一种复合轮齿压缩机的排气口及其设计方法与流程

本发明属于压缩机工程技术领域，特别涉及一种复合轮齿压缩机的排气口及其设计方法。

背景技术：

复合轮齿压缩机是一种新型的容积式压缩机，主要结构由左凹转子(1)、右凸转子(2)、壳体(3)和排气端盖(4)组成，排气端盖(4)上开设排气口(401)，其中左凹转子(1)由多个均布的齿槽和左传动齿组成，右凸转子(2)由多个均布的凸齿和右传动齿组成；其工作原理是：右凸转子(2)通过传动齿带动左凹转子(1)做同步异向双回转运动，通过左凹转子(1)、右凸转子(2)和壳体(3)形成的密闭工作腔容积的周期性变化，进而实现吸气、压缩和排气的全过程；复合轮齿压缩机具有结构简单、零部件少、体积小和传动力矩大的特点，应用于制冷空调和内燃机行业。

复合轮齿压缩机的排气口对其工作性能的影响极大，现有复合轮齿压缩机的排气口没有依据齿槽和凸齿的具体型线进行设计，导致排气口气体流速高，排气压力损失大，压缩机耗功高，排气口的高压气体在转子端面处的泄漏量大，排气结束后形成的余隙容积大。中国专利(沈锦丰,刘荣福,王军,刘基成.复合轮齿式气体压缩机[P].四川：CN1191940,1998-09-02.)提出了一种齿槽和凸齿的型线，但是并没有根据所提出的型线合理设计出排气口的形状，使得排气过程多次出现高低压气体的混合，气体流速高，排气压力损失大，增加压缩机耗功，同时排气后期凸齿会对排气口产生遮挡，增加了气体在转子端面处的泄漏量，排气结束后产生的余隙容积也相应增大。

技术实现要素：

针对以上现有复合轮齿压缩机的排气口存在气体流速大、泄漏大、余隙容积大的问题，本发明提出一种复合轮齿压缩机的排气口及其设计方法，根据所设定的内容积比、第一齿槽和第一凸齿的端面型线构建出排气口的轮廓曲线；本发明采用多段圆弧和摆线构建排气口的轮廓曲线，构建的排气口排气更加合理，排气速度低、排气压力损失小；所提出的一种复合轮齿压缩机排气口能够有效减小排气口的高压气体在转子端面处的泄漏量，同时排气结束后形成的余隙容积小。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种复合轮齿压缩机的排气口，排气口开设在排气端盖上，所述的一种复合轮齿压缩机，包括：左凹转子、右凸转子、壳体和排气端盖；左凹转子包括：第一齿槽、第二齿槽和数量为20～42的左传动齿，右凸转子包括：第一凸齿、第二凸齿和数量为20～42的右传动齿；在同步异向双回转运动的工作过程中，左凹转子的第一齿槽、第二齿槽和左传动齿，分别与右凸转子的第一凸齿、第二凸齿和右传动齿相啮合；所述的排气口的轮廓曲线包括：左边缘曲线EF、右边缘曲线GH、上边缘曲线EH、下边缘曲线FG、左上顶点E、左下顶点F、右上顶点H和右下顶点G；各段曲线采用半径为r的圆角过渡连接；左边缘曲线EF、右边缘曲线GH和上边缘曲线EH分别为3段圆弧，下边缘曲线FG为第一齿槽的第一摆线AB的部分曲线；所述的排气口与左基元容积V1的连通时间在左基元容积V1与右基元容积V2连通之前。

所述的一种复合轮齿压缩机的排气口轮廓曲线的设计方法：包括以下步骤：

1)根据所设定的内容积比，由左基元容积V1和右基元容积V2确定排气腔容积Vd，进而确定左基元容积V1与右基元容积V2连通排气时第一齿槽和第一凸齿的相对位置，最终确定排气口与左基元容积V1的连通时第一齿槽和第一凸齿的相对位置；

2)排气口的左下顶点F由齿槽上的第一摆线AB与以回转中心O1为圆心半径为R1的圆弧的交点确定；排气口的右下顶点G由齿槽上的第一摆线AB与以回转中心O1为圆心半径为R2的圆弧的交点确定，排气口的左上顶点E由以回转中心O2为圆心半径为R3的圆弧与以回转中心O1为圆心半径为R1的圆弧的交点确定，排气口的右上顶点H由以回转中心O2为圆心半径为R3的圆弧与以回转中心O1为圆心半径为R2的圆弧的交点确定；

