搜索斜齒羅茨風(fēng)機(jī)仿真
2017-03-31 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
1.背景描述
三葉羅茨風(fēng)機(jī)是我國引進(jìn)開發(fā)的一種新型羅茨風(fēng)機(jī),屬于容積式風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,特別是大流量三葉羅茨風(fēng)機(jī),容積效率高、機(jī)械功率損失小,已經(jīng)成為企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。例如國內(nèi)的二級生物污水處理廠曝氣工藝使用羅茨風(fēng)機(jī)送氣,氯堿化工企業(yè)氫氣處理工序使用大容量三葉羅茨風(fēng)機(jī)輸送氫氣等,除此之外也可用作真空泵。
羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪輪齒一般與軸線平行,即直齒狀,這樣加工、檢測較為方便,但隨著加工技術(shù)的發(fā)展,設(shè)計(jì)成扭曲葉輪變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),即斜齒狀。斜齒羅茨風(fēng)機(jī)可以增加嚙合線長度,增加工作平穩(wěn)性、減少輸氣脈動、噪聲低,而且工作時(shí)具有內(nèi)壓縮過程,與直葉羅茨風(fēng)機(jī)相比,效率高、能耗低,是傳統(tǒng)羅茨風(fēng)機(jī)的替代品。
圖1 斜齒羅茨風(fēng)機(jī)幾何模型圖
2.技術(shù)難點(diǎn)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,利用CFD仿真技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行仿真分析,獲得內(nèi)部流場信息,從而了解和改進(jìn)產(chǎn)品,已成為產(chǎn)品開發(fā)的重要手段。
斜齒羅茨風(fēng)機(jī)由一對斜齒相互嚙合,通過旋轉(zhuǎn)改變齒輪腔室容積,以到達(dá)輸氣的目的。斜齒羅茨風(fēng)機(jī)仿真的主要技術(shù)難點(diǎn)就在一對相互嚙合的齒輪上,嚙合齒輪具有空間扭曲,間隙小等特點(diǎn),在工作過程中,空間扭曲形狀和間隙會隨著齒輪旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化。因此,為了滿足仿真的準(zhǔn)確性,如何在扭曲空間和微小間隙劃分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、以及控制網(wǎng)格運(yùn)動成為了斜齒羅茨風(fēng)機(jī)仿真的主要困難。
針對斜齒羅茨風(fēng)機(jī)的仿真難點(diǎn),本文采用SCORG+PumpLinx技術(shù)方案。其中SCORG是專門針對螺桿、斜齒機(jī)械而開發(fā)的網(wǎng)格劃分軟件,由英國倫敦城市大學(xué)開發(fā),并交由PDManalysis公司商業(yè)化。而PumpLinx專門轉(zhuǎn)對旋轉(zhuǎn)機(jī)械而開發(fā)的仿真軟件,在齒輪泵、螺桿壓縮機(jī)、柱塞泵等領(lǐng)域具有獨(dú)到優(yōu)勢,得到廣泛應(yīng)用。
3.案例介紹
將圖1所示的斜齒羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行分區(qū),并對各部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分,其中斜齒旋轉(zhuǎn)區(qū)域通過SCORG軟件劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,進(jìn)出口區(qū)域在PumpLinx軟件中采用通用網(wǎng)格劃分生成笛卡爾網(wǎng)格,各部分網(wǎng)格劃分情況如下圖所示。
模型網(wǎng)格劃分
局部網(wǎng)格剖面圖
計(jì)算采用雙螺桿機(jī)械模板,添加湍流模型,并選擇瞬態(tài)計(jì)算的方法。其中進(jìn)口和出口給定壓力和溫度邊界,并指定轉(zhuǎn)速。仿真工況表如下圖所示。
通過仿真可以獲得斜齒羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量和出口溫度,與試驗(yàn)對比情況如下表2所示。從表中可以看出,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合,其中流量誤差在5%以內(nèi),溫度誤差在4%以內(nèi)。
圖3 斜齒羅茨風(fēng)機(jī)壓力分布圖
圖4 斜齒羅茨風(fēng)機(jī)溫度分布圖
4.總結(jié)
本案例對斜齒羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行了仿真分析,通過SCORG+PumpLinx的技術(shù)方案,解決了斜齒風(fēng)機(jī)網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格控制的技術(shù)難點(diǎn)。通過仿真可以獲得羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量、出口溫度,功率以及流場壓力和溫度分布,通過與試驗(yàn)對比可知,仿真結(jié)果與試驗(yàn)值匹配度較高。該案例采用SCORG+PumpLinx聯(lián)合的技術(shù)方案,通過SCORG生成斜齒或螺桿機(jī)械的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,并輸出至PumpLinx進(jìn)行CFD求解,最終獲得了理想的結(jié)果。
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