变截面涡旋压缩机数学模型的研究

发布时间：2020-07-06 08:02

【摘要】：涡旋压缩机是一种新型高效的流体机械，具有节能、高效、可靠的特点。目前已在制冷、空调、各种气体压缩、发动机增压以及增压泵等领域得到广泛应用，有着广阔的应用前景和市场。目前国内外的研究主要集中于圆渐开线的等截面涡旋压缩机，压缩比通常较小，如果增大压缩比则需要增加渐开线的圈数，圈数增加会引起型线加工困难、气体在腔体内停留时间过长而导致涡旋盘整体温度过高、整机尺寸过大等诸多问题。而采用新型等距组合型线的变截面涡旋压缩机则可以采用很少的圈数就实现高压比。本文构建了一种以渐开线和高次曲线为基线的新型组合型线，以较少的圈数实现了涡旋压缩机的高压比。提出了变截面涡旋压缩机的数学模型，通过对数学模型的详细研究得到了整机的性能特点。论文基于微分几何学的共轭曲线啮合原理，建立了变截面涡旋齿基线，进而生成了变截面内外壁型线，再进行了双圆弧修正，然后根据基线法原理进行了相应的容积计算；通过对变截面涡旋压缩机气体力（轴向力、径向力和切向力）、力矩、动盘受力、曲轴受力和十字环受力的分析，建立了动力学模型的迭代方程组，采用Newton-Raphson数值方法进行了求解；在机械摩擦损失部分，主要研究了主轴承、曲柄销、止推轴承和十字环的损失模型，对机械效率和输入轴功进行了详细分析，通过与动力学模型的联立求解，获得了变截面涡旋压缩机的功率损失、机械效率和轴功的变化规律，这些规律经归纳总结，主要表现在： 1）主轴承的摩擦损失是影响机械效率的主要因素，在优化和实际生产中应予以重视； 2）机械效率因摩擦损失功的影响，随转速的升高而有一定的降低，但下降幅度平缓，说明此变截面涡旋压缩机运转具有可靠性。通过对实验数据和数值计算结果的详细对比分析，验证了本文提出的变截面涡旋压缩机数学模型的正确性。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH455
【图文】：

零件装配

涡旋压缩机是一种新型容积式流体机械，主要由动涡旋、静涡旋、防自转机构、曲轴和支架体等零部件组成，两涡旋盘偏心一定距离相对旋转180°对插在一起，形成多点啮合和多组月牙形封闭的工作腔。零件的装配关系见图1.1。图 1. 1 零件装配关系1.1.2 涡旋压缩机的工作原理动涡旋和静涡旋的结构十分相似，都是由端板和端板上伸出的涡旋齿所组成，在工作中一涡旋盘静止不动，称为静涡旋盘，而另一涡旋盘作公转平动，称之为动涡旋盘。动涡旋在专用防自转机构的约束下，由主轴带动作公转平动，这种特定的装配和运动，使得动、静涡旋齿之间所形成的多对月牙形封闭工作腔容积由大变小，实现周期性的容积变化。当主轴处于某一旋转角度时，最外圈的一对封闭的工作腔容积开启，吸气过程开始；当主轴旋转一周后，这一对工作腔关闭，形成封闭的工作腔容积，吸气过程结束；在这对新吸气腔形成的过程中，前一周所形成的封闭吸气腔已同时开始压缩过程。随着主轴的旋转

涡旋压缩机,工作原理图,排气口,气体

积与排气口相连通时，压缩过程结束，排气过程开始。工作腔内的气体从位于静涡旋中央的排气口排出，从而完成气体吸气、压缩和排气的全过程，其工作过程见图1.2所示。

曲线,共轭型线,啮合关系

图 2. 1 共轭型线啮合关系1 1A B 为能够相互啮合的共轭型线，因而两曲线在接触，在接触点 M 上取 AB 和1 1A B 的法线sR 和s1R ，过 o 和，则有：gsOM = R +Ruuuur uur uur，1 1 g1 s1O M = R +Ruuuuur uuur uur。的特点可知涡旋齿上任意一点的运动规律与曲柄的刻曲柄的瞬间运动方向与此刻型线上啮合点的切线方s s s[ cos( / 2) cos ] [ sin( / 2) g g g= R + R = R θ + π + R θ i + R θ + π +R uur uur r 的切向量为ddOMTθ=uuuurur，又因为1 or orOO = R cos θ i +R sinθjuuuur r rsddgRRθ= 渐开线类型线作为涡旋齿啮合型线的基本条件，也是须满足的微分方程式，根据此方程式就可构造出许多

【参考文献】