涡旋压缩机型线几何参数的优化设计方法研究
基于泛函的制冷压缩机通用涡旋型线几何理论研究
基于泛函的制冷压缩机通用涡旋型线几何理论研究张贤明;陈国强;王立存;牟瑛;陈彬【摘要】在涡旋压缩机型线设计研究中,针对单一型线的限制性,提出以泛函理论为基础的新型涡旋型线设计思路,利用Taylor级数思想,得出通用涡旋型线的新形式,就涡旋型线的压缩行程容积、型线方程、曲率(半径)以及型线长度等基本几何性质,在笛卡尔坐标系下做了较详尽的阐述和推导,得出了坐标、向量和Taylor级数等三种形式下的涡旋型线的完整几何表达形式.给出算例予以说明,得到基于MATLAB 的涡旋型线及其共扼型线图形.研究结果为研究基于泛函理论的通用涡旋压缩机型线设计理论奠定了基础,同时拓宽了涡旋压缩机型线设计的研究思路.%In the design of scroll profiles, aiming at the restriction of single profile, we proposed new design ideas, which were based on functional theory. The Taylor series was used to draw a new expression of scroll profiles. Basic geometric properties were detailed exposition and derivation in the Cartesian coordinate system such as the compressed volume-based equation, the curvature (radius of curvature) and type length. The integrated geometric expression of scroll profiles was obtained in three forms of Coordinate, vector and the Taylor series. Some examples were given to explain, and graphics of the scroll profiles and its conjugate contour line which were based on MATLAB were obtained. Research results of geometric theories for scroll profiles based on functional theory are as basis and will expand related research ideas.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2011(022)003【总页数】4页(P265-268)【关键词】涡旋型线;泛函理论;行程容积;几何理论;共轭型线【作者】张贤明;陈国强;王立存;牟瑛;陈彬【作者单位】重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆,400067;重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆,400067;重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆,400067;西安交通大学流体机械及压缩机国家工程研究中心,西安,710049;重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆,400067;重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆,400067【正文语种】中文【中图分类】TH450 引言涡旋压缩机是基于容积变化来实现对气体压缩的流体机械，它具有结构简单紧凑、高效节能、微震低噪声以及可靠性高等一系列的优点，使得涡旋压缩机在制冷和空调领域的应用有着飞速的发展，并且有在更大范围应用的趋势。
涡旋式压缩机涡旋型线的研究综述与前景
