涡旋压缩机型线的相关研究
详细讲解涡旋压缩机原理、结构、特点、比较,性能分析等
详解涡旋压缩机（原理、结构、特点、比较，性能分析等）旋涡压缩机结构、工作过程及主要特点涡旋压缩机是一种容积式压缩的压缩机，压缩部件由动涡旋盘和静涡旋组成。
其工作原理是利用动、静涡旋盘的相对公转运动形成封闭容积的连续变化，实现压缩气体的目的。
主要用于空调、制冷、一般气体压缩以及用于汽车发动机增压器和真空泵等场合，可在很大围取代传统的中、小型往复式压缩机。
基本结构结构特点两个具有双函数方程型线的动涡盘和静涡盘相错180°对置相互啮合，其中动涡盘由一个偏心距很小的曲柄轴驱动，并通过防自转机构约束，绕静涡盘作半径很小的平面运动，从而与端板配合形成一系列月牙形柱体工作容积。
特点：利用排气来冷却电机，同时为平衡动涡旋盘上承受的轴向气体力而采用背压腔结构，另外机壳是高压排出气体，使得排气压力脉动小，因而振动和噪声都很小。
背压腔如何实现轴向力的平衡？动涡旋盘上开背压孔，背压孔与中间压力腔相通，从背压孔引入气体至背压腔，使背压腔处于吸、排气压力之间的中间压力。
通过背压腔气体作用于动涡旋盘的底部，从而来平衡各月牙形空间气体对动涡旋盘的不平衡轴向力和力矩。
高压外壳的特点：1、吸气温度加热损失少；2、排气脉动小；3、启动时冷冻机油发泡。
低压外壳的特点：1、吸气温度易过热；2、压缩机不易产生液击；3、置电动机效率较高。
数码涡旋压缩机采用“轴向柔性”浮动密封技术，将一活塞安装在顶部订涡旋盘处，活塞顶部有一调节室，通过0.6mm 直径的排气孔和排气压力相连接，而外接PWM阀（脉冲宽度调节阀）连接调节室和吸气压力。
PWM阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压力为排气压力，一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载。
PWM阀通电时，调节室排气被释放至低压吸气管，导致活塞上移，带动顶部定涡旋盘上移，该动作使动、定涡旋盘分隔，导致无制冷剂通过涡旋盘。
用于冷冻系统中的系统流程图：对压缩过程进行中间补气的经济器运行方式，是解决涡旋压缩机在低温工况下运行时，由于压比过高导致排气温度过高的有效方法。
涡旋压缩机渐开线和圆弧组合型线的设计计算
涡旋压缩机渐开线和圆弧组合型线的设计计算
涡旋压缩机是一种高效能的压缩机，广泛应用于许多工业领域，如制冷、空调和石油化工等。
在涡旋压缩机的设计中，渐开线和圆弧组合型线起着重要的作用。
渐开线是指一种特殊的曲线，具有渐进线速度和自动接触的能力。
在涡旋压缩机的设计中，渐开线被用于螺杆轴的设计，以确保螺杆在旋转过程中能够有效地压缩气体。
渐开线的设计计算涉及到曲线的参数，如齿数、齿高、压力角等，这些参数的选择会影响到涡旋压缩机的性能。
圆弧组合型线是指由多个圆弧组成的曲线，它被用于涡旋压缩机的端盖和内外轴的设计。
圆弧组合型线的设计计算包括圆弧的半径、弧长和角度等参数的选择。
这些参数的选取需要考虑到涡旋压缩机的压力和流量要求，以及涡旋压缩机的结构和材料的限制。
在涡旋压缩机的设计过程中，渐开线和圆弧组合型线的设计计算是非常重要的。
它们直接影响到涡旋压缩机的性能和效率。
因此，在设计涡旋压缩机时，工程师需要仔细选择和计算这些参数，以确保涡旋压缩机能够正常运行并满足设计要求。
除了渐开线和圆弧组合型线的设计计算，涡旋压缩机的设计还需要考
虑到其他因素，如螺杆的材料选择、轴承的选型和涡旋压缩机的密封等。
这些因素的综合考虑将有助于设计出高效能和可靠性的涡旋压缩机。
总之，涡旋压缩机的设计计算涉及到渐开线和圆弧组合型线的选择和计算，这对于涡旋压缩机的性能和效率至关重要。
在设计过程中，还需要考虑到其他因素，以确保涡旋压缩机能够满足设计要求，并具有高效能和可靠性。
涡旋压缩机研究概述
因在 于其 重 要 性 未 被 充 分 认 识 ， 观 上 则 由 于 尚 客 没有高精度 的涡 旋 型线 加 工设 备 。７ ０年 代 的 能
源 危 机 和 数 控 加 工 技 术 的 发 展 给 涡旋 压 缩 机 的 发 展 带 来 了 机 遇 。 １８ ９ １年 日本 三 菱 重 工 推 出 了 汽
中图分 类 号 ： Ｔ ４ Ｈ５ 文献 标识 码 ： Ｂ
Ｓ ａｔ ｆＲｅ ｅ ｃ ｆ ｒ Ｓ ｒ ｌ Ｃｏ ｐ ｅ ｓ ｒ ｔ ｕｓ ｏ ｓ ａｒ ｈ ｏ ｃ ｏ ｌ ｍ ｒ ｓｏ
Ｚｈａ ａ ｙ ｇ ＬｉＬｉｎ ｈ ｎ ｏ Ｙｕ ｎ ａｎ ａｓｅｇ
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经 生产 了 超 过 １０ ８０万 台 涡 旋 压 缩 机 。 在 国 内 ， 涡
旋 压 缩 机 的 研 发 工 作 开 始 于 １８ ９ ６年 ， 目前 广 州 万 涡 旋 压 缩 机 能 够 正 常 工作 的 条 件 就 是 动 涡 盘
宝 电器 集 团公 司 、 州 涡 旋 压 缩 机 实 业 有 限 公 司 、 广
车 空调 涡 旋 压 缩 机 工 业 性 样 机 ， 后 日本 国 日立 、 随
功率 小 的 压 缩 机 并 联 ） 。涡 旋 压 缩 机 以 其 自身 的 优 点 被 广 泛 应 用 于制 冷 空 调 领 域 和 其 它 特 殊 领 域
