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新型电磁膨胀阀及其实验研究

作　者: 何浩
导　师: 施光林
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 制冷系统电磁膨胀阀结构设计建模与仿真 PWM控制
分类号: TB65
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

制冷空调行业已经有了100多年的发展历史。压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀是四个基本部件。节流阀有了70多年的历史。从最初没有调节作用的固定节流口,到人工调节的手动膨胀阀,到后来自动调节的热力膨胀阀以及电子膨胀阀。迫于能源危机的压力,对节能要求的呼吁越来越高。电子膨胀阀由于具有调节范围宽,具有强大的过热度控制功能和智能化调节特性,反应速度快以及能实现良好的机电一体化等优点,备受人们青睐。本论文主要研究一种新原理和结构的电子膨胀阀。这种阀是靠PWM脉冲电压信号驱动的电磁膨胀阀。本论文提供了一种基于理论、经验计算与软件仿真结合,多仿真软件协同配合设计电磁膨胀阀的方法。其特点是可以快速、精确地设计满足用户要求的膨胀阀。具体内容有:1)应用理论计算与FLUENT仿真相配合的方法,进行了阀口结构和尺寸的设计,分析了阀口处压力及流场的分布情况,以实现阀的通径要求和流道优化;2)应用理论计算与ANSYS软件的电磁模块协同配合进行了电磁铁结构的设计以及尺寸的改进和优化;3)应用ANSYS仿真软件对阀的关键零部件(如较薄尺寸的阀口和聚四氟乙烯密封圈)进行了强度和变形的校核和分析,确保主要零件的强度和变形满足阀的性能要求;4)应用AMESim仿真软件进行了系统的动态仿真分析,分析了影响阀的动作响应的主要因素。根据以上思路,本论文设计了一个直动型小通径电磁膨胀阀和一个先导式大通径电磁膨胀阀,并申请了发明专利,并开发出直动型小通径电磁膨胀阀实验样机,以及为电磁铁线圈提供PWM信号驱动的24V直流控制器。本论文完成了直动型小通径电磁膨胀阀实验样机的开环流量,气密性和最大开阀压差等实验,并将该阀置于相应的制冷系统中开展了系统匹配实验,以及在不同占空比下系统性能的对比实验。通过该阀的性能试验以及制冷系统应用实验证明,该阀性能优良,能够满足制冷系统的要求,达到了设计的目的,证明了阀的优良性能,并且其控制器经过实际应用也达到了设计要求。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-24
  1.1 选题背景及意义  12-13
  1.2 国内外相关研究现状  13-22
    1.2.1 电子膨胀阀的市场产品调研  13-19
    1.2.2 电子膨胀阀的国内外理论实验研究  19-22
  1.3 本论文的主要研究工作  22-24
第二章新阀的原理、结构及整体方案  24-35
  2.1 新阀的工作原理  24
  2.2 相关结构专利分析  24-28
  2.3 整体方案设计  28-34
    2.3.1 直动阀的结构设计  29-31
    2.3.2 先导阀的结构设计  31-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章电磁铁的设计及仿真分析  35-44
  3.1 电磁铁设计  35-40
  3.2 ANSYS 电磁铁仿真分析  40-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章新阀的系统建模及仿真分析  44-62
  4.1 新阀的系统建模  44-51
    4.1.1 直动式阀系统建模  44-48
    4.1.2 先导阀系统建模  48-51
  4.2 新阀的CFD 流场仿真  51-53
  4.3 关键零部件强度分析  53-60
    4.3.1 阀口强度校核  53-55
    4.3.2 密封件强度校核  55-58
    4.3.3 先导阀的密封件强度校核  58-60
  4.4 本章小结  60-62
第五章新阀的样机制作与实验研究  62-75
  5.1 新阀的控制器设计  62-66
  5.2 内漏和开阀压差实验  66-70
    5.2.1 内漏实验  66-68
    5.2.2 最大开阀压力实验  68-70
  5.3 液体流量实验  70-73
  5.4 本章小结  73-75
第六章新阀的应用实验  75-85
  6.1 系统匹配实验  78-82
  6.2 占空比对系统性能的影响  82-84
  6.3 本章小结  84-85
第七章总结和展望  85-87
  7.1 总结  85-86
  7.2 展望  86-87
参考文献  87-90
攻读硕士学位期间发表的论文  90-91
致谢  91

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