涡旋式压缩机涡旋型线的研究综述与前景作者：李宏利来源：《山东工业技术》2016年第13期摘要：涡旋式压缩机是近些年来备受关注的一种容积式压缩机，发展速度非常快，广泛受到国内外科技界重视。
涡旋式压缩机效率高，可靠性好，且噪声低，体积小，应用方便。
但目前就中国而言，涡旋式压缩机设计仍比较落后，不仅设计周期长，且设计参数不合理，准确性较差，很多时候依然处传统经验型设计阶段。
涡旋式压缩机结构设计中，涡旋线型非常重要。
如涡旋线型设计参数存在问题，缺乏有效修正与优化，必然导致结构参数间的关系、力矩、对力发生变化，影响涡旋式压缩机性能和运行安全。
本文将针对涡旋式压缩机涡旋型线展开研究和分析，以促进涡旋式压缩机设计水平的提高。
关键词：前景；研究综述；涡旋式压缩机；涡旋线型DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.0130 引言近些年来，涡旋式压缩机应用非常广泛，凭借节能、低振、低噪等优势，广泛应用于制冷行业，并取得优异成绩。
压缩机是空调制冷系统的核心部件，其性能直接决定空调系统性能和效果。
而涡旋型线则直接影响着涡旋压缩机的几何、力学、热力、功耗、效率等重要参数。
同时还影响着系统性能、寿命、噪声等重要技术指标。
因此，对涡旋压缩机的研究往往围绕涡旋型线，涡旋型线也一直都是国内外专家研究重点。
不同涡旋型线优化策略不同，设计思路不同。
涡旋型线研究对促进涡旋压缩机技术水平提高有重要意义。
1 涡旋压缩机的特点涡旋压缩机于二十世纪八十年代发明，是一种新型容积型压缩机。
涡旋压缩机运行原理由法国科学家Leon Cerux提出。
但该理论技术提出时，涡旋体加工困难，轴向力不稳定性，防自转技术不成熟，轴向密封不完善[1]。
因此，没有得到大面积推广应用。
随后美国开始对涡旋压缩机核心理论进行研究，开发了第一代HE压缩机。
八十年代末期，日本基于HE压缩机，进行新容积式压缩机开发，研发了第一代涡旋压缩机77B06，该压缩机性能卓越，广泛受到功率在1-15kW范围制冷系统应用。
基于混合智能算法的涡旋压缩机优化设计
用的冗余迭代 ， 求解效率低。蚁群算法虽然具有分
布式 并行 全局搜 索 能力 ， 是 在 解 决 大 型优 化 问 题 但 时， 存在搜 索空 间和 时 间性 能上 的矛盾 、 易过早 收敛 于非 全局 最优解 ， 以及 计算 时 间过长 等弱 点 。
压缩机的工作性能。因此 ， 优化涡旋盘的性能参数 ， 使参数取值更加合理， 对于提高能效 比、 节约资源 、 提高压缩机运转效率具有重要 的意义。传统优化设
用 ” 相应 的概率 为 ｇ 和 ｑ 一１ ， 。 。 。与蚁 群算法 不 同的 是， 混合 算法 在这 ２种 行 为模 式 中借鉴 遗 传 算 法 的 进 化思 想 ， 用杂 交 、 异等 遗传算 子来 进行 局部寻 利 变
（Ｅ ） 面 Ｅ Ｒ
其 中 Ｅ Ｒ为种 群 中个体的 目标 函数 ， Ｅ … 、 Ｅ ＥＲ ＥＲ Ｅ 分别为种群中目标函数的最大、 最小值 。
（） ５ 涡旋 线 圈数 ： Ｎｍ ≤Ⅳ≤Ｎｍ （） ６ 加工 工 艺要求 ≤ （ 为经 验值 ）
１ ３ 目标 函数 的确定 ．
出。它主要通过蚂蚁群体之间的信息传递和相互协 作 而达 到寻优 目的 ， 有分布 式并行 全 局搜索 能力 ， 具 通过信息素的积累和更新收敛 于最优路径上 ， 但初 期信息素匮乏 ， 求解速度慢。 基于遗传和蚁群的混合智能算法 （Ｇ Ａ Ａ ）将蚁 群算法与遗传 算法 相融合 ， 取两种 算法 的优 Ｊ汲 点 ， 服各 自的缺陷 ， 克 以使其 在 时问效 率上优 于蚂 蚁
涡旋压缩机的变径基圆渐开线型线研究