（ 涡旋增压机 ） 如 。本 文 就 最 近 几 年 国 内 外有 关 涡 旋 压 缩 机 方 面 的研 究 作 一 总 结 ， 预 测 涡 旋 压 缩 并
涡 旋 压 缩 机 原 理 于 １０ ９ ５年 由 法 国 工 程 师 克
双涡圈涡旋压缩机涡旋盘几何参数对其性能的影响研究
双涡圈涡旋压缩机涡旋盘几何参数对其性能的影响研究双涡圈涡旋压缩机涡旋盘几何参数对其性能的影响研究引言：随着工业技术的发展和能源消耗的增长，涡旋压缩机作为一种高效能、节能且环保的空气压缩设备，受到了广泛关注。
而双涡圈涡旋压缩机由于其独特的结构和流动特性被认为是涡旋压缩机中的一种具有潜力的构型。
本文旨在研究双涡圈涡旋压缩机的涡旋盘几何参数对其性能的影响，并为压缩机的设计和优化提供理论支持。
一、涡旋盘几何参数与流场特性的关系涡旋盘几何参数是双涡圈涡旋压缩机结构的重要组成部分，其设计和调整对压缩机整体性能有着重要的影响。
涡旋盘的内、外半径、叶片数目、弯曲半径等参数的变化将直接影响到涡旋盘的流场特性和性能。
通过实验和数值模拟的方法，可以研究不同涡旋盘几何参数对涡旋压缩机流场的影响。
实验结果显示，涡旋盘的内、外半径对流场分布的影响较大。
较小的内半径会导致流场中涡旋的形成区域靠近涡旋盘中心，流速分布不均匀；而较大的内半径则会使涡旋形成区域靠近涡旋盘壁，流速分布相对均匀。
外半径的变化也会对流场特性产生影响，当外半径增大时，涡旋的面积也增大，从而影响到涡旋的体积和流动特性。
此外，叶片数目的变化对压缩机的性能同样有着明显影响。
通过对比实验可以得出，叶片数目的增加将使得流道宽度减小，导致涡旋形成区域变窄，流场速度增加，从而达到更高的压缩比和更低的能耗。
然而，叶片数目的增加也会增加涡旋盘的制造难度和成本，因此需要在设计中权衡考虑。
二、涡旋盘几何参数与压缩机性能的关系涡旋盘几何参数的变化将直接影响到涡旋压缩机的性能。
通过数值模拟和实验分析，可以得出涡旋盘几何参数与压缩机性能之间的关系。
首先，涡旋盘的内半径对压缩机的压缩比和效率有着显著的影响。
内半径的减小将导致流场速度的增加，进而提高了压缩比和效率。
然而，当内半径过小时，会导致涡旋发展不稳定，从而影响到压缩机的正常运行。
因此，在设计之初需要综合考虑涡旋盘内半径和涡旋盘的稳定性。
涡旋齿端等_角圆弧类型线修正理论的研究
第35卷 第7期2001年7月 西 安 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF XI′AN J IAO TON G UN IV ERSITYVol.35 №7J ul.2001文章编号:0253-987X(2001)07Ο0750Ο05涡旋齿端等β角圆弧类型线修正理论的研究高秀峰,刘卫华,冯诗愚,顾兆林,郁永章(西安交通大学环境与化学工程学院,710049,西安)摘要:对等β角圆弧类涡旋修正齿型进行了深入研究,得到了这类修正齿型的齿端生成方法、齿型特点及齿端修正参数的通用表达形式.采用控制容积法导出了工作腔容积随动盘转角变化的解析计算式,提出了动态的切向和径向气体力作用面积的精确及简化计算方法,通过算例对两种方法作了对比和分析,明确了其使用条件,而这些修正理论适用于等β角圆弧类修正的所有齿型.关键词:涡旋机械;齿端修正;几何理论中图分类号:TB652 文献标识码:ATheoretical Study on Modif ication of Top Prof ile B ased on Arc Shaped Curves with Equal Beta Angle for Scroll Fluid MachineryGao Xi uf eng,L i u Weihua,Feng S hiyu,Gu Zhaoli n,Y u Yongz hang(School of Environment and Chemical Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China)Abstract:Through the in2depth analysis of the modification of top profile based on arc shaped curves with equalβangle,the method of generating the top profile,characteristic of the top profile and the general calculation equations are presented.A precise and simple expression of the volume that varies with the rotation angle of the moving scroll is derived from the control volume method.The accurate and concise methods to calculate the impact area of the tangential and radial gas forces are derived,the comparison and analysis of these two kinds of calculation methods are conducted through examples and conditions are presented.The results show that this method is suitable to all wraps modified by arc shaped curves.K eyw ords:scroll f l ui d m achi nery;modif ication of top prof ile;geomet rical theory 涡旋压缩机的涡盘型线是一条由中心向外逐渐展开的光滑曲线.