[发明专利]一种获取往复式活塞压缩机阀腔压力脉动的方法

摘要

本发明属于压缩机领域，并公开了一种获取往复式活塞压缩机阀腔压力脉动的方法，利用压缩机工作过程方程、阀片运动方程以及阀腔压力脉动方程建立常微分方程组，求解方程组得到进排气阀腔压力随时间变化的数值解，本发明以变质量热力学系统的能量守恒定律及质量守恒定律，以及理想气体状态方程和容积方程为理论依据，建立压缩机工作过程的数学模型，能节约时间和试验成本；综合考虑了压缩机工作过程、气阀运动规律及进排气阀腔中压力脉动与管系之间的相互影响，这种阀腔压力脉动获取方法具有更高的精度，更接近实际情况。此外这种获取阀腔压力脉动的分析方法，可以对压缩机参数、阀片参数、阀腔参数及管道参数进行优化分析，将压力脉动控制到最低。

主权项

1.一种获取往复式活塞压缩机进气阀腔的压力脉动的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据压缩机工作过程、进气阀运动规律及进气阀腔中压力脉动之间的相互影响，构建压缩机的进气阀进气过程能量方程，具体形式如下：其中，p为气缸的压力，θ为曲柄的转角，ω为曲柄的角速度，ps为进气阀腔的压力，V为气缸的容积，Ns为进气阀的数量，αvs为进气阀的流量系数，Avs为进气阀隙面积，k为气体绝热指数，R为气体常数，Ts为进气阀腔气体温度；2)构建进气阀片运动微分方程，具体形式如下：其中，Mvs为进气阀片质量与进气阀片弹簧等效运动质量之和，As为进气阀阀座出口处通流面积，βs为进气阀推力系数，hs为进气阀片位移，H0s为进气阀片弹簧预压缩量，zs为进气阀片弹簧个数，Ks为进气阀弹簧刚度系数；3)对式(2)进行降阶处理，得到方程(3)：其中，ys为进气阀片的运动速度；4)根据功能原理，进气阀腔内能量随时间的变化量为流入阀腔与流出阀腔能量之差，从而获得进气阀腔的压力控制方程为：其中，Vs为进气阀腔体积，ρs为进气阀腔气体密度，Φs为进气管道气体质量流量，Ls为进气管道长度，pso为进气阀腔气体初始压力,ρso为进气阀腔初始气体密度，Asl为进气管道截面积，Ds为进气管道内径，λs为进气管道沿程阻力系数，Ksl为进气管道局部阻力系数，Φcs为流经进气阀气体质量流量；结合公式(1)、(3)、(4)，得到气缸进气阶段进气阀腔压力脉动方程组，如式(5)所示：对于进气阀关闭阶段，进气阀腔的压力控制方程如式(6)：对于气缸进气阶段，进气阀刚开启时，气缸内压力pe由进气阀片所受气体力与进气阀片所受弹簧力相等这一关系求得，根据气体膨胀过程方程及活塞运动方程求得气阀开启角θe，对于阀腔气体压力及气体密度则取初始压力和初始密度，得如下初始条件；当h_s＝H_s或h_s＝0时，式中Hs表示进气阀片升程，reb表示反弹值，imp表示碰撞值，CR表示反弹系数；Φs0为进气阶段阀片开启时刻进气管道气体质量流量，p0为进气阶段阀片开启时刻气缸内气体压力，θ0为进气阶段阀片开启时刻的曲柄转角，hs0为进气阶段阀片开启时刻阀片位移；对于进气阀关闭阶段，初始条件为气缸进气阶段结束时刻的阀腔内气体压力、进气流量及气体密度，如式(8)所示：式中，θcl为进气阶段阀片关闭时刻的曲柄转角，psl0为进气阶段阀片关闭时刻的进气阀腔压力，ρsl0为进气阶段阀片关闭时刻的进气阀腔气体密度，Φsl0为进气阶段阀片关闭时刻进气管道气体质量流量；通过求解方程组(5)、(6)，得进气阀腔的压力随时间变化的数值解，从而为压缩机进气管系气流脉动的计算与分析提供更准确的边界条件。