变容量涡旋压缩机润滑摩擦特性与转子动力学行为研究

Taking the variable capacity scroll compressor as the object, from the basic principles of the lubrication theory, tribology, mechanical dynamics and mechanism theory, aim to research the lubrication system, the tribology system and the rotor dynamics problems of the variable capacity scroll compressor by combining methods of theoretical research and experimental study. Through the experiment to find out the regularity of lubrication system, friction system with the change of compressor capacity as well as the key factors which caused friction properties change, and to introduce the influencing factors of frictional pairs into the analysis of the compressor operating characteristics. To focus on solving Theoretical Modeling problems of the lubrication system and friction system of the variable capacity compressor, at the same time to study influences of micro gap leakage and wear clearance on the scroll compressor dynamic characteristics, to establish the mathematical model and perform the computer numerical simulation and performance prediction. The expected goal of this study is to obtain the theoretical calculation model of tribology and dynamics of the variable capacity scroll compressor, and to find out the key factors of the influences on performance and reliability of the compressor. The purpose of this study is to improve the theoretical system of scroll compressor, expand its scope of application, and provide a theoretical basis for the development to the variable capacity and large size direction. It has significant theoretical value on improving the operation reliability of scroll compressor, prolonging the service life and so on.

以节能型变容量涡旋式压缩机为研究对象，拟从润滑理论、摩擦学、机械动力学、机构学的基本原理出发，采用理论研究与实验研究相结合的方法，对变容量涡旋压缩机润滑系统、摩擦学系统和转子动力学问题展开研究。通过实验找出润滑系统、摩擦系统特性随压缩机容量变化的规律及引起摩擦副性质发生变化的关键因素，并将摩擦副的影响因素引入到压缩机运行特性分析中。欲重点解决变容量压缩机润滑系统、摩擦系统的理论建模问题，同时研究微间隙泄漏特性以及对压缩机工作过程的影响，磨损间隙对压缩机动力特性的影响，建立数学模型并进行计算机数值模拟和运行性能预测。本研究预期目标是获得变容量涡旋式压缩机的摩擦学动力学问题的理论计算模型，找出影响压缩机运行性能和可靠性的关键因素。为完善涡旋压缩机理论体系，拓展其应用范围，向变容量、大规格化方向发展，提供基础理论依据。本研究对提高涡旋式压缩机的运行可靠性、延长使用寿命等，具有重要理论参考价值。

针对变容量涡旋压缩机由于工作过程中容量的变化，使得压缩机内部的润滑系统和各摩擦副的性质发生改变，压缩机运行中有时会出现摩擦功耗过大、磨损间隙增大，引起压缩机温度升高、噪声和振动增加，甚至出现碰撞事故，严重影响了涡旋压缩机的可靠性和使用寿命等问题。项目从润滑理论、摩擦学、机械动力学、机构学的基本原理出发，采用理论研究与实验研究相结合的方法，对变容量涡旋压缩机润滑系统、摩擦学系统和转子动力学问题展开研究。主要研究内容：（1）变容量涡旋压缩机典型润滑系统结构特征、润滑油输送影响因素分析；润滑系统建模和数学描述；润滑系统流场、压力场、温度场模拟仿真；（2）变容量涡旋压缩机对偶摩擦副表面特征及分形表征方法；常用材料球墨铸铁、铝合金、铝青铜不同对偶摩擦副的摩擦特性；对偶摩擦副的摩擦特性随涡旋压缩机容量的变化规律；（3）动涡旋—曲轴转子系统变容量工况条件下的力学特性和运动特性及数学建模；摩擦副摩擦力与转子动力特性间的影响及耦合关系；变容量涡旋压缩机三维实体建模动态仿真和模态分析。（4）磨损间隙对转子动力特性和压缩机性能的影响。运行工况条件下，磨损间隙的产生机理及数学方法评价；磨损间隙对压缩机性能和转子动力学特性的影响。（5）变容量涡旋压缩机泄漏通道表面特征及分形特征描述；切向微间隙、径向微间隙泄漏机理和通道表面特征对泄漏的影响；微间隙泄漏理论建模及仿真；微间隙泄漏特性实验研究和理论模型的修正；考虑泄漏、摩擦等因素的影响，建立压缩机性能评价模型并进行性能预测。.通过理论分析和建模计算获得在变转速条件下，涡旋压缩机内部润滑系统供油量变化规律及影响因素；针对压缩机常用对偶摩擦副材料，进行不同对偶组合摩擦实验，得到摩擦特性随表面特征、载荷、转速和润滑条件的变化规律；依据转子系统受力状况，建立了力学分析模型，找出影响转子系统稳定性的关键因素；考虑实际由于加工误差、磨损引起的机构间隙，建立了含间隙机构理论分析模型，获得机构间隙对压缩机输入扭矩、运动特性及可靠性的影响规律；根据压缩机结构和泄漏特点，建立了泄漏数学模型，并将理论结果和试验结果进行了比对，吻合较好，考虑泄漏等影响因素建立了压缩机性能预测模型。本项目研究结果可为完善涡旋压缩机理论体系，拓展其应用范围，向变容量、大规格化方向发展，提供基础理论依据参考。