局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤的制作方法
【專利摘要】局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤，靜渦旋盤（1）和動渦旋盤（2）的渦旋齒的相反面均分布有散熱片，靜渦旋盤（1）的背面設(shè)有一個端板與靜渦旋盤（1）的散熱片構(gòu)成了一個氣流通道，在動渦旋盤（2）的背面設(shè)有一個托盤，與動渦旋盤（2）的散熱片也就形成了一個氣流通道，靜渦旋盤（1）和動渦旋盤（2）的渦旋齒的齒頂加裝固體自潤滑摩擦副（3），兩個渦旋盤相互嚙合，在外力和溫度的共同作用下，兩個相互嚙合的渦旋盤的外表面能發(fā)生形變；第二點（P）是渦旋齒的渦旋段上的一點變形后的位置，第二點（P）與基圓中心點（O）的距離為LPO，第一點（V）為變形前第二點（P）的位置，線段（PV）的長度為徑向變形量LPV，0≤≤0.08mm。
【專利說明】
局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于壓縮機技術(shù)領(lǐng)域，涉及局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤。
【背景技術(shù)】
[0002] 渦旋壓縮機作為制冷壓縮機和有油潤滑空氣壓縮機技術(shù)已趨近成熟，產(chǎn)品已經(jīng)能 夠穩(wěn)定運行。壓縮機外形體積小、重量輕、排氣量大、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、可靠性高等特點；但在 食品、醫(yī)藥、紡織和新能源汽車等領(lǐng)域，壓縮空氣是絕對不能含油的。
[0003] 目前有兩種方法來獲得無油壓縮空氣，一種是采用高性能過濾器，盡可能實現(xiàn)無 油，但增加油氣分離器會導(dǎo)致系統(tǒng)龐大，同時壓縮氣體中所含有的潤滑油凝結(jié)在壓縮系統(tǒng) 中的其他設(shè)備上會影響其正常工作；另外一種就是采用無油渦旋壓縮機，由于無油渦旋壓 縮機自身的優(yōu)良結(jié)構(gòu)特性使其在新能源汽車應(yīng)用上具有其他壓縮機無法比擬的優(yōu)勢。
[0004] 隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，無油渦旋壓縮機的發(fā)展越來越被重視。
[0005] 但無油渦旋壓縮機渦旋盤的密封問題一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點，如何才能更 進(jìn)一步的減小切向泄漏間隙，提高渦旋壓縮機的壓縮效率更是迫在眉睫的問題。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中的無油潤滑的渦旋壓縮機存在著以下缺點：1)相比于有油潤滑的渦旋 壓縮機，無油渦旋壓縮機沒有潤滑油進(jìn)行潤滑和密封，密封效果差，同時由于渦旋齒的溫度 和壓力分布不均勻，其引起的變形也不均勻；2)在動、靜渦旋盤嚙合的過程中，動靜渦旋盤 之間的間隙比較大，且無法自動調(diào)隙，氣體的切向泄漏量較大，從而會影響無油渦旋壓縮機 的整機性能；3)無油渦旋盤的基體是鋁合金，表面經(jīng)過陽極氧化處理，但表面氧化層的厚度 非常??；如果陽極氧化表面層出現(xiàn)磨損則鋁合金基體會直接接觸，這時就會出現(xiàn)鋁合金基 體相互咬合的情況，從而破壞渦旋齒影響壓縮機的正常運行。4)中心壓縮腔動靜渦旋盤由 于受到高溫和高壓的作用，變形比較大，渦旋齒之間的間隙是按照最大變形情況下來進(jìn)行 考慮，因此渦旋齒的齒頭部分間隙大，泄漏嚴(yán)重，無法保證壓縮機的壓縮比和壓縮效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實用新型的目的在于提供一種局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤。