在涡卷体的铣削加工中,型线起始端曲率半径小于刀具半径的部分因与刀具干涉而被切削掉,这种现象称为齿端过切.齿端过切对涡旋机械的设计、制造和使用都极为不利,因而必须寻求其他曲线替代涡卷体中心部位的型线,以消除刀具对齿端的过切[1].从设计和加工角度考虑,以圆弧和直线修正涡旋齿端最为简单、有效、可行,这种修正方法称为圆弧类型线修正.齿端内、外侧涡线上的两修正起始点对应的基圆展角是2个独立变量[2],当二者之差为π时,称为等β角圆弧类修正,这种齿型具有设计简单、加工方便、热动力特性良好等优点,是目前生产中所采用的主要修正型式.本文将对这类修正齿型的主要几何理论作详细分析,以便为收稿日期:2000Ο12Ο13. 作者简介:高秀峰(1972～),男,博士生;郁永章(联系人),男,教授,博士生导师. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59776029).进一步地深入研究和工程应用奠定基础.1 齿端生成及几何参数1.1 齿端生成方法这类修正的基础齿型如图1所示,将齿端内、外侧涡线分别用一大一小两段圆弧R c 和r c 代替,二者分别称为修正圆弧和连接圆弧,其半径之差等于主轴回转半径ρ,这是日本学者平野隆久等人提出的[3],称为等β角对称圆弧修正.在图中,a 、β、α分别为基圆半径、修正角和涡线发生角.图1 涡旋齿端等β角对称圆弧修正将图1中齿端两圆弧中心O 1、O 2分别沿其所在的基圆展开线移动Δr 1和Δr 2(规定使连接圆弧和修正圆弧减小的Δr 为正值)至O 1f 和O 2f ,如图2a 所示;动盘齿端的Δr 1和Δr 2则刚好与静盘相反,如图2b 所示.以移动后的圆心到相应修正起始点的距离为半径作两圆弧及其内公切线,则可得到另外3种等β角的修正齿型.当Δr 1=Δr 2时,称为对称圆弧加直线修正;当Δr 2=-Δr 1时,两圆弧直接相切,称为不对称圆弧修正;当|Δr 2|≠|Δr 1|时,称为不对称圆弧加直线修正;当Δr 1≠Δr 2时,动、静盘齿端形状不同,二者的Δr 1和Δr 2互易.因为动、静盘齿端形状不同的修正目的主要是为增厚动盘齿端,以便开设较大的排气孔,所以须满足|Δr 1|≥|Δr 2|.齿端修正的另一限制条件是修正圆弧半径不能小于型线加工刀具直径D t 之半,也即|Δr 1|和|Δr 2|不应大于R c -D t /2.文中下标c 表示基础齿型———对称圆弧修正的齿端参数;下标m 表示动涡盘;下标f 表示静涡盘;d 为圆弧中心到相应基圆切点的距离;l 为齿端修正直线长度.1.2 齿端几何参数由图2几何关系可得:r f=r c -Δr 1;R f =(a )静盘涡圈(b )动盘涡圈图2 等β角圆弧类修正齿型生成示意图R c -Δr 2;d rf =a (β+α)-r f ;d Rf =a (β+π-α)-R f .修正圆弧和连接圆弧的方程分别为[1]:式中:δ∈2π-θ3,β+π2时x =(-a cosβ-d Rf sin β)+R f cos δy =(-a sin β+d Rf cosβ)+R f sin δ(1) 当δ∈π-θ3,β-π2时x =(a cosβ+d rf sin β)+r f cos δy =(a sin β-d rf cosβ)+r f sin δ(2) 将上述各式中Δr 1、Δr 2互换,所有下标f 换成下标m ,便得到动盘齿端修正参数.由图2可得压缩机的排气起始角为θ3=2π-γ+arctanlR f +r f(3)157第7期 高秀峰,等:涡旋齿端等β角圆弧类型线修正理论的研究式中l的计算式为l=(|O1O2|2-(R f+r f)2)1/2(4)角γ的计算与连接圆弧中心所在的象限有关,其通用的表达形式为γ=y o1-y o2|y o1-y o2|・arccosx o1-x o2|O1O2|+2π12-y o1-y o22|y o1-y o2|12-x o1-x o22|x o1-x o2|(5)一般情况下,式(5)可简化为γ=arccos x o1-x o2 |O1O2|对称圆弧及对称圆弧加直线修正可进一步简化为γ=β-arctan(d/a)由图2可知,在式(4)、式(5)中|O1O2|=((d rf+d Rf)2+4a2)1/2(6)基础齿型修正参数的计算式为[1]d c=-a2-(a(β+α)+ρ/2)22(a(β+α)+ρ/2)(7)2 压缩腔工作容积将末端涡圈吸气开始时刻定义为θ=0,把腔内工作过程分为5个阶段:①吸气阶段,θ∈[0,2π];②渐开线部分啮合的压缩阶段,θ∈[2π,<e-π-β];③修正部分啮合的压缩阶段,θ∈[<e-π-β,<e -5π/2+θ3];④渐开线部分啮合的排气阶段,θ∈[<e-5π/2+θ3,<e+π-β];⑤修正部分啮合的排气阶段,θ∈[<e+π-β,<e-π/2+θ3].