專(zhuān)利名稱(chēng)：小直徑渦旋組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如用于渦旋壓縮機(jī)的渦旋組件的設(shè)計(jì)。
傳統(tǒng)的渦旋壓縮機(jī)設(shè)計(jì)成圓的環(huán)繞漸開(kāi)線。這種設(shè)計(jì)是固有的偏心形狀，由于隨著渦卷的中心畫(huà)出的外圍直徑在外周上必須包括一些無(wú)用的空間，因而帶來(lái)了在壓縮機(jī)尺寸小型化方面存在缺點(diǎn)。公布于1994年6月7日的美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424，提出了一種渦旋組件的設(shè)計(jì)，它提出的外部渦卷的幾何形狀優(yōu)于傳統(tǒng)的圓漸開(kāi)線，能增加渦旋壓縮機(jī)的容量。該專(zhuān)利的這種特殊的方法提出了，在最外部圓周上使用圓弧結(jié)構(gòu)，通過(guò)高次曲線與內(nèi)部渦卷中的圓渦旋形式的漸開(kāi)線相混合。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)是十分有效的，另外，渦旋的設(shè)計(jì)能使渦旋組件的外部尺寸小型化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓縮體積的增大。
按照本發(fā)明，提供了一種用于渦旋機(jī)的渦旋組件，具有從外部點(diǎn)延伸到內(nèi)部點(diǎn)的渦卷表面，包括渦卷表面的至少外部的生成半徑的低值和至少在渦卷表面的內(nèi)部的生成半徑的高值，沒(méi)有按順序從外部到內(nèi)部使用圓的一部分、高次曲線和漸開(kāi)線。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，低生成半徑值可以是絕對(duì)值或平均值，而高生成半徑值也可以是絕對(duì)值或平均值。本發(fā)明的一個(gè)目的是，限定一般的滿足提高渦旋壓縮機(jī)容量的要求，使其優(yōu)于傳統(tǒng)的或偏心的渦卷，并且不會(huì)給這些設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，雙腔渦旋機(jī)的第一腔設(shè)計(jì)成有從外部點(diǎn)延伸到內(nèi)部點(diǎn)的渦卷表面，包括至少在渦卷表面的外部的生成半徑的低值和至少在渦卷表面的內(nèi)部的生成半徑的高值。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，雙腔渦旋機(jī)的兩個(gè)腔都用這種方式形成。
為了更全面地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，附圖中


圖1是渦旋組件的生成矢量(或母矢量)的示意圖。
圖2是表示用傳統(tǒng)的圓漸開(kāi)線曲線形成的第一及第二渦旋組件的剖面圖。
圖3是圓漸開(kāi)線渦旋的生成半徑的曲線圖。
圖4是表示如美國(guó)專(zhuān)利NO.5318242所揭示的具有混合渦卷的第一及第二渦旋組件的剖面圖。
圖5是圖4所示渦旋組件的第一腔的生成半徑的曲線圖。
圖6是圖4所示渦旋組件的第二腔的生成半徑的曲線圖。
圖7是表示帶有偏心圓漸開(kāi)線渦旋的第一及第二渦旋組件的剖面圖。
圖8表示了偏心圓漸開(kāi)線渦旋的生成矢量的示意圖。
圖9是偏心圓漸開(kāi)線渦旋的第一腔的生成半徑的曲線圖。
圖10是偏心圓漸開(kāi)線渦旋的第二腔的生成半徑的曲線圖。
圖11是由圓弧形成的渦旋的生成半徑的曲線圖。
圖12是渦旋幾何術(shù)語(yǔ)的曲線圖。