[0008] 本實用新型是局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤，靜渦旋盤1和動渦旋盤2成 180度相對安裝，靜渦旋盤1和動渦旋盤2的渦旋齒都為單渦旋齒結(jié)構(gòu)，靜渦旋盤1和動渦旋 盤2的渦旋齒的相反面均分布有散熱片，靜渦旋盤1的背面設(shè)有一個端板與靜渦旋盤1的散 熱片構(gòu)成了一個氣流通道，在動渦旋盤2的背面設(shè)有一個托盤，與動渦旋盤2的散熱片也就 形成了一個氣流通道，靜渦旋盤1和動渦旋盤2的渦旋齒的齒頂加裝固體自潤滑摩擦副3,兩 個渦旋盤相互嚙合，在外力和溫度的共同作用下，兩個相互嚙合的渦旋盤的外表面能發(fā)生 形變;第二點P是渦旋齒的渦旋段上的一點變形后的位置，第二點P與基圓中心點〇的距離為 LP0，第一點V為變形前第二點P的位置，線段PV的長度為徑向變形量LPV; rb為基圓半徑，α為渦 旋型線內(nèi)外型線的發(fā)生角;第一夾角屯:為第二點Ρ與基圓中心的連線與X軸的夾角，第二夾 角$ 2為第一點V的漸開角，渦旋齒徑向變形量由變形后各點的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過 程計算求得，第二點P的坐標(biāo)P(XP，yp)為渦旋齒渦旋段上一點變形后的位置，則第二點P的坐 標(biāo)P(Xp，yp)到變形前渦旋齒的距離為渦旋齒的徑向變形量，即線段PV的長度，則，
[0009]
[0010]
其中：i表示渦旋線轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；
[0011] 則內(nèi)外渦旋型線的徑向變形量為：
[0012]
[0013] 本實用新型的有益效果是能夠減小無油渦旋壓縮機因間隙大而導(dǎo)致的泄漏問題， 采用變壁厚的方式使得無油渦旋壓縮機的渦旋盤在嚙合時的間隙是均勻變化的，使運行更 加平穩(wěn)，效率更高，進(jìn)一步保證較高的壓縮比。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型無油渦旋壓縮機的部分示意圖，圖2是嚙合中的渦旋盤局部壁厚 變形示意圖，圖3是兩渦旋齒變形均在同向的局部放大示意圖，圖4是兩渦旋齒變形均在反 向的局部放大示意圖，圖5是兩渦旋齒變形分別在同、反向的局部放大示意圖，圖6是模擬變 形均在同向的曲線變化示意圖，圖7是模擬變形均在反向的曲線變化示意圖，圖8是模擬變 形分別在同、反向的曲線變化示意圖，圖9是渦旋型線局部變壁厚計算示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示，本實用新型是局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤，本實用新型是 局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤，靜渦旋盤1和動渦旋盤2成180度相對安裝，靜渦旋 盤1和動渦旋盤2的渦旋齒都為單渦旋齒結(jié)構(gòu)，靜渦旋盤1和動渦旋盤2的渦旋齒的相反面均 分布有散熱片，靜渦旋盤1的背面設(shè)有一個端板與靜渦旋盤1的散熱片構(gòu)成了一個氣流通 道，在動渦旋盤2的背面設(shè)有一個托盤，與動渦旋盤2的散熱片也就形成了一個氣流通道，靜 渦旋盤1和動渦旋盤2的渦旋齒的齒頂加裝固體自潤滑摩擦副3,兩個渦旋盤相互嚙合，在外 力和溫度的共同作用下，兩個相互嚙合的渦旋盤的外表面能發(fā)生形變;第二點P是渦旋齒的 渦旋段上的一點變形后的位置，第二點P與基圓中心點〇的距離為L PQ，第一點V為變形前第二 點P的位置，線段PV的長度為徑向變形量LPV;rb為基圓半徑，α為渦旋型線內(nèi)外型線的發(fā)生 角；第一夾角Ψι為第二點Ρ與基圓中心的連線與X軸的夾角，第二夾角Ψ 2為第一點V的漸開 角，渦旋齒徑向變形量由變形后各點的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過程計算求得，第二點Ρ的 坐標(biāo)P (xP，y ρ)為渦旋齒渦旋段上一點變形后的位置，則第二點Ρ的坐標(biāo)P (xP，y ρ)到變形前渦 旋齒的距離為渦旋齒的徑向變形量，即線段PV的長度，則，