因此,应分段计算工作腔的容积.工作腔容积是工作腔在涡盘平面上的投影面积S(θ)与齿高h的乘积,故只需计算工作腔投影面积即可.无论哪种修正方法,只有当修正部分构成压缩腔边界的一部分时,即在上述的第③、④、⑤阶段时,才具有不同于未修正齿型的容积计算式.下面以一般情况———不对称圆弧加直线修正为例,来分析这3个阶段的工作腔在涡盘平面上投影面积的计算.2.1 压缩过程的修正部分啮合阶段这个阶段的工作腔形状如图3所示.设静盘外侧线与动盘内侧线所围面积为S fo2mi(θ),相应的另一工作腔面积为S fi2mo(θ).当动、静盘齿端形状不同时,这2个工作腔的投影面积并不相等.由图3可得S foΟmi(θ)=S K+S1+S2-S3(8)式中:S1、S2、S3分别为扇形O′2MB、平行四边形O′2O1GH、扇形O1A B的面积.S K=∫<e-θ-α+2πβ+π-α12a2<2d<-∫-θ+α+πβ+α12a2<2d<=12ρa(<e-θ-β+π)(<e-θ+β+2π) S1=12λ(θ)R2m S2=ρsinλd Rm-a tanλ2 S3=12λ(θ)r2f同理,可得出另一工作腔的投影面积为S fi2mo(θ)=S K+S a+S b-S c(9)式中:S a、S b、S c分别表示图中扇形O2M′B′、 O2O′1G′H′及扇形O′1A′B′的面积,将S1～S3表达式中的R m、r f、d Rm分别换成R f、r m、d Rf,便成为S a、S b、S c的计算式.图3 压缩过程的修正部分啮合阶段对于动、静盘齿端形状相同的对称圆弧和对称圆弧加直线修正,两腔的投影面积相等,二者之和为S(θ)=ρa(<e-θ-β+π)(<e-θ+β+2π)+ρλ(R+r)+2ρsinλd-a tanλ2(10)在式(8)～式(10)中λ(θ)=θ-(<e-π-β)(11) 2.2 排气过程的渐形线啮合阶段这一阶段工作腔投影面积较易求得,可参见文献[1,4,5].当计算修正部分刚好进入啮合的中心腔面积时,采用后文提供的式(12)即可.2.3 排气过程的修正部分啮合阶段这一阶段的封闭工作腔如图4所示,由图可得S(θ)=S1+S2+S3-S4-S5-S6-S7式中:S1～S7分别表示扇形O2FM′、扇形O′2FM、257西 安 交 通 大 学 学 报 第35卷平行四边形O 2GO ′2G ′、扇形O ′1M ′E ′、扇形O 1M E 、梯形GO ′、E ′F ′、梯形GO 1EF 的面积. S 1=12ψR 2f S 2=12ψR 2m S 3=|O 2G |(l -ρsin ψ)=(R f +r f +l/tan ψ)(l -ρsin ψ) S 4=12ψr 2m S 5=12ψr 2f S 6=12l r m +r m +ltan ψ S 7=12l r f +r f +ltanψ将S 1～S 7S (θ)表达式,可将其整理成S (θ)=ρ(R f +r f )(ψ-sin ψ)+ρl (1-cos ψ)(12)式中ψ(θ)=<e -π2+θ3-θ(13)取式(12)中的l =0,便成为齿端不加直线修正的计算式.图4 不对称圆弧加直线修正中心腔3 切向和径向气体力作用面积齿端修正后,修正部分啮合阶段的中心腔切向和径向气体力作用面积的计算有别于不修正时的情况.设l t1(θ)和l r1(θ)分别为这2个力作用面积在涡盘平面上的投影线长度,其中θ是以2π为周期并从x 轴正向算起的动盘转角.下面仍以不对称圆弧加直线修正为例进行分析,结论同样适用于其他等β角的修正情况.3.1 忽略工作腔不对称的影响动、静盘齿端形状不同的修正在θ∈[3π/2-β,θ3]阶段,修正部分进入啮合,图3中处于对称位置的两工作腔容积和压力不等,实际上这种差别并不大,因此可以忽略,而把二者作为一体考虑,以其容积之和为研究对象,并由此确定压力状态.由图5可得 l t1(θ)=(R f +r f )+|O 1O 2|cos ξ(14)l r1(θ)=|O 1O 2|sin ξ(15)式中ξ(θ)=π-θ3-arctanlR f +r f|O 1O 2|=(l 2+(R f +r f )2)1/2图5 等β角圆弧类修正气体力的分析3.2 考虑工作腔不对称的影响在实际工作中,必要时也可对动、静盘齿端形状不同的修正型式进行气体力的精确计算,计算方法可由图6得到.与不修正情况相比,此时中心腔和次中心腔的气体力计算均有所不同.在图6中,分别用V 2H 、p 2L 和V 2L 、p 2H 表示2个不对称的次中心腔的容积和压力.此外,P t 表示涡线节距,L H 、L P 分别为图6中点M 与点H 、点P 的距离,p S 为吸气压力.