涡旋压缩机的变径基圆渐开线型线研究李雪琴;王君【摘要】研究了涡旋压缩机变径基圆渐开线的啮合特性和几何理论,得到了其共轭啮合型线方程；分析了不同参数下的型线特点和几何形状,并与基圆渐开线进行比较；提出了由变径基圆渐开线构建变啮合间隙涡旋齿的方法.利用变径基圆渐开线可构建出3种涡旋齿:等啮合间隙变壁厚涡旋齿、变啮合间隙等壁厚涡旋齿和变啮合间隙变壁厚涡旋齿,分析了各种涡旋齿的性能特点和适用范围,拓宽了涡旋型线的类型.%The meshing characteristic and geometric theory of base circle involute with changing radius in scroll compressor were studied, and the equation of its conjugate profile was obtained. Its profile characteristic and geometric shape under different parameters were analyzed and it was compared with base circle involute. The method of constructing wrap profile with changing meshing clearance by using changing radius base circle involute was presented. Three types of wrap were constructed by base circle involute with changing radius: wrap with e-qual meshing clearance and variable wrap thickness,wrap with variable meshing clearance and equal wrap thickness, wrap with variable meshing clearance and variable wrap thickness. The performance characteristics and applicability for every type of wrap were analyzed. The study results widened the type of wrap profile.【期刊名称】《压缩机技术》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】4页(P1-3,34)【关键词】涡旋压缩机;变径基圆渐开线;变啮合间隙型线;构建方法【作者】李雪琴;王君【作者单位】中国石油大学,山东东营257061;中国石油大学,山东东营257061【正文语种】中文【中图分类】TH4551 前言涡旋压缩机涡旋齿型线类型主要有:基圆渐开线、正多边形渐开线、平行四边形渐开线、半圆偏心线、线段渐开线、阿基米德螺旋线、代数螺旋线和变径基圆渐开线等，前5种构成等壁厚涡旋齿，而后3种通常可构成变壁厚涡旋齿［1－8］。
涡旋压缩机设计说明书
毕业设计（论文）题目空调用涡旋式压缩机结构设计学院机电与汽车工程学院专业机械设计制造及其自动化(机械设计制造）学生向涛学号指导教师孙鹏飞摘要本设计为空调用涡旋式压缩机结构设计，主要零部件包括动涡盘、静涡盘、支架体、偏心轴、防自传机构及平衡机构，动静涡旋盘应用圆的渐开线及其修正曲线的线型。
首先，确定了涡旋压缩机的重要结构参数，其次确定了涡旋压缩机的各个重要零件的结构尺寸，然后确定了涡旋线圆的渐开线线型并且对涡旋线进行修正，而后选择涡旋压缩机的各种附件，最后利用对涡旋压缩机的主轴进行有限元分析，最终说明了涡旋压缩机结构设计中的有关问题。
在涡旋齿线型的设计中，不仅说明了渐开线的特征和涡旋线的成形过程，而且还对涡旋线线型进行了修正。
通过以上设计的设计过程，最终得到了涡旋压缩机。
关键词：涡旋压缩机，动涡盘，静涡盘，偏心轴ABSTRACTThe design is designing the structure of air conditioning scroll compressor , the main parts including moving vortex disc, static vortex disc, bracket dody, eccentric shaft ，anti rotation mechanism and balance mechanism,the application of static and moving vortex disc involve circle