局部變截面的無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤的制作方法
【專利摘要】局部變截面的無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤，靜渦旋盤（1）和動(dòng)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(gè)端板與靜渦旋盤（1）的散熱片構(gòu)成了一個(gè)氣流通道，在動(dòng)渦旋盤（2）的背面設(shè)有一個(gè)托盤，與動(dòng)渦旋盤（2）的散熱片也就形成了一個(gè)氣流通道，靜渦旋盤（1）和動(dòng)渦旋盤（2）的渦旋齒的齒頂加裝固體自潤(rùn)滑摩擦副（3），兩個(gè)渦旋盤相互嚙合，在外力和溫度的共同作用下，兩個(gè)相互嚙合的渦旋盤的外表面能發(fā)生形變；第二點(diǎn)（P）是渦旋齒的渦旋段上的一點(diǎn)變形后的位置，第二點(diǎn)（P）與基圓中心點(diǎn)（O）的距離為L(zhǎng)PO，第一點(diǎn)（V）為變形前第二點(diǎn)（P）的位置，線段（PV）的長(zhǎng)度為徑向變形量LPV，0≤≤0.08mm。
【專利說(shuō)明】
局部變截面的無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于壓縮機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及局部變截面的無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤。
【背景技術(shù)】
[0002] 渦旋壓縮機(jī)作為制冷壓縮機(jī)和有油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)技術(shù)已趨近成熟，產(chǎn)品已經(jīng)能 夠穩(wěn)定運(yùn)行。壓縮機(jī)外形體積小、重量輕、排氣量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、可靠性高等特點(diǎn)；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(duì)不能含油的。
[0003] 目前有兩種方法來(lái)獲得無(wú)油壓縮空氣，一種是采用高性能過(guò)濾器，盡可能實(shí)現(xiàn)無(wú) 油，但增加油氣分離器會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)龐大，同時(shí)壓縮氣體中所含有的潤(rùn)滑油凝結(jié)在壓縮系統(tǒng) 中的其他設(shè)備上會(huì)影響其正常工作；另外一種就是采用無(wú)油渦旋壓縮機(jī)，由于無(wú)油渦旋壓 縮機(jī)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(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
[0004] 隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的發(fā)展越來(lái)越被重視。
[0005] 但無(wú)油渦旋壓縮機(jī)渦旋盤的密封問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，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(jī)的壓縮效率更是迫在眉睫的問(wèn)題。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)油潤(rùn)滑的渦旋壓縮機(jī)存在著以下缺點(diǎn)：1)相比于有油潤(rùn)滑的渦旋 壓縮機(jī)，無(wú)油渦旋壓縮機(jī)沒(méi)有潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑和密封，密封效果差，同時(shí)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(dòng)、靜渦旋盤嚙合的過(guò)程中，動(dòng)靜渦旋盤 之間的間隙比較大，且無(wú)法自動(dòng)調(diào)隙，氣體的切向泄漏量較大，從而會(huì)影響無(wú)油渦旋壓縮機(jī) 的整機(jī)性能；3)無(wú)油渦旋盤的基體是鋁合金，表面經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化處理，但表面氧化層的厚度 非常薄；如果陽(yáng)極氧化表面層出現(xiàn)磨損則鋁合金基體會(huì)直接接觸，這時(shí)就會(huì)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(jī)的正常運(yùn)行。4)中心壓縮腔動(dòng)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(lái)進(jìn)行 考慮，因此渦旋齒的齒頭部分間隙大，泄漏嚴(yán)重，無(wú)法保證壓縮機(jī)的壓縮比和壓縮效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種局部變截面的無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤。
[0008] 本實(shí)用新型是局部變截面的無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤，靜渦旋盤1和動(dòng)渦旋盤2成 180度相對(duì)安裝，靜渦旋盤1和動(dòng)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(dòng)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(gè)端板與靜渦旋盤1的散 熱片構(gòu)成了一個(gè)氣流通道，在動(dòng)渦旋盤2的背面設(shè)有一個(gè)托盤，與動(dòng)渦旋盤2的散熱片也就 形成了一個(gè)氣流通道，靜渦旋盤1和動(dòng)渦旋盤2的渦旋齒的齒頂加裝固體自潤(rùn)滑摩擦副3,兩 個(gè)渦旋盤相互嚙合，在外力和溫度的共同作用下，兩個(gè)相互嚙合的渦旋盤的外表面能發(fā)生 形變;第二點(diǎn)P是渦旋齒的渦旋段上的一點(diǎn)變形后的位置，第二點(diǎn)P與基圓中心點(diǎn)〇的距離為 LP0，第一點(diǎn)V為變形前第二點(diǎn)P的位置，線段PV的長(zhǎng)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(diǎn)Ρ與基圓中心的連線與X軸的夾角，第二夾 角$ 2為第一點(diǎn)V的漸開角，渦旋齒徑向變形量由變形后各點(diǎn)的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過(guò) 程計(jì)算求得，第二點(diǎn)P的坐標(biāo)P(XP，yp)為渦旋齒渦旋段上一點(diǎn)變形后的位置，則第二點(diǎn)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(zhǎng)度，則，
