CN1312406C - 涡旋压缩机 - Google Patents
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Abstract
一种新型涡旋压缩机,其涡盘根部型线基于三基圆(Three Basic Circle,简称TBC)理论的延伸修正型线。该型线由外侧主渐开线段J2E2,连接直线段E2E1,内侧主渐开线段E1J1,内侧修正渐开线段J1K1,修正大圆弧段K1N,修正小圆弧段NK2,外侧修正渐开线段K2J2组成。修正圆弧圆心O1及O2均不在过主涡线基圆的切线上。本发明解决了PMP型线涡旋根部段(即高压区部位)强度与压缩比相互限制,涡旋压缩机压缩比不能大幅提高的缺点,从而在提高涡旋压缩机压缩比的同时,涡旋根部强度也有所提高。本发明所涉及的涡旋压缩机适用于空调、制冷、真空泵和气体压缩等方面。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡旋压缩机。该涡旋压缩机用于空调、制冷、真空泵和气体压缩等方面。
背景技术
涡旋压缩机是近二十多年来国际上出现的一种全新压缩机,具有机构简单、高效、低噪音等优点。为获得高效的压缩比,各国都对涡旋压缩机涡旋根部型线的修正作了大量工作。目前各国广泛采用的涡旋压缩机涡盘涡旋根部(即高压区部位)修正型线是日本三菱重工开发的一种完全啮合Perfect MeshIndustrial型线(简称PMP型线)。其特征在于高压区部位由两段圆弧修正而成,并且修正圆弧圆心均在过主涡线基圆的切线上。
PMP型线虽然能将残余气体排净,避免了重复压缩,但是分析其修正原理可知:为获得高的压缩比,须使排气角增大,但由此使主涡线被修正段减少,仅在排气孔附近涡线壁厚有所增加,而其余部分涡线壁厚不变,因而不能保证在根部段有足够的强度,反之,要使根部段强度提高,则只能以降低压缩比为代价。因此,使造成涡旋压缩机压缩比不能大幅提高,功率受到限制,使得大多数涡旋压缩机多在空调工况下使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决PMP型线涡旋根部段(即高压区部位)强度与压缩比相互限制,涡旋压缩机压缩比不能大幅提高的缺点。本发明涉及一种涡旋压缩机,提出了一种基于三基圆(Three Basic Circle,简称TBC)理论的延伸修正型线。
本发明涉及的涡旋压缩机,其涡盘涡旋根部段(即高压区部位)型线是基于“三基圆”型线(简称TBC型线)修正理论的延伸修正型线,该型线圆心在原点的主基圆O的外侧主渐开线段J2E2,连接直线段E2E1,主基圆O的内侧主渐开线段E1J1,圆心在xo1′、yo1′;的辅助基圆O1′的内侧修正渐开线段J1K1,修正大圆弧段K1N,修正小圆弧段NK2,圆心在xo2′、yo2′的辅助基圆O2′的外侧修正渐开线段K2J2组成;上述三个基圆,简称三基圆,基圆半径均为α,主基圆的圆心至二个辅助基圆圆心的距离均为D,三个基圆的圆心位于同一直线,该直线与x轴夹角为ψ;其中,
(1)主基圆O的外侧主渐开线段J2E2形状曲线满足方程:
其中,x0=0,y0=0,α=α0,α0为形成外侧主渐开线段的起始角,θ的取值由
开始;
(2)连接直线段E2E1形状曲线满足方程:
直线段E2E1的端点E2、E1分别与渐开线J2E2、E1J1上的E2和E1点是同一点,因此坐标值是已知的,则E2E1的参数化方程为:
(3)主基圆O的内侧主渐开线段E1J1形状曲线满足方程:
其中,x0=0,y0=0,α=-α0,-α0为形成内侧主渐开线段的起始角,θ的取值由
开始;
(4)辅助基圆O1′的内侧修正渐开线段J1K1形状曲线满足方程:
其中,
α01为形成内侧修正渐开线段J1K1的起始角,
θ=αK1,αK1=π-α01+ψ+δ′,
δ为内侧修正渐开线段J1K1展开角;
(5)修正大圆弧段K1N形状曲线满足方程:
修正大圆弧段K1N的端点K1为内侧修正渐开线段J1K1上的点,圆心而x01、y01点坐标为:
γ为修正大圆弧段K1N和修正小圆弧段NK2圆心的连线与三个基圆圆心所在直线的夹角,
为中心基圆圆心与修正大圆弧圆心的距离,修正大圆弧段K1N与修正小圆弧段NK2在N点相切;
R1为修正大圆弧段K1N的半径,R2为修正小圆弧段NK2的半径;
γp=δ′+ψ-_,式中:
(6)修正小圆弧段NK2形状曲线满足方程:
修正小圆弧段NK2的端点K2为外侧修正渐开线段K2J2上的点,圆心x02、y02点坐标为:
修正大圆弧段K1N与修正小圆弧段NK2在N点相切;
(7)辅助基圆O2′的外侧修正渐开线段K2J2形状曲线满足方程:
其中,
α=α02,
α02为形成外侧修正渐开线段K2J2的起始角,
θ=αK2,
αK2=δ′+ψ-α02,
δ为内侧修正渐开线段J1K1展开角。
本发明涉及的新型涡旋压缩机,涡旋根部段(即高压区部位)型线由基于“三基圆”型线(简称TBC型线)修正理论的延伸修正型线完全形成。修正圆弧圆心O1及O2均不在过主涡线基圆的切线上,克服了PMP型线的缺点,由此带来的好处是:
<1>.当β↓,
时,渐开线J1K1段涡线壁厚仍可向内延伸成壁厚增加,使涡旋型线根部强度提高。
<2>.由于本理论的型线根部附近段壁厚增加,使一对涡旋腔啮合瞬时构成的一对封闭腔容积减小,因而能提高压缩比。
附图说明
图1是涡旋型线根部“延伸形变修正”,原理示意图;
图2是有附加直线修正的涡旋型线根部“延伸形变修正”原理示意图;
图3是日本专利型线PMP示意图;
图4足为经涡旋型线根部“延伸形变修正”后,对日本型线对比示意图;
图5是PMP型线动盘、静盘啮合时,排气腔面积;
图6是涡旋型线根部“延伸形变修正”型线动盘、静盘啮合时,排气腔面积;
具体实施方式
“延伸形变修正”理论的基本思想如下面的说明:
如图1所示,主涡线基圆O,圆心在O点,现引入半径均为a,距O点均为D的左右两个从基圆O1′及O2′,三个主、从基圆的圆心在一条直线上,三圆心所在直线和X轴夹角为ψ。由该主基圆生成的内、外主涡线为渐开线J1E1及J2E2,其起始角分别为α0和-α0,主基圆半径为a,现设定内外涡线起始点J1及J2不随β角变化而变化,而是在图1中的定点。对图1
J1点的开始角为:
由此向外展开生成主涡线J1E1段
J2点的开始角为:
由此向外展开生成主涡线J2E2段
从J1及J2分别以两从基圆作向内延伸渐开线J1K1段及J2K2段,图1中线段J1C1绕从基圆O1′作纯滚动转过角δ切从基圆O1′于 Q1点,线段J2C2转过相同角度切从基圆O2′于Q2点。由于引入了延伸形变渐开线J1K1及J2K2,因此,摘要附图中修正圆弧圆心O1及O2均不在过主涡线基圆的切线上,由O1及O2再作圆弧修正,已突破了日本专利中规定的涡旋根部型线修正圆弧的圆心只能在主涡线基圆切线上的限制。
本发明是基于“三基圆”型线(简称TBC型线)修正理论的延伸修正型线,其具体推导如下:
修正型线的理论计算与推导:
1、引入参数D、ψ的无附加直线段修正