and linear correction curve.First of all, the important structural parameters of scroll compressor is determined, then determined the structure size of each important part of scroll compressor, and then determine the involute type vortex line round and the vortex line is modified, and then choose a variety of accessories of the scroll compressor, the spindle of scroll compressor for finite element analysis, the final show the problem in the design of structure of scroll compressor. In the design of scroll profile, not only describes the forming process of involute characteristics and vortex lines, but also to carry on the revision to the vortex line.Through the above design, we finally got the scroll compressor.KEY WORDS: scroll compressor, moving vortex disc, static vortex disc, eccentric shaft摘要0目录0前言1第一章空调用涡旋式压缩机及装置系统总体方案设计1涡旋压缩机动静涡盘及其工作原理 1涡旋压缩机的防自转机构2涡旋压缩机的轴向径向柔性机构3涡旋压缩机的结构特点3涡旋压缩机的研发方向3第二章主要部件设计5涡旋压缩机的整体结构的选择5设计的已知条件5性能及结构参数确定6确定涡旋压缩机各重要零件的结构尺寸7第三章涡旋齿线型的选择与绘制原理10涡旋型线构成原则10圆的渐开线的形成10渐开线的特征10涡旋线的成形10涡旋线型的修正11第四章压缩机附件及密封细节14防自转机构 14轴承及支承 16压缩机的性能16径向密封16轴向间隙17润滑17结果17第五章基于NX Nastran解算器的有限元分析19总结26参考文献26致谢27本设计以空调用涡旋式压缩机为题，主要为了学习涡旋式压缩机的设计过程，以及运用和巩固我们大学所学知识。
第五章、涡旋式压缩机
0
02
6
2、基元投影面积及容积：
1）工作基元投影面积
a)对于基元②
S2=SL2-Ss2
动体内渐开线夹角及面积
0～2动内 92
SL2
9
2 0
1(r)2d
2
静体外渐开线夹角及面积
0～2静外 72
Ss2
721(r)2d
0
2
S2 9 27 21 2(r)d2r2(2)(3) P＝2πr
V2 2S2hP(P2t)(3)h
1. 泄漏途径
1. 1）由轴向间隙产生径向泄漏
2. 2）由径向间隙产生周向泄漏
2. 泄漏长度
周相接触长度大，泄漏小
径相接触长度小，泄漏大
结论：
q周 q径
减少轴向间隙可有效减少径向泄漏
二、密封机构
考虑因素：可靠性高，补偿性强 1、轴向密封机构：（密封轴向间隙）
1）接触式密封： 方法：在涡旋体顶端面镶嵌密封材料 材料：工程热塑料，耐磨金属材料 特点：结构简单，易加工，寿命短 2）非接触式密封 a)油沟密封： 在涡旋体顶端开油沟并延长用以润滑端面， 同时在涡旋 体的背面设背压腔，防止动静体脱开 特点：密封性好，寿命长，可靠性好，加工工艺困难
i()
p(
ps0
)
Vi(
)n
2）内压力比：
工作基元压缩终了压力与吸气压力之比
i
[
2 3
N
1]n
i()pp(s0)v1i()n
4、排气开始角θ*
230
Ф0——干涉齿处渐开线展角 α——渐开线起始角
由排气口的流量所决定
五、压缩机的排气孔口流量
由气体的连续方程