[0016]
[0017]
其中：i表示渦旋線轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；
[0018] 則內(nèi)外渦旋型線的徑向變形量為：
[0019；
[0020] 圖2是兩個渦旋盤在嚙合的過程當(dāng)中，在溫度和壓力的作用下而在局部產(chǎn)生的微 小的變形（如圖2中圈出的部分）。在局部由于高溫、高壓使得渦旋盤變形嚴(yán)重，因而使得渦 旋盤之間的間隙也增大，導(dǎo)致渦旋盤的切向泄漏嚴(yán)重，壓縮比大大減小。規(guī)定向著減小渦旋 齒間隙的方向發(fā)生形變?yōu)橥蜃兓?。圖3是兩個渦旋齒變形均在同向的局部放大示意圖。從 示意圖中可以看出，由于變形都在同向使得兩個渦旋齒之間的間隙減小，故在此局部區(qū)域 內(nèi)可以形成很好的密封效果。圖6是模擬此嚙合情況的兩個渦旋盤的外表面變化過程的曲 線。圖中所示的兩條虛線位置是兩個渦旋齒在非工作狀態(tài)下的間隙，即動渦旋盤繞靜渦旋 盤的回轉(zhuǎn)半徑的大小。從圖中的曲線可以看出，此局部渦旋齒之間的間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于兩個渦 旋齒在非工作狀態(tài)下的間隙，嚙合的過程中，在高溫和高壓的作用下，局部發(fā)生了微小的形 變，使得兩個渦旋齒之間的間隙減小，因而在此局部嚙合區(qū)域內(nèi)切向泄漏減小。明顯可以看 出，此變形對于整個渦旋盤都是比較有利的。但有時會因溫度和壓力過高而產(chǎn)生較大的變 形，可能出現(xiàn)兩個渦旋齒互相咬合的情況，這種情況就會加劇渦旋盤表面的磨損，增大泄漏 間隙。因此在這種情況下，為了減小兩個渦旋齒之間的泄漏間隙，可以適當(dāng)?shù)臏p小兩個渦旋 齒的壁厚，以保證兩個渦旋盤在嚙合時的間隙盡可能的小，而且不會產(chǎn)生咬合現(xiàn)象，以達(dá)到 更佳的嚙合狀態(tài)。
[0021] 圖4是兩個渦旋齒變形均在反向的局部放大示意圖。從示意圖中可以看出，兩個渦 旋盤的變形都在反向，增大了局部范圍內(nèi)的間隙，使得被壓縮的氣體在此局部區(qū)域內(nèi)，泄漏 十分嚴(yán)重，大大的降低了渦旋壓縮機的效率和壓縮比。圖7是模擬此嚙合情況的兩個渦旋盤 的外表面的變化過程的曲線。圖中所示的兩條虛線位置是兩個渦旋齒在非工作狀態(tài)下的間 隙，即動渦旋盤繞靜渦旋盤的回轉(zhuǎn)半徑的大小。從該圖中的曲線可以看出，在此區(qū)域內(nèi)的局 部間隙~遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于渦旋盤的之間的間隙I兩個渦旋齒的變形都在相反的方向，因而即使兩 個渦旋齒的變形都很小，但在徑向累加起來間隙就會變的比較大，應(yīng)盡力的避免這種的情 況的發(fā)生，所以氣體的切向泄漏量也會變的很大。為了避免這種情況的發(fā)生，在制造渦旋盤 的時候，可以適當(dāng)?shù)脑黾哟宋⑿^(qū)域內(nèi)的壁厚，以保證兩個渦旋齒在嚙合的過程的間隙盡 可能的小，提高壓縮機的效率。
[0022] 圖5是兩個渦旋齒的變形不在同向時的局部放大示意圖。一個渦旋盤向著間隙減 小的方向發(fā)生形變，而另一個渦旋盤則向著間隙增大的方向發(fā)生形變，兩個渦旋齒之間的 間隙依然很大，則加劇了兩個渦旋齒之間的切向泄漏。圖8是模擬此種情況下的渦旋壓縮機 嚙合過程中的變形曲線示意圖，圖中所示的兩條虛線位置是兩個渦旋齒在非工作狀態(tài)下的 間隙，即動渦旋盤繞靜渦旋盤的回轉(zhuǎn)半徑的大小。從曲線圖中可以看出，在此區(qū)域內(nèi)的局部 間隙如也很大，會進(jìn)一步加劇渦旋壓縮機的氣體泄漏。為了避免這種形變情況下的嚴(yán)重的 泄漏問題，可以適當(dāng)?shù)募雍裨诜聪蜃冃蔚倪@一渦旋盤的壁厚，以減小兩個渦旋齒在嚙合的 過程中的間隙，保證兩個渦旋齒能夠平穩(wěn)的嚙合，以提高容積效率。