由图1知:δ=π-β,
,故
由本修正思想及渐开线性质可知:曲线段J1K1段及J2K2段起始角分别为:
其开始角(对应K1及K2点)和终止角(对应J1及J2点)分别为:
为正确啮合,应有:
由图1中直角三角形OO1B1有:
其中:
式(8)+式(9)得:
令
于是式(11)可表示为:
代入式(7),求得:
由图1及渐开线的性质知:
由图1中图形Q1O1O1′OB1所示:
对ΔO1′Q1O,由余玹定理得:
且由正玹定理得:
故:
由此:可由式(8),(9)求出R1、R2;
由图1可知:
故脱啮角为:θ°=2π-γ (19)
2、引入参数D,ψ的有附加直线段修正
令图1中
在图2中为
则图2中:
图2中:
由无直线修正中式(18)知:γ→γp
则得:
脱啮角得:θ°=2π-γ (26)
3、参数D和ψ的约束条件
参数D和ψ与主涡线设计基本参数有一定的限制条件。如果D和ψ的取值过大,不满足约束条件,两个修正圆弧则不能够正确相切。
约束方法公式推导如下:
当
且
时,型线光滑连接。
对
,即
上式化简得: R2sin(δ-ψ)≤0 (28)
分析式(28), R2只能为正,故
sin(δ-ψ)<0时,有可能形成型线,因为R2和δ,ψ也有关。
由式(12)
由式(8),(9) R1-R2=a(π-2α) (30)
联立式(29),(30)得:
式(31)中:
式(32),(33)代入式(31)得:
所以,对
R2>0而且sin(δ-ψ)<0时,能形成光滑型线;
对
即
式(35)中,
式(36)代入式(35),得:
式(37)中γ角由式(18)可得。即
所以,得到式(37)为判断式。当参数a,δ,δ′,ψ一定时,D的范围可定,所得范围能够形成光滑闭合曲线的限制条件。则型线是否可以光滑闭合即可判断。
综上所述,D和ψ的约束条件是
当
且sin(δ-ψ)<0时并且
其中
时,能够形成光滑型线。
以上是参数D和ψ约束方法公式推导。
下面是另外一种D和ψ约束方法公式推导,可以作为检验公式:
两个修正圆孤田心距离为
当
时,型线光滑连接性被破坏,此种情况下,修正圆弧太大。
当
时,两修正圆弧相切,此时型线仅用圆弧修正。
当
时,须用直线段进一步修正,在这种情况下其切点N1,N2坐标由下式确定:
4、推导各点坐标
渐开线上的点,由下述方程求得:
J1点:
x0=0,y0=0,θ=α1[式(1)],α=α0;代入式(40);
J2点:
x0=0,y0=0,θ=α2[式(2)],α=-α0;代入式(40);
K1点:
x0=-Dcosψ,y0=-Dsinψ,θ=αK1[式(5)],α=α01[式(4)];代入式(40);
K2点:
x0=Dcosψ,y0=Dsinψ,θ=αk2[式(6)],α=α02[式(4)];代入式(40);
x01、y01点:
x02、y02点:
γP由式(8)确定;
xN1、yN1点:
xN2、yN2点:
当s=0时,xN1 =xN2 =xN,yN1=yN2 =yN;
为减少计算积累误差,则:
由上面推导可以形成新型得涡旋型线。
参见图1:主涡线基圆O,圆心在O点,现引入半径均为a,距O点均为D的左右两个从基圆O1′及O2′,三个主、从基圆的圆心在一条直线上,三圆心所在直线和X轴夹角为ψ。由该主基圆生成的内、外主涡线为渐开线J1E1及J2E2,其起始角分别为α和-α,主基圆半径为a,现设定内外涡线起始点J1及J2不随β角变化而变化,而是在图3中的定点。