結(jié)合作為本發(fā)明對(duì)比文件的、1994年6月7日公布的美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424揭示了一種優(yōu)于傳統(tǒng)的圓漸開(kāi)線的能增加了渦旋壓縮機(jī)容量的外渦卷的幾何形狀。美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424號(hào)中公開(kāi)的這種特殊設(shè)計(jì)方案是在最外部的圓周上的圓弧結(jié)構(gòu)通過(guò)高次曲線與渦旋內(nèi)部渦卷中的圓渦旋形式的漸開(kāi)線相混合。這是很有效的結(jié)構(gòu)。但這是所有渦卷類(lèi)的形狀的特殊結(jié)構(gòu)，這種形狀優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的形狀。這類(lèi)渦卷的特點(diǎn)可以用數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述并例如表示公知的偏心圓漸開(kāi)線如何與這類(lèi)曲線相配合。盡管發(fā)現(xiàn)偏心圓漸開(kāi)線在這類(lèi)渦卷中占有一定范圍，但更多有效的渦旋形式處在這個(gè)范圍之外。甚至可以形成包括在這個(gè)范圍內(nèi)的更復(fù)雜的、和具有偏心渦卷的容量大的優(yōu)點(diǎn)、而排除了隨偏心渦卷所產(chǎn)生的工作負(fù)載的一些缺點(diǎn)的形式。
在渦卷的數(shù)學(xué)式中，所有共軛面通過(guò)兩個(gè)定位矢量繞一個(gè)幾何中心轉(zhuǎn)動(dòng)而形成。參照?qǐng)D1，該表面可用從中心X開(kāi)始的給定的共軛點(diǎn)耦形成。第一矢量是Rg，代表生成半徑，處在平行于共軛面12和14的點(diǎn)耦處的切線10的方向上。第二矢量Rs是旋轉(zhuǎn)半徑，垂直于共軛面12和14的切線10。Rg的尺寸即長(zhǎng)度確定了螺旋節(jié)距、確定向內(nèi)或向外的螺旋形的變化率或陡度。Rg和Rs的關(guān)系由下述方程式給出dRsdθ=Rg]]>式中θ是表面的包覆角，保證兩個(gè)面的共軛。參照?qǐng)D12，該圖示出了的矢量和變量通常的含義。在傳統(tǒng)的圓周漸開(kāi)線中，Rg是常量，如圖2及圖3所示，而漸開(kāi)線的螺旋線常常在給定的角度下沿螺旋線以相同距離移進(jìn)或移出。圓漸開(kāi)線產(chǎn)生的渦旋壓縮機(jī)如圖2所示，具有固定渦卷16和繞軌道轉(zhuǎn)動(dòng)的渦卷18。參照?qǐng)D3，最大角代表圖右手側(cè)的渦卷的最外邊部分。當(dāng)隨著渦旋向內(nèi)觀察時(shí)，角θ減小并移向圖的左邊。最后，在渦卷的最里邊，角θ變?yōu)?度。在整個(gè)角度的范圍內(nèi)，生成半徑Rg如圖3所示，作為標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)量綱半徑，是恒定的。
美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424揭示了一種帶有變化的Rg的特殊的復(fù)合漸開(kāi)線形式。術(shù)語(yǔ)“復(fù)合”通常用于闡釋由兩個(gè)或多個(gè)連接在一起的單獨(dú)曲線構(gòu)成的渦旋形式。對(duì)于這些渦旋來(lái)說(shuō)，螺旋線半徑的陡度或變化率相對(duì)于給定的渦卷角度而變化。這種特征的第一優(yōu)點(diǎn)是，盡可能地阻止第一渦卷向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，以增大容量體積，第二優(yōu)點(diǎn)是，可以在最內(nèi)側(cè)點(diǎn)開(kāi)始快速拉出渦卷，防止渦卷與渦卷的外部始點(diǎn)干涉。圖4是依據(jù)美國(guó)專(zhuān)利NO.5318242設(shè)計(jì)的混合渦卷渦旋裝置20的示意圖。渦旋裝置20具有作為圓的一部分的第一部分22、作為高次曲線24的第二部分以及最里面的第三部分，該第三部分即傳統(tǒng)的漸開(kāi)線26。
圖5是渦卷角(在該例子中)大約在415和775+度之間的渦旋裝置20的第一吸入腔28的生成半徑曲線圖。值得注意的是，腔的外圓部分22的生成半徑是零。所以，當(dāng)把吸入腔快速向里拉完成第一渦卷時(shí)，生成半徑上升，在高次曲線24這一段，生成半徑上升到相應(yīng)于瞬間陡峭的節(jié)距的很高的值。接著，生成半徑降到與圖5所示的最里側(cè)渦卷部分的里面的漸開(kāi)線部分26的恒定節(jié)距值相匹配的程度。
圖6是渦卷角約在440和800度(在該例子中)之間的復(fù)合渦卷渦旋裝置20的另一吸入腔30的生成半徑Rg的曲線圖。由于吸入腔30必須與第一吸入腔28嵌套在一起，所以至少渦卷的外部保持在生成半徑的零值上，并且其內(nèi)部大部分處于漸開(kāi)線曲線的常數(shù)值上。即使如此，該吸入腔還具有相同特征的較低的外部生成半徑值、瞬間中間峰值及最終的適中值。
雖然這是一種有效的設(shè)計(jì)，僅要求最終的適中值用于把渦旋形式的余量與外部渦卷結(jié)合起來(lái)。在一個(gè)最根本的設(shè)計(jì)的整體形式中外部渦卷能省略?xún)?nèi)部適中值。這種設(shè)計(jì)的本質(zhì)是絕對(duì)基礎(chǔ)上或平均基礎(chǔ)上的低外部值和較高的內(nèi)部值，所謂平均是通過(guò)自渦卷的外端部向內(nèi)端部對(duì)生成半徑求積分而計(jì)算的。
一般，渦旋吸入腔在最大容量時(shí)的有效性的特征體現(xiàn)在生成半徑Rg的性能上。在其外部區(qū)域具有生成半徑Rg的低值而在其內(nèi)部區(qū)域具有生成半徑Rg的高值的腔，類(lèi)似于圖4～6所示的復(fù)合渦卷，已完成徑向向外的移動(dòng)，和有相應(yīng)多的容量。在外部具有生成半徑Rg的高值而在其內(nèi)部具有生成半徑Rg的低值的任何渦卷在徑向上拉進(jìn)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致甚至比傳統(tǒng)的圓漸開(kāi)線更小的容量。
這種方法可以用于評(píng)價(jià)其它渦卷形式和這些渦卷形式提供容量體積的有效性。兩種可能的選擇的結(jié)構(gòu)是過(guò)去用于增加吸入體積的偏心圓漸開(kāi)線渦卷以及圓弧渦卷，這種圓弧渦卷幾乎不使用但是是公知的渦旋形式，類(lèi)似于美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424所公開(kāi)的復(fù)合渦卷，在吸入腔的外部使用圓弧，但整個(gè)渦旋形式也可以使用圓弧。
偏心圓漸開(kāi)線雖然不使用復(fù)合渦卷20的曲線順序，但是仍能獲得某種程度的容量增加。圓弧渦卷以圓的一部分弧開(kāi)始，多少類(lèi)似于復(fù)合渦卷，并與其它曲線(也可以是圓弧)拼接，但半徑是變化的。可是，這些變化的生成半徑特征的分析證明了這類(lèi)曲線和構(gòu)成本發(fā)明的用在美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424的復(fù)合渦卷中的曲線是根本不同的。圓弧渦旋也可以是復(fù)合渦卷，由幾種拼接在一起的不同的曲線構(gòu)成。
圖7是偏心圓漸開(kāi)線渦旋裝置32的示意圖。偏心圓渦旋裝置32與圖2所示的中心漸開(kāi)線渦旋裝置具有基本相同的幾何形狀，但有如圖8所示的偏離原始中心34的新的偏置的幾何中心38。由于渦旋裝置32中的第一外部吸入腔36與圖2所示的中心漸開(kāi)線渦旋裝置的相應(yīng)的外部吸入腔相比，占據(jù)了更多的外圓周，因此，第一外部吸入腔36與復(fù)合渦旋裝置20的外部吸入腔類(lèi)似。似乎在不真正改變生成半徑Rg的前提下，可以獲得有效容量的提高。然而，事實(shí)并非如此。