[0009]
[0010]
其中：i表示渦旋線轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)；
[0011] 則內(nèi)外渦旋型線的徑向變形量為：
[0012]
[0013] 本實(shí)用新型的有益效果是能夠減小無(wú)油渦旋壓縮機(jī)因間隙大而導(dǎo)致的泄漏問(wèn)題， 采用變壁厚的方式使得無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤在嚙合時(shí)的間隙是均勻變化的，使運(yùn)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(shuō)明】
[0014] 圖1是本實(shí)用新型無(wú)油渦旋壓縮機(jī)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(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 如圖1所示，本實(shí)用新型是局部變截面的無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤，本實(shí)用新型是 局部變截面的無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤，靜渦旋盤1和動(dòng)渦旋盤2成180度相對(duì)安裝，靜渦旋 盤1和動(dòng)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(dòng)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(gè)端板與靜渦旋盤1的散熱片構(gòu)成了一個(gè)氣流通 道，在動(dòng)渦旋盤2的背面設(shè)有一個(gè)托盤，與動(dòng)渦旋盤2的散熱片也就形成了一個(gè)氣流通道，靜 渦旋盤1和動(dòng)渦旋盤2的渦旋齒的齒頂加裝固體自潤(rùn)滑摩擦副3,兩個(gè)渦旋盤相互嚙合，在外 力和溫度的共同作用下，兩個(gè)相互嚙合的渦旋盤的外表面能發(fā)生形變;第二點(diǎn)P是渦旋齒的 渦旋段上的一點(diǎn)變形后的位置，第二點(diǎn)P與基圓中心點(diǎn)〇的距離為L(zhǎng) PQ，第一點(diǎn)V為變形前第二 點(diǎn)P的位置，線段PV的長(zhǎng)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(diǎn)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(diǎn)V的漸開 角，渦旋齒徑向變形量由變形后各點(diǎn)的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過(guò)程計(jì)算求得，第二點(diǎn)Ρ的 坐標(biāo)P (xP，y ρ)為渦旋齒渦旋段上一點(diǎn)變形后的位置，則第二點(diǎn)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(zhǎng)度，則，
[0016]
[0017]
其中：i表示渦旋線轉(zhuǎn)過(guò)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(gè)渦旋盤在嚙合的過(guò)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(gè)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(gè)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(gè)渦旋盤的外表面變化過(guò)程的曲 線。圖中所示的兩條虛線位置是兩個(gè)渦旋齒在非工作狀態(tài)下的間隙，即動(dòng)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(gè)渦 旋齒在非工作狀態(tài)下的間隙，嚙合的過(guò)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(gè)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(duì)于整個(gè)渦旋盤都是比較有利的。但有時(shí)會(huì)因溫度和壓力過(guò)高而產(chǎn)生較大的變 形，可能出現(xiàn)兩個(gè)渦旋齒互相咬合的情況，這種情況就會(huì)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(gè)渦旋齒之間的泄漏間隙，可以適當(dāng)?shù)臏p小兩個(gè)渦旋 齒的壁厚，以保證兩個(gè)渦旋盤在嚙合時(shí)的間隙盡可能的小，而且不會(huì)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(gè)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(gè)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(jī)的效率和壓縮比。圖7是模擬此嚙合情況的兩個(gè)渦旋盤 的外表面的變化過(guò)程的曲線。圖中所示的兩條虛線位置是兩個(gè)渦旋齒在非工作狀態(tài)下的間 隙，即動(dòng)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(gè)渦旋齒的變形都在相反的方向，因而即使兩 個(gè)渦旋齒的變形都很小，但在徑向累加起來(lái)間隙就會(huì)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(huì)變的很大。為了避免這種情況的發(fā)生，在制造渦旋盤 的時(shí)候，可以適當(dāng)?shù)脑黾哟宋⑿^(qū)域內(nèi)的壁厚，以保證兩個(gè)渦旋齒在嚙合的過(guò)程的間隙盡 可能的小，提高壓縮機(jī)的效率。