由图所示的几何关系可知F t1(θ)=hl t1(θ)(p 1-p 2L ) (16)F t2(θ)=hl t2(θ)(p 2H -p 3)-hl t2Δ(θ)(p 2H -p 2L )(17)F r (θ)=hl r1(θ)(p 1-p 2L )-hl r2Δ(θ)(p 2H -p 2L )+2ah (p 2H -p S )(18)式中 l t2(θ)=P t 4-θπ l t2Δ(θ)=|L H |+|L P |+r f = a92π-θ-α+(a 2+d 2rf )1/2sin δ+r f 357第7期 高秀峰,等:涡旋齿端等β角圆弧类型线修正理论的研究 l r2Δ(θ)=a +(a 2+d 2rf )1/2cos δ δ(θ)=32π-θ-β1+arctan d rf a取修正直线长度l =0,便成为不加直线修正的计算式.图6 切、径向气体力精确计算示意图(a )切向气体力(b )径向气体力图7 工作腔不对称性对气体力的影响3.3 算例对比取一个不对称修正的实例,分别按忽略和考虑工作腔不对称性计算其切向、径向的气体力F t 和F r .图7为设计工况(p s =0.625MPa ,p d =2.088MPa )下的计算结果对比.齿型基本参数为:P t =16.2mm ,t =3.6mm ,M =3,h =40mm ,β=3.75rad ,r f =3.2mm ,r m =6.5mm .这2种计算方法的结果差别只存在于θ=(3π/2-β)～θ3的转角区间.由图可见,在转角较小时,二者基本相同,当θ=θ3时,偏差最大,但总的来看,忽略与考虑工作腔不对称性的计算结果基本相同.为简单起见,在对其他相关部件的设计和分析中,切、径向气体力的计算完全可忽略工作腔不对称性的影响,而将其作为一体处理.4 结 论详细分析并系统阐述了涡旋齿端等β角圆弧类型线修正的生成方法,明确了齿端修正的限制条件,给出了齿端几何参数的通用解析表达式.采用控制容积法导出了齿端修正后,在任意转角时刻,压缩腔工作容积的精确且简洁的计算方法.在一个2π工作周期内,给出了修正齿端压缩机切向和径向气体力作用面积随动盘转角变化的精确及简化计算方法,并通过算例对2种计算方法进行了对比和分析,而这些修正理论适用于等β角圆弧类修正的所有齿型.参考文献:[1] 顾兆林,郁永章,冯诗愚.涡旋压缩机及其他涡旋机械[M ].西安:陕西科学技术出版社,1998.55～80.[2] 高秀峰,冯诗愚,顾兆林,等.涡旋齿端不等β角圆弧类型线修正研究[J ].西安交通大学学报,1999,33(12):56～60.[3] 平野隆久,荻本清,前田光敏. へ 流体机械被の へ 形状に关する研究[J ].三菱重工技报,1989,26(3):200～205.[4] 张禄和.涡旋齿型修正研究[J ].流体机械,1991,19(8):56～59.[5] 冯诗愚.汽车空调用涡旋压缩机型线修正及性能研究[D ].西安:西安交通大学图书馆,1998.(编辑 管咏梅)457西 安 交 通 大 学 学 报 第35卷。
渐开线-高次曲线组合型线涡旋压缩机的设计及有限元分析
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｎｖ ｌ ｅ ｈ ｇ ｅ ｒ ｅ Ｃｏ ｂ ｎ ｄ Ｐｒ ｆｌ ｏ ｓｇ ｆＩ ｏ ｕｔ — ｉ ｈ ｒ Ｃｕ ｖ ｍ ｉ ｅ ｏ ｅ ｆ ｒ ｉ Ｓｃ ｏ ｌＣｏ ｐｒ ｓ ｏ ｎ ｎ ｔ ｅ ｅ ａ ｙ ｉ ｒｌ ｍ ｅ ｓ ｒ ａ ｄ Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍ ｎｔＡｎ ｌ ｓｓ
２ １ 年第 ２期（ ２ ６期 ） ０１ 总 ２
文 章 编 号 ：０ ６２ ７ （０ １ ０ －０ ５０ １０ －９ １ ２ １ ）２０ ０ －５
渐开线 一 高次 曲线组合型线涡旋 压缩机的设计及有限元分析
邬 再 新 ， 文 武 ， 杜 刘 涛 ， 邵 兵
（ 兰州理工大学机电工程学院 ， 甘肃 兰州 ７ ０ ５ ） ３ ０ ０
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汽车空调涡旋压缩机研究
H= 0, 则得涡旋压缩机的行程容积为 VS = ( 2N - 1) PP( P - 2t ) h 涡旋压缩机的内容积比指行程容积与任意曲柄
轴回转角下, 各压缩腔的容积之比, 即 Qi ( H) = VS/ V i( H)
图 5 压缩机的容积计算
涡旋压缩机具有由涡旋圈几何形状决定的恒定
H H
所以, 从中心压缩腔数起编号 º 的阴影部份的
面积 S
S = SL - S S = 2Pa2( P- 2A) ( 3P- H)
图 2 宽度一定的渐开线
212 涡旋盘的主要参数 涡旋盘的主要参数及相互间的关系 基圆半径: a ( m) 涡旋体壁厚: t = 2aA ( m) 渐开线起始角: a ( rad) 压缩腔室数: N ( 对) 涡旋体节距: P= 2Pa ( m) 图 2 中: P = Cd
( 3) 动涡旋盘圈数 的优化。为了 减小动盘 外 径, 缩小压缩机直径, 有时亦可采用动盘圈数少于 静盘圈数的做法。
图8
4 结束语
本文叙述了涡旋压缩机的型线理论, 介绍了汽 车空调涡旋压 缩机的几何参数和涡旋 盘型线的优 化。可以相信, 涡旋压缩机以其独有的特点, 在中 小型汽车空调领域将发挥重要的作用。
11 涡旋转子; 21 涡旋定子 图 4 涡旋压缩机的压缩腔
由于形成 2 个形状相同的压缩腔, 它的容积为