為了估算在給定的空間中渦旋裝置32的有效容量，必須相對(duì)于該給定空間的中心38而不是相對(duì)于某些任意的渦旋幾何中心34來(lái)計(jì)算渦旋的幾何形狀。生成半徑和旋轉(zhuǎn)半徑的新的值可以相對(duì)于任何任意的轉(zhuǎn)換中心得出。參照?qǐng)D8，原始幾何中心34和新的幾何中心38之間的偏心距40，可以通過(guò)參照原始生成半徑46和原始旋轉(zhuǎn)半徑48分別確定帶有偏心的生成半徑42和帶有偏心的旋轉(zhuǎn)半徑44來(lái)計(jì)算。原始生成半徑46的生成圓50可以簡(jiǎn)單地從以原始幾何中心34為中心轉(zhuǎn)化到偏離新的幾何中心38。
圖9示出了第一腔36的偏心圓漸開(kāi)線的生成半徑。曲線標(biāo)準(zhǔn)化為傳統(tǒng)的漸開(kāi)線渦旋裝置的給定任意值為1的生成半徑。由于新的幾何中心38距離原始幾何中心34的距離是恒定的，因此，生成半徑相對(duì)于新的幾何中心38因偏心而以正弦曲線形式變化。圖9的虛線是生成半徑相對(duì)于渦卷外沿區(qū)域的平均值。類(lèi)似于復(fù)合渦卷20，在接近外側(cè)的渦卷始點(diǎn)，生成半徑的瞬間值和平均值較低，而在渦卷的內(nèi)部這兩個(gè)值較高。雖然生成半徑的局部變化意味著偏心渦卷不能象復(fù)合渦卷20那樣獲得更大的容量，但這種結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的中心圓漸開(kāi)線更好。
可是，參照?qǐng)D10，以新的幾何中心38為參照物，第二腔52不能作成有益于最佳容量的形狀。由于渦旋裝置32是對(duì)稱(chēng)的渦旋結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)，兩個(gè)渦旋裝置的幾何形狀相同，生成半徑偏心的特征是圖9所示的第一腔的鏡像。與復(fù)合渦卷20或偏心漸開(kāi)線渦旋裝置32的第一腔36不一樣，生成半徑在渦卷的始點(diǎn)比較大，在接近渦卷的外部比較小，可以認(rèn)為，這標(biāo)志著偏心渦旋裝置在其容量方面相對(duì)于復(fù)合渦卷的渦旋裝置受到了限制。另外，偏心渦旋裝置的腔表面不直接形成或近似于包圍外殼的外徑。
值得注意的是，兩個(gè)偏心腔36和52的生成半徑的積分值以相同的值結(jié)束，通常，對(duì)于對(duì)稱(chēng)渦卷來(lái)說(shuō)，不管該渦卷是否使用特殊的渦卷或幾何形狀，整個(gè)外部渦卷的生成半徑的平均值或積分值基本相同。該積分值表示指向垂直于渦卷表面的方向的旋轉(zhuǎn)半徑矢量的變化。換句話說(shuō)，在一個(gè)渦卷或漸開(kāi)線之后，漸開(kāi)線必須足夠地拉進(jìn)或拉出，使其不與下一個(gè)開(kāi)始的渦卷發(fā)生干涉。按這樣規(guī)則的任何變化只標(biāo)志著渦旋壁在渦旋開(kāi)始下一個(gè)渦卷的點(diǎn)處的厚度的變化。生成半徑的特征值可用下式確定，Rgc≈Ror+tπ]]>其中Rgc等于生成半徑的特征值，Ror是渦旋的固定繞軌道轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，t是在渦旋開(kāi)始下一渦卷的點(diǎn)處的渦旋的壁厚，π是常數(shù)3.14159……。對(duì)于任何簡(jiǎn)單的、復(fù)雜的或復(fù)合曲線結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，乘以2π的參考生成半徑值Rgc是特征節(jié)距Pc，和是整個(gè)外部渦卷的生成半徑的積分值。
圖11示出了圓弧渦旋裝置的生成半徑。圓弧渦旋裝置是公知的，但通常并不使用，由拼接在一起的半徑變化的圓弧組成，其特征是，規(guī)則多邊形漸開(kāi)線，其極限是一圓，具有實(shí)際無(wú)限的邊(如圖2所示)。最簡(jiǎn)單的規(guī)則多邊形漸開(kāi)線可能是一部分直線的漸開(kāi)線或具有各延伸180度的圓弧的兩邊多邊形的漸開(kāi)線，這種情況的生成半徑在圖11中示出。盡管生成半徑在零值開(kāi)始，但僅在半個(gè)渦卷中就增加到最大值，然后下降返回到零值。這種形式在整個(gè)渦旋裝置中重復(fù)，吸入腔的第一部分的生成半徑與第二部分的生成半徑?jīng)]有太大區(qū)別。與傳統(tǒng)的圓弧漸開(kāi)線相比，實(shí)際上也并不有益于提高容量。