uA dv dt
涡旋压缩机的变基圆型线研究
涡旋盘的设计ꎻ王君等[９ － １０] 论证了变基圆渐开线 作为涡旋型线的可行性ꎬ给出了在外型线没有起 始角时的变基圆涡旋型线的形式ꎬ并对圆渐开线 型线进行双圆弧修正ꎬ推导出双圆弧修正型线方 程. 李雪琴等[１１] 给出了外型线具有起始角时的外 型线方程ꎬ而对于具有起始角的内型线方程没有 明确给出.
本文基于变基圆型线展开角是否在 ｘ 轴起 始ꎬ对具有起始角的内、外型线进行研究ꎬ给出了
７２３
内、外型线的方程表达式ꎬ推导了偏心距的求解方 程ꎬ分析了两种情况下型线方程之间的关系ꎻ并对 两种变基圆型线方程进行双圆弧齿头修正ꎬ给出 了修正型线方程.
１ 构成涡旋型线的条件
１������ １ 平面曲线啮合原理
第４０ 卷 第５ 期 ２０１９ 年 ５ 月
东北大学学报( 自然科学版) Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ( Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ)
ｄｏｉ: １０. １２０６８ / ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ － ３０２６. ２０１９. ０５. ０２２
涡旋压缩机的变基圆型线研究
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｓｃｒｏｌｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ ｂａｓｅ ｃｉｒｃｌｅｓ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｌ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｔａｒｔｉｎｇ ａｎｇｌｅｓ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｗｈｅｔｈｅｒ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｓｔａｒｔｅｄ ｏｎ ｘ ａｘｉｓꎬ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ ｂａｓｅ ｃｉｒｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ. Ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｂａｓｅ ｃｉｒｃｌｅｓ ｗｉｔｈ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ｐｒｏｆｉｌｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ. Ｔｈｅ ｓｃｒｏｌｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ ｂａｓｅ ｃｉｒｃｌｅｓ ｗａｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｉｎ ｄｏｕｂｌｅ ａｒｃ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ａｒｃ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ. Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｏｐｅｎｉｎｇ ａｎｇｌｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｔｏｏｔｈ ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｗｅｒｅ ｅｘｐｌｏｒｅｄꎬ ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｖａｒｉａｂｌｅ ｂａｓｅ ｃｉｒｃｌｅ ｓｃｒｏｌｌ ｐｒｏｆｉｌｅｓ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒꎻ ｂａｓｅ ｃｉｒｃｌｅ ｉｎｖｏｌｕｔｅ ｗｉｔｈ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｒａｄｉｕｓꎻ ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｔａｒｔｉｎｇ ａｎｇｌｅꎻ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｎｇｌｅꎻ ｐｒｏｆｉｌｅ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｅ ａｒｃ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
旋叶式压缩机型线设计与理论研究1
重庆大学硕士学位论文
英文摘要
equation having good performance and obtained new-type combination profile through applying the basic theory of profile design. The rotary vane compressor using this new-type have a large displacement ,high compression efficiency and volumetric efficiency, no moving shock and mutation of velocity and acceleration for leaves. it also improved the seal between the cylinder and the rotor. This technology had been applied for national invention patent (patent application No. 201010517105.6) in the substantive review stage currently. 5 Developed a CAD system for design and analysis of the rotary vane compressor based on the Windows environment, provided rapid design and analysis tools of rotary vane compressor’s new products. Keywords：Rotary vane compressor, motion law, envelope principle, composite curve
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式中 Ｍ— 动涡 ， 盘上所受总倾 覆力矩，＂ Ｎｍ ｆ 摩擦系 数 ’ ｎ— 主轴转速， ｍ ｒ ｉ ／ｎ
３３ 涡旋盘的泄漏损耗 ．
涡旋压缩机普遍采用间隙密封的方法， 此方
法在提高了压缩机可靠性的 同时也 产生了泄漏难
以控制的问题。 涡旋压缩机的内泄 漏使其功耗增 加， 外泄漏既 增加了功耗， 又减小了 排气量。涡旋 压缩机的泄漏形式主要有 ２ 通过 种： 轴向间隙的
机床加工， 所以目 前常采用基圆 渐开线作为涡盘 型线川。 基圆 渐开线型线的基本参数见图ｔ ｏ
收稿 日期 ： ２０－０－Ｍ ０５ －５－
图 １ 动涡旋 盘的结 构示意
由涡盘几何特征可得各参数之间 的关系 ：
ＦＬ Ｄ ＡＣＨＩ ＵＩ １ ４ ＮＥＲＩ
了 、
Ｖ １３ Ｎｏ１ ，０５ ｏ．３， ．１ ２ ０
Ａ ｎ ｏ Ｖ ｒ ｘ ｐ Ｌｎ Ｇ ｏ 匀 Ｐ Ｋ ｄ ｏｔ Ｔ ｅ ｅ ｍｅ ａ ｉ ｆ ｅ ｙ ｉ ｅ ｔ ｅ ｍ ｒ
Ｏｐｍｚｔｎ ｔｏ ｔ ｉ ｉ Ｍｅ ｄ ｉ ａｏ ｈ