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压缩机技术
第6期
V2 = 2 @ 2 Pa2( P- 2 A) ( 3 P- H) @ h = PP ( P - 2t ) h( 3- H/ P)
从中心压缩数起第 N 个压缩腔的容积为 Vi( H) = PP( P - 2t ) h [ ( 2N - 1) - H/ P] ( i \ 2)
涡旋压缩机型线的综述与展望
涡旋压缩机型线的综述与展望彭斌;赵生显;李要红;朱永军;张朋成【摘要】The scroll profile is the key and foundation for the structure design and performance analysis of scroll compressor. The per-formanceof scroll profile will determine the performance, volume efficiency, reliability and stability of scroll compressor in a great degree. So the scroll profile is very important to the performance analysis of scroll compressor. The researches of scholars on single profile, general profile, combined profile and modification profile have been analyzed deeply and reviewed widely. The new research and prospect of scroll profile are presented according to the current development of scroll profile. The analysis results can provide a certain guidance and reference for the research of scroll profile and the development of new type high efficiency scroll compressor.%涡旋型线是研究涡旋压缩机的基础和关键,涡旋压缩机的结构设计、性能分析都是以涡旋型线为主要依据,涡旋型线的性能将在很大程度上决定着涡旋压缩机的性能、容积效率、可靠性以及稳定性等诸多因素,因此涡旋型线的研究对于整个涡旋压缩机的性能分析有着十分重要的意义.本文从单一型线、通用型线、组合型线和修正型线方面出发,深入地总结和分析了各国学者对涡旋型线的研究工作,并结合目前涡旋型线的发展现状,提出了涡旋型线新的发展方向和趋势,分析总结结果对于涡旋型线的研究和新型高效涡旋压缩机的研发具有一定的指导和借鉴作用.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】9页(P56-64)【关键词】涡旋型线;单一型线;通用型线;组合型线;修正型线【作者】彭斌;赵生显;李要红;朱永军;张朋成【作者单位】兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH455涡旋机械的发展标志是1905年法国工程师Creux提出的一种新型旋转式发动机的设计构想，并在美国申请专利。
涡旋型线的加工分析
ｌ 前 言
２ 加 工 刀具 中心轨 迹方 程分 析及 应用
２ １ 渐开 线型 线刀 具 中心轨迹 方程 ．
涡旋型线 的加工 主要 有展成法 及数值逼 近
法 ， 管是 何种 加工 方法 ， 加工 程序 的关 键 总是 不 其 对加 工刀具 中心轨迹 程 序编 写 。展成 法主 要用 于
涡旋加工专机或 ｃ轴联动的加工 中心 ； 数值逼近
法适 用于通 用 型 的加 工 中心 ， 对 夹 具 的 要求 较 且
要 ： 对涡旋型线加工的刀具 中心轨迹程序进行 了分析 ， 出了通用刀具 中心轨迹方程并简单介 绍了其应用情 况。 提
文献标识码 ： Ｂ
关键词 ： 渐开线 型线 ； 通用型线 ； 变截面涡旋压缩机 ； 刀具 中心轨迹方程
中 图 分 类 号 ： Ｔ ４ Ｈ５
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作 图所 刀具中心轨迹
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由于涡旋 压 缩机 相对 于小 型活 塞式压 缩 机具
有一定的优点， ２ 世纪 ８ 从 ０ ０年代开始 ， 我国许多
公 司对 涡旋 压 缩 机 的 设 计 及 制 造 做 了大 量 的 工 作 ， 时在 设 计 及 制 造 方 面 发 表 了不 少 的论 文 。 同 本文 在前 人 的基础 上对 涡旋 型线 的实 际加工 程 序 编制进 行分 析 。 由于各个企 业 对 关 键 技 术 的保 密 ， 发表 的 所
浅谈涡旋压缩机设计
TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2019年10月上 97浅谈涡旋压缩机设计朱飞 广州万宝集团压缩机有限公司 广东 广州 510080摘 要 针对涡旋压缩机技术特点，通过结构分析和设计优化，对压缩机设计过程中的动平衡及型线设计的疑难点进行简单阐述和总结，希望为企业后续设计研发工作提供思路。
关键词 涡旋压缩机；动平衡；型线引言随着科学技术和社会经济的快速发展，当今社会对能源的需求越来越大，与此同时，不可再生资源的浪费问题也是越来越突出。
因此各行各业尤其是制冷行业对产品能效的要求越来越高，压缩机制冷产品的心脏，核心部件，制冷产品的高标准就是对压缩机的高要求，所以，相对传统的活塞式和转子式压缩机，涡旋压缩机具有零件少、振动噪音低、冷量大、能耗低等优点在日益追求高效、节能的市场竞争中逐渐脱颖而出。
1 技术特点涡旋压缩机是容积式压缩机，属于第三代压缩机，由动定涡旋盘组成，通过涡旋盘相互间啮合形成密闭容积连续变化，达到气体压缩目的，主要结构特点有：①零件数少：运动部件少，仅动定盘、机架、曲轴、电机等零件；②振动噪音低：固定曲轴结构以及足够大的排气缓冲结构、吸排气过程几乎连续使振动和噪音更小；③直接吸气：吸气预热小、容积效率高，使压缩机可靠性增强、效率更高；④高可靠性：压缩机没有阀片，运转更稳定、高可靠。
2 设计点2.1 型线设计型线是涡旋式压缩机最为重要部分，其参数设计直接关系压缩机性能，型线设计包含的参数很多，主要有型线方程、基圆半径a 、渐开线节距P 、涡旋体壁厚t 、涡旋体高度h 、型线圈数N 等[1-2]。
根据压缩机的设计需求确定基本参数V 、N 、a 、α，通过公式（1）~（4）来求解P 、r 、hV = ∏P(P -2t ）h （2N-1） （1）r = P/2-t （2）t = 2∏a （3）P = 2a α （4）型线方程是关联压缩机容积及啮合度，两涡旋盘在连续运转过程中始终保持一定数量的密封容积，所以动涡旋盘和静涡旋盘的相位差∏，基圆中心距r 。
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涡旋压缩机型线的相关研究
作者：汤觉海
来源：《中国科技纵横》2018年第04期
摘要：作为产品化的新型容积式流体机械，涡旋压缩机主要借助封闭容积的变化来对气体进行压缩，因体积小、工作平稳性好、容积效率高及能够进行容量调节等优势，使其一经投入市场变引起广泛关注。
涡旋压缩机的重要技术指标（如使用寿命、加工性能、噪声等）和参数（如效率、功耗等）都受到涡旋型线的影响，涡旋型线研究是开展涡旋压缩机其他研究的基础，也是国内外学者的重点研究对象，为此本文将就此展开探讨。
关键词：涡旋压缩机；涡旋型线；几何特性
中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0103-02
在整个涡旋压缩机的设计历史上，法国人L.CREUX首先提出以基圆为基础而设计的基圆渐开线来设计，从二十世纪七十年代开始世界各国都对这种新型的压缩机构建立项目进行研究。
目前涡旋压缩机的涡旋型线研究，西方国家的水平对于国内的研究来说遥遥领先。
随着涡旋压缩机的广泛应用，国内许多著名的院校所也开始对涡旋压缩机的型线理论进行研究，一些压缩机公司和企业也加入研制和生产涡旋压缩机的队伍，但涡旋压缩机的型线研究还不够深入，为此本文将对涡旋压缩机型线的相关研究进行总结和阐述，以期为促进国内涡旋压缩机关键技术的攻克，提供一些借鉴和思路。
1 涡旋压缩机型线的国内外研究现状
涡旋压缩机齿廓的形状取决于型线，这意味着涡旋压缩机性能的提升需要对齿廓的形状进行改变（即采用新型涡旋型线）或对原有型线进行修正，这些都是涡旋压缩机型线的设计问题。
1.1 单一涡旋型线的国内外研究现状
基于几大类平面曲线的单一涡旋型线应用最早且理论最完善，主要包括半圆渐开线、正多边形渐开线、基圆渐开线、代数螺旋线、线段渐开线、阿基米德螺旋线、变径基圆渐开线及包络型线等，现阶段采用正向分析的过程模拟及实测等方法来详细探究该类型线的功耗影响、热力学特征、力学特征及几何特征。
Yangguang Liu等通过有限元方法对构建的变径基圆渐开线涡旋齿实施了热结构耦合分析，结果显示在相同的容积比、吸气容积和外壳尺寸下，变径基圆渐开线拥有更小的径向和轴向形变。
唐景春等进行了变、定径基圆渐开线涡旋体应变和应力的对比分析，结果显示定径基
圆渐开线涡旋体的结构优势不如变径基圆渐开线涡旋体，后者能够更好地适应多种复杂工况。
日本日立公司香曾我部等对代数螺旋线理论展开了深入研究，在此基础上提出了日立型线理论，并利用日立型线理论生成了加速螺旋线。
重庆理工大学的田亚永对变径基圆渐开线涡旋压缩机型线进行分析，利用微分几何共轭曲面理论，证明了变径基圆渐开线作为涡旋型线的可行性，推导出利用该型线作为涡旋压缩机型线的基本方程，讨论了该型线的基本特点，表明变径基圆渐开线作为涡旋型线的优良特性，对该型线形成的涡旋盘进行工作腔容积计算，并进行了涡旋齿的气体力分析。
1.2 修正型线的国内外研究现状
在许多应用场合，单一涡旋型线不能兼顾压缩、排气和加工的不足，例如当涡旋型线始端出现加工干涉时，排气角和内压比是无法随意变化的，这会导致型线始端形成尖角而降低刚性。