值得注意的是，首先生成半徑的平均值迅速變化，然后開(kāi)始接近等于圓漸開(kāi)線的穩(wěn)定狀態(tài)值。規(guī)則多邊形和圓的漸開(kāi)線屬于恒定節(jié)距漸開(kāi)線的同一類(lèi)。在幾個(gè)渦卷的整個(gè)過(guò)程中，生成半徑的平均值會(huì)接近代表螺旋線節(jié)距的某種恒定值。圓弧的角度值和生成半徑的平均值接近特征值的點(diǎn)處的速度，相對(duì)于下表所示的邊的數(shù)目來(lái)說(shuō)有相反的關(guān)系。
恒定節(jié)距的渦旋形式
當(dāng)圓弧渦旋包含如復(fù)合渦卷渦旋中的圓弧時(shí)，該圓弧渦旋以與圓弧渦旋的漸開(kāi)線相同的方式表現(xiàn)，和沒(méi)有太大的優(yōu)點(diǎn)。
渦卷最大容量級(jí)的基本特征可概括為，具有兩個(gè)吸入腔，這兩個(gè)吸入腔特點(diǎn)是，在外部區(qū)域的生成半徑Rg的平均值比較低(理想的但不是必須為零)，而在內(nèi)部區(qū)域過(guò)渡成比較高的平均值。外部區(qū)域和內(nèi)部區(qū)域處在渦卷的第一個(gè)360度內(nèi)。低值和高值是相對(duì)于渦旋裝置的特征值來(lái)考慮的，特征值實(shí)質(zhì)上是圓漸開(kāi)線的生成半徑Rg的值，該圓使每一腔把有相同的繞軌道轉(zhuǎn)動(dòng)半徑的前一腔嵌套在里面，和允許兩者之間有合理的壁厚。內(nèi)部吸入腔的內(nèi)部區(qū)域過(guò)渡成高值的相位相應(yīng)于外部吸入腔，這樣內(nèi)部吸入腔可嵌套在外部吸入腔的圓周內(nèi)。低值或額定值緊隨高值，允許過(guò)渡到渦卷的下一部分。接近這一特征的唯一的其它渦旋形式是偏心渦旋，當(dāng)定位于新的渦旋中心時(shí)，該偏心渦旋中的第一吸入腔帶有這些特性?？墒?，由于第二吸入腔的幾何形狀類(lèi)似于第一吸入腔，所以，當(dāng)定位于新的渦旋中心時(shí)，該第二吸入腔具有確定的相反的特性。這是偏心渦旋獲得最大容量的極限的指示。
圓弧渦旋可以從生成半徑Rg為零值開(kāi)始，但它的特征在渦卷旋轉(zhuǎn)每一個(gè)180度或更小的范圍內(nèi)重復(fù)，而且整個(gè)吸入腔的外部的生成半徑的平均值與內(nèi)部相同。
渦卷最大容量的希望有的特征包括使用不連續(xù)的復(fù)合曲線，不連續(xù)的復(fù)合曲線是形成渦卷最大容量的最直接的手段。用例如指數(shù)階躍函數(shù)的高級(jí)方程式也可以完成帶有連續(xù)曲線的對(duì)象。為了獲得最大容量的提高，渦卷的兩組腔或工作表面典型地具有不等的開(kāi)始角，以便保持體積的平衡?？梢赃x擇相等的開(kāi)始點(diǎn)，但是要考慮容量減少或腔體積不平衡的犧牲。
生成半徑的分析可以完全集中到固定渦卷輪廓的面朝外的表面上來(lái)進(jìn)行。對(duì)于例如復(fù)合渦卷或偏心圓漸開(kāi)線渦旋裝置回到中心的渦卷形式，固定渦卷輪廓的面朝內(nèi)的表面并不控制泵裝置的整個(gè)尺寸。固定渦卷輪廓的面朝內(nèi)的表面的外端可以進(jìn)一步更多地延伸到增加兩腔的容量，但是，這會(huì)導(dǎo)致幾對(duì)腔不平衡的缺點(diǎn)。固定渦旋的面朝外的渦卷輪廓控制了整個(gè)泵的支架的直徑。固定渦旋的面朝內(nèi)的渦卷輪廓僅僅是固定渦旋的面朝外的渦卷輪廓能獲得本身的極限空間的一個(gè)結(jié)果?？墒牵c圖5相比，如果面朝內(nèi)的渦卷輪廓具有類(lèi)似于例如圖6所示的盡管是有角度偏移的生成半徑的特征，但它的體積和因此這種渦旋體積可以達(dá)到最大。