ＵＵ ｇｗｎ， Ｘａ－，Ｉ Ｚ ｎｑａ， ｈｏ ｉ －ａｇＭＡ ｏｌＬＵ ｅ－ｕｎ１ Ｃａ Ｘｎ ｉ ｉ ｈ １ （ ｏｈｕ ｉｅｉ Ｔｃｎｌｙｆｎ ｅ ７０５， ａ ｌ ｚｏ Ｕ ｖｒｔｏ ｅｈｏ ｇ，ａ－ ｕ ００Ｃｉ ） ａ ｎ ｓ ｆ ｙ ｏ ｄ ３ ｈ ｎ Ａ ｓａｔ Ｔａｉ ｎｌ ｉ ｐ ｃｄｒ ｐ ｖ ｅ ａ ｅｒ ｍ ｅｉｇ ｉ ｉ ｒ ｕｅｅｔ ｐ ｃｓｎ ｔｈｏｇ ｉ ｔ ｄｓｎ ｂ ｒｃ： ｒ ｔ ａｄｓｎ ｅｕｓ ｉ ｐｒｍｔ ｂ ｅｔｎ ｄｓｎｎ ｅ ｉｍ ｎａｄ ｅｉｇ ｎｌ ｙ ｈ ｅｉ ｔ ｄｉ ｏ ｅｇ ｒ ｏ ｅ ｒｄ ａ ｏ ｅ ｙ ｔ ｅｇ ｇ ｒ ｓ ｑ ｎ ｒ ｓ ｅ ｏ ｃ ｏ ｎ ｅ ｇ ｏｔｅ ｌｃｍ ｍｓｒＴ ｓ ｄ ｄｓｇ ｐ ｃ ｕ ｓ ｓ ｄｆｕ ｔｇａ ｎｅ ｅｆｃｏ ｈｒ ｐｗｒ ｌｋｇ ｌｓ ￣ － ｆ ｓｒ ｐｓｏ．ｕ ｋｎ ｏ ｅｉ ｒｅ ｒ ｕ ｏ ｉ ｌ ｏ ｒ ｔ ｌ ｒ ｔｎ ｓ ｏｅ ａｄ ａｅ ｔｔ ｈ ｃ ｏ ｏ ｉ ｆ ｎ ｄ ｅ ｒ ｏ ｅ ｉｃ ｔ ｕ ａ ｅ ｏ ｒ ｉ ｏｅ ｆ ｗ ｉ ｎ ｅ ａ ｏ ｈ ｓ ａ
０ ’二（二２ 一＂＋ａ ３ ／）
Байду номын сангаас价 ＭＦ －，
（） ５
（ ６）
式中 Ｐ 涡 － 旋体节距， 二
ａ ，ｍ — 基圆半径 ｍ
‘ 涡 体 度ｎ Ｉ — 旋 厚 ｍ
ａ — 基圆渐开线起始角 ， “
Ｖ 涡旋体的 行程容积， ｎ ｎ－ ｌ ＇ ｈ 涡旋体的高度， 二 ｏ “ ｓ 吸气结束角， —
径向泄漏和通过径 向间 隙的切向泄漏 。
压缩机的设计中， 和。 Ｐ Ｖ ， 一般是作为已 知参数给出的。首先可根据式（） ４并参考一些成 型产品初 选涡旋型线圈数 ｎ又由于涡旋体壁厚 ， ｔ 是一个独立、 直观、 易于测量、 对其它几何参数
影 响相 对较小 的几 何参数 ， 以可 在保 证满 足强 所
超
７０５） ３００
摘 要： 在涡 旋压缩机的 设计中， 传统的设计方法是在满足设计要求和涡盘的 加工工艺条件下给出型线几何参数 但
这难以保证压缩机摩擦功耗和泄漏损耗较小 ， 严重影响 了压缩 机的机械效率 和容积效率的提 高。本文在 考虑使设 计出 的压缩机摩擦功耗和泄漏损耗最小 的基 础上 ， 提出 了一种涡旋型线几何参数设计 的新方 法。 关键词 ： 涡旋型线 ； 倾覆力矩 ； 摩擦 功耗 ； 泄漏损耗 ； 设计方法 中图分类号 ： Ｔ１ １５ ４ 文献标识码 ： Ａ
对称性 可知 ： Ｌ 二 ｈ ： ２ （１ １）
所以 压缩机， 对一台 总的切向 泄漏线长度为：
． ｖ
：＝ Ｎ 十 Ｐ２ｉ ） 。 ２ 艺 （ 一 ｈ ｓ
１ 卫 ２
矛 、， 卫沙 ， 、 ．Ｊ
Ｐ ２ｎ ＝ ａ
向 气体力 Ｆ、 ａ背压腔气体力 Ｆ、 ｂ 与静涡旋盘端面
ｔ二２皿
Ｖ＝Ｃ（ ｔ（ｎ １ （／ ）ｈ ２）２ 一 一 ０二） ７ Ｐ一 Ｐ ２一 一Ｂ 二 ｎ １ （ ／） ，
ｏｌｉｕ ｃ ｔ ｉ ｒｅｅ ｏｍｃｎａｅｉ ｒ ａｄ ｍ ｅｃｎ ． ｅ ｍｔｄ ｒｌ ｅｌｅｏｇｉｎ ｐ ｕｙ ｅｅ ｈ ｍｏ ｍｎ ｆ ｈ ｉｌ ｉ ｙ ｖｕｅ ｉｃ Ａ ｅｏｏｘ ｌ ｏ ｄ ｓ ｅｎ ｉ ａ ｓ ｎ ｎ ｄ ｐｖ ｔ ｅ ａｃ ｆ ｅ ｎ ｏ ｌ ｆ ｅ ｌ ｅ ｉ ｃ ｌ ｆｅｙ ｎ ｆ ｉ ｗ ｈ ｆ ｍｌ ｉ ｆ ｅｃ ｏ ｄ ｎ ｒ － ｎｎｅｗ ｐ ｆｗｒｏ ｔ ｂｉｏｔ ｌｓｒｔ ｈｓｏｅａ ｌｋｅ ． ｎ ｔ ａ ｕ ｏ ａ ｎ ａｓ ｅ ｔ ｉ ｏｅ ｗｒ ｅ ａ ｌｓ ｅｒ ｔ ｄ ｈ ｓ ｆ ｅ ｆ ｏ ｒｐ ｎ ａｇ ｏ ｓ ｒ ｅ ｈ ａ ｉ ｎ ｃ ｄ ｓ
其它几何参数 。 涡旋型 线的优化设计
动涡盘上产生摩擦损耗的部位有 ５ 分别 处， 为：１ （） 动静涡盘底板上表面和静涡 盘贴合处； ） （ ２ 十字滑环槽和十字滑环键之间； ） （ 动静涡旋盘径 ３ 向啮合处； ） （ 涡旋齿齿顶和槽底问； ） ４ （ 主轴曲柄 ５
销与动涡盘被驱动 面之 间。 经动力学分析 ， 以上 ５处摩 擦副处 ， 盘上 动涡
的啮合来实现 吸气 、 压缩 、 排气工作过程 。因此动
静涡旋盘的 结构参数的优化是提高压缩机效率的 主要途径。以往的优化方法， 主要集 中于涡旋型
线的修正上 ， 本文将 基于减 小压缩 机 的摩 擦功耗