为了弥补上述缺陷，研究者将目光转向了修正型线，例如圆弧-直线-圆弧修正型线就能够确保型线的刚度和强度，并且在确证排气角的前提下减少余隙、提高内压比、降低噪音及改善切削受力特性。
兰州理工大学的刘振全教授提出了利用圆弧修正基圆渐开线涡旋压缩机涡旋齿齿头的图解法，并采用微分几何理论对所提出方法进行了证明，实践显示，其提出的圆弧修正方法应用到涡旋压缩机的实际生产设计中，有助于涡旋压缩机整体性能的提高。
在压缩气体做工的瞬间，涡旋压缩机的排气口呈现最大压力，此时涡旋盘齿端呈现最显著的变形量，而西安交通大学的李连生、王国梁等针对该现象，利用圆弧修正方法来修正涡旋型线的齿端，从而获得新型涡旋型线。
合肥工大学的吴昊针对渐开线型线始端采用对称圆弧加直线修正的汽车空调涡旋压缩机，对修正型线啮合过程的特殊性进行了研究，提出了次压缩腔和中心压缩腔轴向投影面积的计算方法并构建了相应的数学模型。
1.3 组合型线的国内外研究现状
在同一涡旋圈上采用多段不同类型的型线连接而成的组合型线是修正型线的拓展，常见的有基圆渐开线-III型型线-基圆渐开线组合型线、基圆渐开线-圆弧-基圆渐开线组合型线等，具有降低气体滞留时间、缩短压缩时间、减少泄漏线长度、减少加工工时其增大气体轴向泄漏的阻力等优点，但少量增加器体力和扭矩、加工和测量不变、增加工作腔间压差等劣势也很明显。
美国联合科技运输公司的James W.Bush将基圆渐开线、高次曲线和圆弧组合构成了新型组合型线，并将该新型组合型线和单一基圆渐开线进行了对比，结果显示基于该新型组合型线的涡旋压缩机具有利用系数高的优点。
利用法向等距线法，兰州理工大学的杜文武生成了基圆渐开线-高次曲线-基圆渐开线组合涡旋型线，对压缩腔的动态压强和动态容积计算方程进行了推导，并结合实际案例，在不改变压缩比、排气容积和吸气容积的基础上，优化了单一基圆渐开线涡旋压缩机，计算出组合型线涡旋压缩机的吸气、排气容积、工作腔压强、型线长度等数
据，从而证明使用基圆渐开线-高次曲线-基圆渐开线组合型线优化基圆渐开线涡旋压缩机的型线长度是完全可行的。
在对组合型线的几何理论和通用理论进行详细论述的基础上，兰州理工大学的吴虎结合等距线理论给出了组合型线的集成形式，以法向等距线法为基础，利用遗传算法建立了以组合涡旋型线行程容积为目标函数的数学模型，并基于MATLAB遗传算法工具箱，优化了目标函数，将优化结果与不同参数下组合型线及单一渐开线的行程容积对比，得到了行程容积较大的优化组合涡旋型线。
2 涡旋压缩机型线的国内外研究新方向
上述三种涡旋型线都是在单一涡旋型线上的直接应用、修改或分段组合，由于单一涡旋型线的形状形貌都被少数几大类平面曲线所固定，它们的数学模型构建过程各不相同，这意味着单一的函数关系限制了优化效率且研究过程过于独立，整体应用特性有待提高。
为克服单一涡旋型线外形固定数学属性的束缚，研究者从统一性、通用性的角度出发提出了通用涡旋型线。
重庆工商大学的王立存教授等对平面曲线的曲率半径固有方程表达式进行了研究，对通用涡旋型线的切向角参数系数的变化规律和啮合图形进行了探讨，从而为通用涡旋型线的研究拓展了新角度。
基于通用型线历练，Qiang Jianguo研究了基本型线的解析式表达形式，使涡旋型线可以通过简单或多项式三角函数形式来进行表示，并且对于任意涡旋齿数的涡旋压缩机，根据相邻涡旋型线间的相位差来对特征角进行定义，从而深入研究了通用型线参数。
重庆理工大学的董光辉基于泛函通用涡旋型线共轭啮合理论的基础上，利用几何包络原理的等距曲线法生成涡旋型线，并且根据动静涡旋盘型线基于切向角特定系数向量法的方程，利用编程软件MATLAB的GUI实现通用涡旋型线的参数化设计，改变了传统涡旋型线的生成方式，也方便了新型涡旋型线的生成。
针对单一型线的不足，重庆工商大学的张贤明等以泛函理论为基础，对平面曲线的啮合理论和共轭啮合涡旋型线的解析包络原理进行了分析，从而设计新型通用涡旋型线，并且利用Taylor级数思想来就新型通用涡旋型线的型线方程、压缩行程容积、及型线长度等基本几何性质进行分析，最终得出了向量、坐标和Taylor级数等三种形式下的涡旋型线完整几何表达形式。
3 结语
对涡旋压缩机的高性能追求一直是国内外的研究热点，因此对涡旋型线理论的研究一直从未间断。
如何改变传统复杂的依据切向角参数变化的通用涡旋型线方程，得到动静涡旋盘型线关于坐标的表达方程，简化通用涡旋型线的生成，为新型涡旋型线的研究提供条件显得尤为重要。
涡旋压缩机的制造成本制约着涡旋压缩机在制冷行业的市场竞争，因此未来需进一步提高涡旋压缩机的生产效率，降低涡旋压缩机的制造成本，设计出新的涡旋型线，使涡旋盘更紧凑更适于大批量生产。
参考文献
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[3]程哲铭，欧阳新萍，雷蓉.涡旋式压缩机涡旋型线的研究综述与前景[J].流体机械，2015，（1）：51-56.
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[5]张国进.涡旋式压缩机通用涡旋型线性能控制系数研究[D].重庆理工大学，2015.
[6]吴昊.涡旋压缩机对称圆弧加直线修正型线理论研究[D].合肥工业大学，2015.。