[0022] 圖5是兩個(gè)渦旋齒的變形不在同向時(shí)的局部放大示意圖。一個(gè)渦旋盤向著間隙減 小的方向發(fā)生形變，而另一個(gè)渦旋盤則向著間隙增大的方向發(fā)生形變，兩個(gè)渦旋齒之間的 間隙依然很大，則加劇了兩個(gè)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(jī) 嚙合過(guò)程中的變形曲線示意圖，圖中所示的兩條虛線位置是兩個(gè)渦旋齒在非工作狀態(tài)下的 間隙，即動(dòng)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(huì)進(jìn)一步加劇渦旋壓縮機(jī)的氣體泄漏。為了避免這種形變情況下的嚴(yán)重的 泄漏問(wèn)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(gè)渦旋齒在嚙合的 過(guò)程中的間隙，保證兩個(gè)渦旋齒能夠平穩(wěn)的嚙合，以提高容積效率。圖9是本實(shí)用新型基于 溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)耦合變形情況下，所設(shè)計(jì)的局部變壁厚的計(jì)算示意圖。渦旋齒徑向變形量 由變形后各點(diǎn)的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過(guò)程計(jì)算求得，如圖9所示，所述的局部變壁厚是 基于溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)耦合變形情況下，所設(shè)計(jì)的局部變壁厚的計(jì)算;渦旋齒徑向變形量由 變形后各點(diǎn)的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過(guò)程計(jì)算求得，第二點(diǎn)P的坐標(biāo)P(x P，yp)為渦旋齒渦 旋段上一點(diǎn)變形后的位置，則第二點(diǎn)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(zhǎng)度，則，
[0023]
[0024]
中：i表示禍旋線轉(zhuǎn)過(guò)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(gè)變形過(guò)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(guò)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(gè)渦旋盤上各點(diǎn)的溫度可由公歲
[0030] 近似計(jì)算得出，式中取表示整個(gè)渦旋盤的漸開角，而||和夢(mèng)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(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式 上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施方式所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變 化與修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 局部變截面的無(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤，靜渦旋盤（1)和動(dòng)渦旋盤（2)成180度相對(duì) 安裝，靜渦旋盤（1)和動(dòng)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(dòng)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(gè)端板與靜渦 旋盤（1)的散熱片構(gòu)成了一個(gè)氣流通道，在動(dòng)渦旋盤(2)的背面設(shè)有一個(gè)托盤，與動(dòng)渦旋盤 (2 )的散熱片也就形成了 一個(gè)氣流通道，靜渦旋盤（1)和動(dòng)渦旋盤(2 )的渦旋齒的齒頂加裝 固體自潤(rùn)滑摩擦副（3)，兩個(gè)渦旋盤相互嚙合，在外力和溫度的共同作用下，兩個(gè)相互嚙合 的渦旋盤的外表面能發(fā)生形變;第二點(diǎn)(P)是渦旋齒的渦旋段上的一點(diǎn)變形后的位置，第二 點(diǎn)(P)與基圓中心點(diǎn)(0)的距離為L(zhǎng)po,第一點(diǎn)(V)為變形前第二點(diǎn)(P)的位置，線段(PV)的長(zhǎng) 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(diǎn)(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(diǎn)(V)的漸開角，渦旋齒徑向 變形量由變形后各點(diǎn)的坐標(biāo)值根據(jù)渦旋齒生成的過(guò)程計(jì)算求得，第二點(diǎn)(Ρ)的坐標(biāo)P(x P，yp) 為渦旋齒渦旋段上一點(diǎn)變形后的位置，則第二點(diǎn)(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(zhǎng)度，則，其中：i表示渦旋線轉(zhuǎn)過(guò)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(wú)油渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤，其特征在于在渦旋 齒的整個(gè)變形過(guò)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(hào)】F04C18/02GK205592130SQ201620387319
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)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(qǐng)人】蘭州理工大學(xué)