从J1及J2分别以两从基圆作向内延伸渐开线J1K1段及J2K2段,线段J1C1绕从基圆O1′作纯滚动转过角δ切从基圆O1′于Q1点,线段J2C2转过相同角度切从基圆O2′于Q2点。由于引入了延伸形变渐开线J1K1及J2K2,因此,修正圆弧圆心O1及O2均不在过主涡线基圆的切线上,由O1及O2再作圆弧修正。
在图1中,三个主、从基圆的圆心在一条直线上,三圆心所在直线和X轴夹角为ψ以及左右从基圆和主基圆圆心距离D应满足的条件是:
当
且sin(δ-ψ)<0时并且
Dsinψ+asin(δ′+ψ)≥
{a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′
其中
时,能够形成光滑型线。
本发明涉及的涡旋压缩机涡旋根部段(即高压区部位)型线由基于“三基圆”型线(简称TBC型线)修正理论的延伸修正型线组成,与相同比例大小的PMP型线组成的涡旋压缩机比较如图5与图6。可以知道,在相同的进气量下,本发明涉及的涡旋压缩机在排气腔面积明显比日本PMP型线压缩机小,这就说明压缩比有了提高,并且在根部涡线厚度还增加,完全克服了PMP型线压缩机的缺点。
Claims (1)
1.一种涡旋压缩机,包括涡盘,其特征是涡盘涡旋根部型线由圆心在原点的主基圆O的外侧主渐开线段J2E2,连接直线段E2E1,主基圆O的内侧主渐开线段E1J1,圆心在xO1′、yO1′的辅助基圆O1′的内侧修正渐开线段J1K1,修正大圆弧段K1N,修正小圆弧段NK2,圆心在xO2′、yO2′的辅助基圆O2′的外侧修正渐开线段K2J2组成;上述三个基圆,简称三基圆,基圆半径均为α,主基圆的圆心至二个辅助基圆圆心的距离均为D,三个基圆的圆心位于同一直线,该直线与X轴夹角为ψ;其中:
(1)主基圆O的外侧主渐开线段J2E2形状曲线满足方程:
其中,x0=0,y0=0,α=α0,α0为形成外侧主渐开线段的起始角,θ的取值由
开始;
(2)连接直线段E2E1形状曲线满足方程:
直线段E2E1的端点E2、E1分别与渐开线J2E2、E1J1上的E2和E1点是同一点,因此坐标值是已知的,则E2E1的参数化方程为:
(3)主基圆O的内侧主渐开线段E1J1形状曲线满足方程:
其中,x0=0,y0=0,α=-α0,-α0为形成内侧主渐开线段的起始角,θ的取值由
开始;
(4)辅助基圆O1′的内侧修正渐开线段J1K1形状曲线满足方程:
其中,
,α=α01,
α01为形成内侧修正渐开线段J1K1的起始角,
αk1=π-α01+ψ+δ′,
δ为内侧修正渐开线段J1K1展开角:(5)修正大圆弧段K1N形状曲线满足方程:
修正大圆弧段K1N的端点K1为内侧修正渐开线段J1K1上的点,圆心x01、
y10点坐标为:
Rt为修币大圆弧段K1N的半径,R2为修正小圆弧段NK2的半径;
γP=δ′+ψ-_,式中:
(6)修正小圆弧段NK2形状曲线满足方程:
修正小圆弧段NK2的端点K2为外侧修正渐开线段K2J2上的点,圆心X02、y02点坐标为:。
修正大圆弧段K1N与修正小圆弧段NK2在N点相切;(7)辅助基圆O2′的外侧修正渐开线段K2J2形状曲线满足方程:
其中,
α=α02,
α02为形成外侧修正渐开线段K2J2的起始角,
θ=αK2,
αK2=δ′+ψ-α02,
δ为侧修正渐开线段J1K1展开角。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070425 Termination date: 20100512 |