圖9是本實用新型基于 溫度場和壓力場耦合變形情況下，所設(shè)計的局部變壁厚的計算示意圖。渦旋齒徑向變形量 由變形后各點的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過程計算求得，如圖9所示，所述的局部變壁厚是 基于溫度場和壓力場耦合變形情況下，所設(shè)計的局部變壁厚的計算;渦旋齒徑向變形量由 變形后各點的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過程計算求得，第二點P的坐標(biāo)P(x P，yp)為渦旋齒渦 旋段上一點變形后的位置，則第二點P的坐標(biāo)P (χΡ，yp)到變形前渦旋齒的距離為渦旋齒的徑 向變形量，即線段PV的長度，則，
[0023]
[0024]
中：i表示禍旋線轉(zhuǎn)過的圈數(shù)；
[0025] 則內(nèi)外渦旋型線的徑向變形量為：
[0026]
[0027]在渦旋齒的的整個變形過程中，則徑向變形量LPV的取值范圍為：
[0028] 0<LPV<0.08mm，且最大變形量發(fā)生在渦旋齒的中心區(qū)域以及齒端區(qū)域。
[0029] 在渦旋盤的嚙合過程中產(chǎn)生的熱量，可以近似的線性處理。渦旋齒的齒頭部位產(chǎn)生的 溫度是Ti，末端產(chǎn)生的溫度是T2，則整個渦旋盤上各點的溫度可由公歲
[0030] 近似計算得出，式中取表示整個渦旋盤的漸開角，而||和夢I分別指渦旋盤的終 端漸開角和起始角的大小。
[0031] 以上所述僅是對本實用新型的較佳實施方式而已，并非對本實用新型作任何形式 上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變 化與修飾，均屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤，靜渦旋盤（1)和動渦旋盤（2)成180度相對 安裝，靜渦旋盤（1)和動渦旋盤(2)的渦旋齒都為單渦旋齒結(jié)構(gòu)，其特征在于靜渦旋盤(1)和 動渦旋盤(2)的渦旋齒的相反面均分布有散熱片，靜渦旋盤（1)的背面設(shè)有一個端板與靜渦 旋盤（1)的散熱片構(gòu)成了一個氣流通道，在動渦旋盤(2)的背面設(shè)有一個托盤，與動渦旋盤 (2 )的散熱片也就形成了 一個氣流通道，靜渦旋盤（1)和動渦旋盤(2 )的渦旋齒的齒頂加裝 固體自潤滑摩擦副（3)，兩個渦旋盤相互嚙合，在外力和溫度的共同作用下，兩個相互嚙合 的渦旋盤的外表面能發(fā)生形變;第二點(P)是渦旋齒的渦旋段上的一點變形后的位置，第二 點(P)與基圓中心點(0)的距離為Lpo,第一點(V)為變形前第二點(P)的位置，線段(PV)的長 度為徑向變形量L PV;n為基圓半徑，α為渦旋型線內(nèi)外型線的發(fā)生角;第一夾角（Ψ:)為第二 點(Ρ)與基圓中心的連線與X軸的夾角，第二夾角（Ψ 2)為第一點(V)的漸開角，渦旋齒徑向 變形量由變形后各點的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過程計算求得，第二點(Ρ)的坐標(biāo)P(x P，yp) 為渦旋齒渦旋段上一點變形后的位置，則第二點(P)的坐標(biāo)P (XP，yp)到變形前渦旋齒的距離 為渦旋齒的徑向變形量，即線段(PV)的長度，則，其中：i表示渦旋線轉(zhuǎn)過的圈數(shù)； 則內(nèi)外渦旋型線的徑向變形量為：2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部變截面的無油渦旋壓縮機的渦旋盤，其特征在于在渦旋 齒的整個變形過程中，則徑向變形量Lpv的取值范圍為： 0<LPV<0.08mm，且最大變形量發(fā)生在渦旋齒的中心區(qū)域以及齒端區(qū)域。
【文檔編號】F04C18/02GK205592130SQ201620387319
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】彭斌, 趙生顯, 李要紅, 張朋成, 朱永軍
【申請人】蘭州理工大學(xué)