木風箱為往復活塞壓縮機的雛型。18世紀末，英國制成第一臺工業用往復活塞空氣壓縮機。20世紀30年代開始出現迷宮壓縮機，隨后又出現各種無油潤滑壓縮機和隔膜壓縮機。50年代出現的對動型結構使大型往復活塞壓縮機的尺寸大為減小，并且實現了單機多用。
展開 滾動轉子式壓縮機基頻振動測試和仿真
季振勤等通過對空調外機鈑金件結構的低頻振動和異常噪聲的FFT分析，確認了壓縮機振動是導致室外機產生低頻振動和異常噪聲的主要原因[1-3]。因此，準確的預估壓縮機的低頻振動特性成了亟待解決的關鍵問題。
長期以來，對壓縮機的低頻振動的研究主要關注基頻回轉振動，即滾動轉子式壓縮機吸排氣腔的阻力矩的周期性波動，迫使壓縮機產生的往復回轉運動[4]，而對壓縮機的徑向振動和軸向振動關注較少。壓縮機回轉振動是影響空調配管振動、應力的主要因素，但隨著空調配管振動、應力仿真要求的不斷提高，僅用回轉運動描述壓縮機的振動，已經不能滿足仿真精度的需求。壓縮機徑向振動和軸向振動對配管振動、應力的影響逐步凸顯。因此，精確模擬壓縮機的實際運行狀態，是提高空調配管振動、應力仿真準確性的必然要求。
本文以某型號壓縮機為研究對象，通過對壓縮機殼體表面的工作振型（ODS）測試，獲得了壓縮機殼體表面的徑向、軸向、切向基頻振動分布。
展開 滾動轉子式壓縮機轉軸振動仿真及試驗研究
論文價值的評定意見：
壓縮機工作過程中的振動噪聲是評價其設計制造水平的重要技術性能指標之一，對于轉子式壓縮機轉軸的振動進行分析評價和優化對于改善整機振動噪聲有重要意義。
該論文以滾動轉子式壓縮機轉軸振動仿真及試驗研究為主題開展相關研究，以搭載9槽6極電機的壓縮機為例，對其轉軸振動噪聲問題進行了研究，從機理上解釋了相關噪聲產生的原因，并通過轉軸彎曲模態優化改進了整機的振動噪聲。論文對于壓縮機振動控制有一定幫助。
摘要
Abstract
以搭載9槽6極電機的壓縮機為例，研究了變頻壓縮機運行時與電機極數有關的轉軸振動噪聲問題。首先，通過對徑向電磁力分析，明確了壓縮機電機6f徑向電磁力的組成；其次，通過仿真分析和試驗測試的手段對轉軸的振動特性進行分析，進一步指明6f電磁力與轉軸彎曲模態共振是導致轉軸振動噪聲問題的根源；最后，通過對某款變頻壓縮機的轉軸彎曲模態進行仿真分析及優化，降低了轉軸振動噪聲，改善了壓縮機的聲品質。
關鍵詞
Keywords
滾動轉子式壓縮機；轉軸；電機極數；彎曲模態；聲品質
DOI:10.19784/j.cnki.issn1672-0172.2023.02.001
0 引言
滾動轉子式壓縮機是家用空調的動力元件，也是其最主要的噪聲源之一。在壓縮機的噪聲中，主要有結構噪聲、氣流噪聲和電機噪聲。
展開 往復活塞式壓縮機余隙無級調節氣量節能技術的應用進展
摘要：
往復活塞式壓縮機在許多生產領域中應用廣泛，屬于高耗能的關鍵設備。余隙無級調節氣量節能技術的研究與應用對于提高往復壓縮機的能源利用效率，對于國家降低二氧化碳排放目標具有重要意義。作者總結了余隙無級調節氣量節能技術在國內近十余年的應用現狀，闡述了該項技術的發展歷史，分析了在多型號、多臺套往復式壓縮機上進行技術改造的應用情況，根據實際改造經驗，總結了余隙無級調節氣量節能技術的所實現的特性指標。該項技術除了能夠實現節能目標外，還具有安全可靠性高，性價比高，優化壓縮機的運行環境，提高壓縮機一次性運行周期和工作效率等優點。
關鍵詞：
往復活塞式壓縮機；余隙；無級調節；氣量調節；節能
壓縮機是一種通過壓縮氣體提高氣體壓力的機械設備，產品和技術廣泛應用于石油、天然氣、化工、冶金、電力、交通、電子、船舶、紡織、食品、醫藥、城市基礎設施建設、國防等很多領域，在國民經濟的發展中發揮著重要作用[1],其中，往復活塞式壓縮機在多領域生產中應用較為廣泛，屬于高耗能的關鍵設備；這主要是由于生產工藝的波動導致與初始設計參數不符，造成很多往復活塞式壓縮機存在能源利用效率低、無用功耗大等問題。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中要求“十四五”期間“生產生活方式綠色轉型成效顯著，能源資源配置更加合理、利用效率大幅提高，單位國內生產總值能源消耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%，主要污染物排放總量持續減少”，并在“持續改善環境質量”方面“堅持節能優先方針，深化工業、建筑、交通等領域和公共機構節能”[2]。因此，對往復活塞式壓縮機進行節能改造，降低或消除無用功耗，提高能源利用效率、降低二氧化碳排放，已是我國在“十四五”期間急需深化解決的問題之一。