觀察美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424的固定渦旋的復(fù)合渦卷的面朝外的渦卷輪廓，如圖5所示，生成半徑對(duì)外部360度的渦卷角作圖表明只要將生成半徑的值盡可能地保持為低值，并在隨后的過(guò)渡區(qū)域得到生成半徑的高值的特征，而曲線的最后是內(nèi)部的生成半徑的額定值。在圖9所示的偏心渦卷的情況下，生成半徑對(duì)面朝外的渦卷輪廓的渦卷角度作的曲線示出了相同的外腔的總形狀。當(dāng)然，生成半徑?jīng)]有峰值或其它在復(fù)合渦卷中可看到的特殊性能。在外部180度，通常生成半徑的值比較低，隨后，在外部360度的第二個(gè)一半進(jìn)一步得到基本高的值。偏心渦卷有比較低的生成半徑的區(qū)域僅在整個(gè)外部180度的范圍，這是對(duì)其優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)限制。相比之下，復(fù)合渦卷在面朝外的渦卷輪廓的外部360度之外的更長(zhǎng)的區(qū)域，保持其生成半徑的比較低的值，因此，能獲得更多的益處。
渦卷輪廓的生成半徑應(yīng)該在大于180度范圍停在比較低的值。如果這樣，就排除了偏心渦卷。
下面是幾個(gè)可以使用的復(fù)合曲線的例子。
實(shí)例1復(fù)合曲線外部用帶有小節(jié)距(低生成半徑值)的圓漸開(kāi)線制成。例如節(jié)距大約為整個(gè)輪廓的平均節(jié)距的10％或20％，這種結(jié)構(gòu)可以延伸半個(gè)渦卷或在與例如圓弧或偏心漸開(kāi)線混合之前的更長(zhǎng)的范圍，該偏心圓漸開(kāi)線具有能夠增加局部節(jié)距(增大生成半徑)的相當(dāng)小的曲率半徑。這種結(jié)構(gòu)也可以延伸在第一渦卷的剩余部分。在從外部開(kāi)始的360度范圍，可以向內(nèi)用特征節(jié)距置換輪廓曲線，將輪廓曲線與任何使用到渦卷其余部分的曲線形式相連接。
通常，實(shí)例1的原理用到兩部分或更多的部分。外部渦卷的外面部分可選擇的曲線包括1、美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424所揭示的圓弧；2、小節(jié)距漸開(kāi)線；
3、生成半徑逐漸增加的高次曲線；4、生成半徑拋物線性(或類(lèi)似地)變化。
在渦卷的外部與內(nèi)部之間，過(guò)渡部分的可選擇的曲線包括1、三次(或高次)漸開(kāi)線，其中一個(gè)例子公開(kāi)在美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424中；2、偏心圓；3、偏心漸開(kāi)線；4、二次(第二次)漸開(kāi)線；5、復(fù)合曲線，例如半徑變化的一系列圓弧。
上面緊挨著的選擇方案2、3和4與最佳方案1相比，其柔度方面受到了限制，需要在外部和內(nèi)部曲線進(jìn)行一些折衷的調(diào)整，以適于這些方案。選擇方案5通過(guò)將一系列低次曲線連接在一起而克服了這些困難，取得了單個(gè)高次曲線的柔度。選擇方案5實(shí)際是不規(guī)則多邊形的漸開(kāi)線，它是更受到限制的普通的情況和圓弧渦旋的非撓性情況，被限定為規(guī)則多邊形的漸開(kāi)線。
實(shí)例2單一的高次曲線單一的高次曲線可以用方程表示為代替例如由美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424公開(kāi)的圓弧和高次曲線部分的復(fù)合曲線。在5次和7次之間的曲線，對(duì)于接近外部圓形渦卷部分和高次過(guò)渡到內(nèi)部渦卷的部分來(lái)說(shuō)，具有足夠的柔度。為了用方程式表示這種曲線，需要定義一系列邊界條件。而高次曲線則需要簡(jiǎn)單地有足夠的自由度，以滿足這些條件。