和泄漏损耗对涡旋型线的几何参数的优化设计方
法进行一些研 究。 ２ 涡旋 型线的主要几何参数 间关系 由于基 圆渐开线 的理论 比较成熟且 易于数控
。 容积 比 —
图２ 动涡盘受力示意
ｎ 渐开线的圈 数 － 口— 开始 ’ 排气角， “ 九 — 刀具和 外侧渐开线干涉点的展角， “ 由以 上关系可表明， 在给定 Ｐ， ： ， 和 的条 Ｖ ， 件下， 所有儿何参数中只 ３ 有 个是独立的， 即只要 确定 ３ 个独立的几何参数， 即可确定涡旋型线的
表面和静涡盘的 端面 贴合处的摩擦损耗受涡旋盘 型线几何参数的 影响最大， 该处的最小摩擦损失 功率 Ｐ 为： ｆ
ｔ ， 二 下 尸－ －． －二 又 花 － 不 ｊ ＋ ‘似 ｕｋ ｔ ａ 斗７刀
＿
Ｍ （ 一）＇ ，。 ｔ 芍 斤 ｎ
一 ｔ ）
（） ７
传统的 设计方法是在满足设计要求和涡盘的 加工工艺条件下给出涡旋型线几何参数， 这种设 计方法难以保证压缩机摩擦功耗和泄漏损耗较 小， 影响了压缩机的机械效率和容积效率的 严重 提高。能 够满足设计要求和涡 盘的加工工艺条件 的 涡旋型 线几何参数有很多组［。 ２ 若能 １ 从多组几 何参数中 选出一组使涡盘摩擦功耗和 泄漏量较小 的 参数， 则这组参数才是较为理想的几何参数。
ｋ－ｌ
粉
３２ 涡旋盘的摩 ． 擦损耗与几何参数间的关系 涡 旋压缩机在运转过程中， 动涡旋盘受到轴
式中 ｋ — 等嫡 指数 ａ－ 径 向流量 系数 ，
２０ 年第 ３ 卷第 １ 期 ０５ ３ １
流
体
机
械
隙的大小通 常由加工精 度和装 配精度保 证 ， 泄漏 ｐ ｏ一 一 ｉ ｉ ） 第 个压缩腔在主轴转角 Ｂ （ 下 线长度的 大小取决涡旋型线的 几何参数， 此， 因 研 的瞬时密度， ／； ｋｍ ｇ 究涡旋型线的几 何参数对泄漏线 长 度的影响对涡 ％ 两 膜间 气体 动 隙， 的 流 间 ｍ — 油 ｍ 旋型线 的优化设计尤 为重要 。 Ｔ ； 第ｉ 个压缩腔中的气体温度， Ｋ 圆的 渐开线涡旋线第 ｉ 个压缩腔的径向泄漏 Ｌ（） 第 ｉ 个压缩腔在主轴转角 Ｂ ，Ｂ— ； 下 的径 向泄漏线长度 ， ｍ ｍ 线长度乙为： 、 。 速度 ， ｓ — 主轴角 １ ／ Ｌ 二Ｐ（｝ 一Ｂ ２ ＊ ） （０ １）
图 ３ 径向泄漏示意
间隙 子 区 氏压
较小的涡旋齿高度 ｈ 作为第三个独立的参数。 其它几何参数可根据 只、 ，， ， ｈ 代 ｖｎｔ 完全确定。 ， 最后， 结合加工工艺对确定的几何参数做适 还要
当 圆整 。
４ 实例计算
动 ｉ旋 齿 静 涡旋 齿
空压机的已知参数为：， ＩＰ； 二 ． Ｐ＝ Ｍ ａ沁 ０ ０ ． １ ｍ／ｉ 几 ＝ ． Ｍ ａｎ ６０ ｍ ； ８３ ｎ ４ ｍ ； ０７８ Ｐ； ３ ｒ ｉ ｐ ＝ ７３ ＝ ／ ｎ ， ０ ７７ ； ５ ｋ １ １ ． ３ Ｖ二 ｘ ８ ， ； ｍ ． ０ １ ＝． ４ 由 前述公式可确定出 ｎ ３ｔ ４ｍ ＝ ，二ｍ ａ
２０ 年第 ３ 卷第 １期 ０５ ３ １
文章编号 ： １（－０２泊 １ ） ０３－４ ０１ ３９ ０ Ｉ ５－（ ５ ５ Ｉ－ － － ０
流
体
机
械
５ ３
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涡旋压缩机型线几何参数的优化设计方法研究
刘兴 旺， 马小礼 ． 全， 刘振 李
〔 兰州理工大学 甘肃兰州
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了
的 力 Ｆ、 气 接触 ｖ 切向 体力 Ｆ 径向 体 Ｆ、 ， 气 力 ， 、 离
心 Ｆ以 力 ｝ 及倾覆力矩Ｍ 和 自 ａ 转力矩Ｍ 的作用。 ，
如图 ２所示 。
Ｃ表 面
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Ｐ ｔ 第ｉ — 个压缩腔瞬时气体压力， Ｐ ａ
切向 漏 动 涡 盘 外 型 之间 泄 是由 静 旋 的内 侧 线
存在的径向间隙在压差的 作用下引起的工质泄
漏， 如图 ４ 所示 。
静 祸盘
对于 任一个压缩腔， 通过径向间 Ｃ的切向 隙 ， 气体泄漏长度 Ｌ是涡旋型线的高度， ｕ 从压缩腔的