展開 基于滾動轉子壓縮機微型制冷系統的研究進展分析
何俊等以基于從壓縮機吸氣過熱至吸氣帶液為基礎，探究在不同工況下滾動轉子式壓縮機制冷系統的性能。研究結果表明：適當降低壓縮機工作頻率可以達到顯著的節能效果，系統排氣溫度也會隨之降低。但同時也會產生壓縮機過熱、回油困難等一系列問題。
3.1.3 噪聲處理技術
余華明對一款滾動轉子式壓縮機的噪聲特性進行了分析，并對原有的消聲器增設矩形導流孔。通過試驗證明了導流槽對噪聲有降幅的作用。如圖7為導流槽結構圖，有效噪聲降幅為3 dB（A）。
圖7 導流槽結構
針對滾動轉子式壓縮機噪聲問題，李祥松等應用TRIZ分析，在計算結果中得到小孔式消音蓋的解決方案，如圖8為優化后的小孔消音蓋，為微型滾動轉子式壓縮機消音技術的實踐應用提供參考。
圖8 優化后的小孔消音蓋
通過收集頻率的方法對特定噪聲源進行識別（4 kHz~6 kHz）是十分困難的，因此KIM等通過對壓縮機殼體上的振動信號與距離壓縮機1 m處的噪聲信號進行采集，利用二者的相干性識別壓縮機噪聲源，三分之一倍頻帶用于頻率分析。試驗目的為識別有存在可能性的噪聲因素。試驗結果表明，滾動轉子壓縮機的氣缸腔和消聲器產生了大量噪聲，同時在應用了改良的消聲器后噪聲大幅降低，研究證明了該試驗結論，試驗方法可以同樣應用于微型滾動轉子式壓縮機。
LEE（2011）等證明了一種蓄能器的設計方案可以應用于緩解微型制冷系統噪聲領域，并以降低壓力波動為設計目的，研究優化了一款可以降低滾動轉子式壓縮機噪聲的蓄能器。壓力脈沖也是引起蒸氣壓縮式微型制冷系統的噪聲問題的因素。
針對滾動轉子式壓縮機排氣噪聲問題，趙旭敏等對不同的排氣路徑下壓縮機排氣噪聲進行分析，應用STAR-CD仿真軟件計算得到排氣的壓力脈動曲線，同時檢測壓縮機殼內的排氣壓力脈沖。
展開 『分享』基于proE MECHANIC的壓縮機Ⅱ級活塞結構力學分析
基于proE MECHANIC的壓縮機Ⅱ級活塞結構力學分析<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-10-22 10:27:41被藍狐評為2星級，為發貼者加分40。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
基于PROE MECHANIC的壓縮機Ⅱ級活塞結構力學分析.PDF
展開 【流體機械專欄】考慮簧 片閥耦合的往復活塞壓縮機三維瞬態CFD分析
在已有往復式壓縮機系統的建模中，大部分都是使用一維或零維模型。
往復式壓縮機通常有三個獨立的運動部件:具有規律運動的活塞，根據作用在其上的壓力而動態開啟的進氣閥和排氣閥。壓縮機活塞和進出口閥片在運行時相互作用，閥片動力學對壓縮機系統的效率和性能起到很大的作用，因此在仿真模型中必須同時考慮活塞壓縮機和閥片之間的耦合關系。在已有的報道中鮮有這種活塞壓縮機-閥系統耦合CFD模型。這是因為，往復壓縮機的三維CFD耦合建模會涉及復雜的運動網格算法和可變時間步長模型，建模難度太大。Simerics MP+軟件專注于容積式流體機械（如泵和壓縮機）的CFD仿真，將往復壓縮機三維CFD網格劃分和求解方法模板化，解決了軟件易用性和穩定性的問題。
展開 
論文分享 | 壓縮機設計:軸流式、混流式還是離心式？
圖片來源：《選擇一臺壓縮機的子午向拓撲形式：軸流式、混流式、離心式》，Smyth, Miller, GT2021-59121.