如果基本要求是在3個(gè)點(diǎn)(外部始點(diǎn)、過(guò)渡到內(nèi)渦卷的點(diǎn)、兩者之間的點(diǎn))處的生成半徑與旋轉(zhuǎn)半徑的特性，則用5次多項(xiàng)式可以滿足最終的6個(gè)邊界條件?？梢园l(fā)現(xiàn)，這些基本要求必須加到在外部?jī)牲c(diǎn)中的一個(gè)或兩個(gè)點(diǎn)的位置的生成半徑的斜率，以便更好地接近圓弧部分。
所述的所有選擇方案都擁有在外部渦卷的最外部具有比較低的平均生成半徑值并在最外部渦卷的內(nèi)部具有比較高的生成半徑值的特性。利用許多簡(jiǎn)單曲線或單個(gè)的比較復(fù)雜的曲線，可把由例如美國(guó)專(zhuān)利NO.5318424公開(kāi)的裝置所得到的益處，在大范圍內(nèi)翻倍。有幾組簡(jiǎn)單曲線可用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，但見(jiàn)效很少或是某種折衷方案，或增加了內(nèi)部渦卷幾何形狀的復(fù)雜性。然而，即使是這幾種簡(jiǎn)單的曲線也能容易地超過(guò)如圖7所示的偏心渦卷的好處。
盡管已經(jīng)解釋并描述了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但是，對(duì)于本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以作出其它變更。因此，本申請(qǐng)僅通過(guò)權(quán)利要求書(shū)的范圍來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種渦旋機(jī)的渦旋組件，其特征是，所述渦旋組件具有面朝外的渦卷表面和面朝內(nèi)的渦卷表面，面朝外的渦卷表面從外部點(diǎn)延伸到內(nèi)部點(diǎn)，面朝外的渦卷表面具有從外部點(diǎn)向內(nèi)延伸的外部渦卷，該外部渦卷具有特征生成半徑Rgc，該特征生成半徑Rgc由下列方程式確定Rgc≈Ror+tπ]]>其中，Rgc是特征生成半徑，Ror是渦旋組件的固定繞軌道轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，t是在渦旋組件外部360度的內(nèi)端處的面朝外的渦卷表面與面朝內(nèi)的渦卷表面之間的壁厚，π是常數(shù)3.14159……；面朝外的渦卷表面還部分由生成半徑確定，該生成半徑的值在外部渦卷的整個(gè)范圍內(nèi)是變化的，變化的生成半徑具有以下特性(a)在大于渦卷表面的最外部的180度的范圍，具有低于特征生成半徑的平均值；(b)在外部渦卷表面的內(nèi)部的剩余部分的小于180度的范圍具有高于特征生成半徑的平均值，但是，其中面朝外的渦旋表面并不按照從外部點(diǎn)到內(nèi)部點(diǎn)的順序使用圓、高次曲線和漸開(kāi)線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋組件，其特征是，外部渦卷的整個(gè)360度的變化的生成半徑的積分近似地等于特征生成半徑乘以2π，并由下列方程式給出∫θend-2πθendRgdθ≈2πRgc]]>式中，θend等于在面朝外的渦卷表面的外部點(diǎn)的弧度中的最終渦卷角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋組件，其特征是，渦旋組件是固定渦旋件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋組件，其特征是，所述渦旋機(jī)具有兩個(gè)腔，并且生成半徑的專(zhuān)門(mén)特點(diǎn)用于第一個(gè)所述的腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦旋組件，其特征是，第二個(gè)所述的腔具有變化的生成半徑，具有類(lèi)似于第一個(gè)所述腔的特征。
6.一種用于渦旋機(jī)的渦旋組件的設(shè)計(jì)方法，其特征是，所述渦旋組件具有從外部點(diǎn)延伸到內(nèi)部點(diǎn)的渦卷表面，該渦卷表面部分由生成半徑限定，包括如下步驟選擇形狀，使得在大于180度的范圍，至少在渦卷表面的外部點(diǎn)，形成比較小的生成半徑，該值任何時(shí)候在外部都不會(huì)是常數(shù)零。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，選擇渦卷表面形狀的步驟還包括選擇能形成比較小的平均生成半徑的形狀的步驟，所述的平均是指從渦卷表面的外部點(diǎn)求積分。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，選擇渦卷表面形狀的步驟包括形成生成半徑的比較低的絕對(duì)值的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，選擇渦卷表面形狀的步驟還包括選擇固定渦旋件的面朝外的表面形狀的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述的渦旋機(jī)具有兩個(gè)腔，選擇渦卷表面形狀以便形成比較小的生成半徑的步驟包括選擇形狀以形成第一個(gè)所述腔的比較小的生成半徑的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，渦旋機(jī)具有兩個(gè)腔，選擇形狀以便形成比較小的生成半徑的步驟還包括選擇形狀以形成兩個(gè)腔都比較小的生成半徑。
12.一種渦旋機(jī)的渦旋組件，其特征是，所述渦旋組件具有從外部點(diǎn)延伸到內(nèi)部點(diǎn)的渦卷表面，該渦卷表面部分由生成半徑限定，渦卷表面具有至少?gòu)耐獠奎c(diǎn)延伸超過(guò)180度的渦卷表面外部點(diǎn)的小生成半徑和至少在渦卷表面的內(nèi)部的大的生成半徑，生成半徑從外部點(diǎn)延伸360度都不是常數(shù)零值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦旋組件，其特征是，生成半徑是絕對(duì)值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦旋組件，其特征是，生成半徑是從渦卷表面的外部點(diǎn)求積分的平均生成半徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦旋組件，其特征是，渦卷表面是固定渦卷的面朝外的表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦旋組件，其特征是，所述渦旋機(jī)具有兩個(gè)腔，僅對(duì)于第一個(gè)所述腔，至少在渦卷表面的外部渦卷表面具有小的生成半徑，至少在渦卷表面的內(nèi)部具有大的生成半徑。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦旋組件，其特征是，所述渦旋機(jī)具有兩個(gè)腔，對(duì)于兩個(gè)腔來(lái)說(shuō)，至少在渦卷表面的外部渦卷表面具有小的生成半徑，至少在渦卷表面的內(nèi)部具有大的生成半徑。
全文摘要
一種可廣泛應(yīng)用的技術(shù),能將渦旋壓縮機(jī)內(nèi)的氣體容量增加到最大值,該渦旋壓縮機(jī)具有渦旋組件(20、32),渦旋組件(20、32)包括固定渦卷和作繞軌道轉(zhuǎn)動(dòng)的渦卷。渦卷設(shè)計(jì)成使至少渦卷(22)外部的生成半徑很小,至少渦卷(24)內(nèi)部的生成半徑比較大。生成半徑可以用絕對(duì)值或用平均值來(lái)計(jì)算,平均值是從內(nèi)部渦卷的外部極限所求得的積分。
文檔編號(hào)F04C18/02GK1271402SQ98809456
公開(kāi)日2000年10月25日 申請(qǐng)日期1998年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月25日
發(fā)明者詹姆斯·W·布什, 韋恩·P·比格勒, 馬克·E·豪斯曼 申請(qǐng)人:蝸卷技術(shù)公司