令人驚訝的是，這張圖表表明，混流式設計是最終的設計選擇。混合流設計并非不為人知，但在葉輪機械環境中是罕見的。我常常想，在世界上混合流設計還有更大的空間，它們之所以如此罕見，無非是因為很少有人知道怎么做。實際上，我從未停止過考慮混流式設計也許恰恰是首選設計方法。現在就拋棄我們現有的所有離心式和軸向式的壓縮機設計可能還為時過早，但這項工作肯定會讓我在未來考慮混流式的設計方案。
文章來源ConceptsNREC
展開 活塞式無人機發動機高空性能模擬試驗研究
夏南龍 XIA Nan-long；張文建 ZHANG Wen-jian；張眾杰 ZHANG Zhong-jie；劉瑞林LIU Rui-lin
（陸軍軍事交通學院，天津300161）
摘要：在活塞式無人機發動機高空性能模擬試驗臺上，進行了0-7000m海拔下的發動機性能試驗，分析了海拔高度變化對活塞式無人機發動機的動力性、經濟性性能影響規律。結果表明：隨海拔上升，對置活塞汽油機的動力性下降，輸出功率和轉矩逐漸減小；汽油機的最大轉矩對應轉速逐漸右移；對置活塞汽油機的經濟性下降，燃油消耗率逐漸增大，熱效率逐漸降低，且在高海拔、低轉速工況下，這一趨勢更加明顯。
關鍵詞：無人機；汽油機；高海拔
0 引言
無人機駕駛飛機是指依靠空氣動力飛行、無需駕駛人員、采用自主導航或遙控駕駛、攜有有效負載的飛行器，簡稱無人機（Unmanned Aerial Vehicle，縮寫 UAV）[1]。其中活塞式發動機無人機因其高空性能較好、能夠執行察打一體任務，更是成為當今各國軍方企業研究的熱點[3]。
我國無人機產業發展迅速，彩虹、翼龍等無人機型已逐步應用并實現對外出口，2015年10月，伊拉克庫特空軍基地中出現了1架“彩虹-4B”型無人機，據相關報道，“彩虹-4B”型無人機已經投入使用并執行打擊ISIS恐怖分子的任務。然而，國產無人機雖然飛行性能不斷趕超，但是“無人機心”——活塞式無人機發動機卻一直依靠進口，高性能發動機研制問題遲遲得不到解決。目前，活塞式無人機發動機基本以被奧地利Rotax系列發動機所壟斷。活塞式無人機發動機高空運行時，缸內進氣量減少，燃燒質量惡化，發動機動力性、經濟性下降，同時，高空條件下，空氣溫度下降，密度降低，發動機熱負荷上升，高溫零部件熱應力增大。開展活塞式無人機發動機高空性能研究對無人機發動機性能提升技術的研發具有重要意義[4]。
展開 迷宮式壓縮機簡介
0、引言
布克哈德公司在
1935
年第一次推出宮式活塞壓縮機，其采用的是一種非接觸式迷宮密封技術，和普通的往復式壓縮機相比，機組可靠性高，維修成本低，安全性高，因此在石油化工行業得到了越來越廣泛的應用。
1、壓縮機的基本結構
如圖1所示，迷宮式活塞壓縮機主要部件有曲軸、連桿、十字頭、導向軸承、定距塊以及活塞組件等。
迷宮壓縮機在隔離室內特別設計了導向軸承，以此來確保活塞桿垂直往復運動的精確性，保證活塞在氣缸中的運動與密封。
2、壓縮機的核心部件-迷宮密封
迷宮壓縮機在活塞及氣缸上設計了環槽，形成迷宮小室，通過氣體在迷宮小室中的泄漏來實現密封。如圖2所示，活塞壓縮時，氣體從高壓側向低壓側流動，在迷宮小室節點處，壓力能轉化為動能，高速的氣流進入容積室時，由于流道體積增大，氣流在此處大部分動能轉化為壓力能和渦流能，其中渦流能以熱能的形式損失掉；氣流通過若干個迷宮小室，能量逐漸減小，壓力逐漸降低，如迷宮小室足夠多，迷宮室中壓力最后同低壓側的壓力相等，達到密封的效果。
3、壓縮機的結構特點
（1）無內部易損件，被壓縮的氣體不會有任何污染。
（2）可實現整機密封無泄漏，可適用于各種氣體，運行周期長，運行費用大大降低。
（3）適應性強，能適用于各種氣體。
（4）安全，杜絕易燃、易爆、腐蝕性等有害氣體對環境及人身的危害。
（5）加工制造精度較高。
展開 中石油PPT│凝汽式透平和離心式壓縮機原理及操作
中石油PPT│凝汽式透平和離心式壓縮機原理及操作