3)左边缘曲线EF为以回转中心O1为圆心半径为R1的圆弧，右边缘曲线GH为以回转中心O1为圆心半径为R1的圆弧，上边缘曲线EH为以回转中心O2为圆心半径为R3的圆弧，下边缘曲线FG为第一齿槽的第一摆线AB的部分曲线。

一种复合轮齿压缩机使用所述的排气口。

本发明的有益效果为：

①所提出的一种复合轮齿压缩机的排气口面积大，排气速度低、排气压力损失小，有效减小了压缩机耗功。

②所提出的一种复合轮齿压缩机的排气口在压缩过程中，不打开，在排气过程中全打开，能够有效减小排气口的高压气体在转子端面处的泄漏量。

③所提出的一种复合轮齿压缩机的排气口使得在排气结束后形成的余隙容积小，容积效率高。

④所提出的一种复合轮齿压缩机的排气口使得压缩机内容积比大。

附图说明

图1是一种复合轮齿压缩机的结构图。

图2是排气端盖(4)的正视图。

图3是排气口(401)的设计过程图。

图4是一种复合轮齿压缩机的排气口即将打开图。

图5是一种复合轮齿压缩机的排气过程图。

图6是一种复合轮齿压缩机的排气过程结束图。

图中：1—左凹转子(1)；2—右凸转子(2)；101—第一齿槽(101)；102—第二齿槽(102)；201—第一凸齿(201)；202—第二凸齿(202)；301—吸气口(301)；401—排气口(401)；R1—左齿底圆半径；R2—节圆半径；R3—右齿顶圆半径。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，为一种复合轮齿压缩机的结构图，包括：左凹转子1、右凸转子2、壳体3和排气端盖4，排气口401开设在排气端盖4上，在工作过程中能够形成吸气腔、等容封闭腔、压缩腔和排气腔，分别用于气体的吸气、等容输送、压缩和排气过程；所述的吸气腔的容积逐渐增大且始终与吸气口301相连通，所述的等容封闭腔的容积不变且封闭，所述的压缩腔的容积封闭且逐渐减小，所述的排气腔的容积逐渐减小且始终与排气口401相连通。

如图2所示，为排气端盖4的正视图，排气口401开设在排气端盖4上，所述的排气口401的轮廓曲线包括：左边缘曲线EF、右边缘曲线GH、上边缘曲线EH、下边缘曲线FG、左上顶点E、左下顶点F、右上顶点H和右下顶点G；各段曲线采用半径为r的圆角过渡连接；左边缘曲线EF、右边缘曲线GH和上边缘曲线EH分别为3段圆弧，下边缘曲线FG为第一齿槽101的第一摆线AB的部分曲线；所提出的排气口401依据齿槽和凸齿的具体型线进行设计，设计的排气口401的形状更加合理，排气口面积大，排气速度低、排气压力损失小，有效减小了压缩机耗功。

如图3所示，为排气口401的设计过程图，所述的一种复合轮齿压缩机的排气口401轮廓曲线的设计方法：包括以下步骤：

1)根据所设定的内容积比，由左基元容积V1和右基元容积V2确定排气腔容积Vd，进而确定左基元容积V1与右基元容积V2连通排气时第一齿槽101和第一凸齿201的相对位置，最终确定排气口401与左基元容积V1的连通时第一齿槽101和第一凸齿201的相对位置；

2)排气口401的左下顶点F由齿槽101上的第一摆线AB与以回转中心O1为圆心半径为R1的圆弧的交点确定；排气口401的右下顶点G由齿槽101上的第一摆线AB与以回转中心O1为圆心半径为R2的圆弧的交点确定，排气口401的左上顶点E由以回转中心O2为圆心半径为R3的圆弧与以回转中心O1为圆心半径为R1的圆弧的交点确定，排气口401的右上顶点H由以回转中心O2为圆心半径为R3的圆弧与以回转中心O1为圆心半径为R2的圆的弧交点确定；

3)左边缘曲线EF为以回转中心O1为圆心半径为R1的圆弧，右边缘曲线GH为以回转中心O1为圆心半径为R1的圆弧，上边缘曲线EH为以回转中心O2为圆心半径为R3的圆弧，下边缘曲线FG为第一齿槽101的第一摆线AB的部分曲线。

如图4所示，为一种复合轮齿压缩机的排气口即将打开图，此时，排气口401即将打开，排气口401打开后，左基元容积V1首先与排气口401连通，待左基元容积V1内的压力平衡后，左基元容积V1的压力与右基元容积V2的压力相等，然后左基元容积V1再与右基元容积V2连通，避免了左基元容积V1与右基元容积V2直接连通所形成的两次高低压气体的混合过程，简化了排气过程中的热力过程，减小了压缩机的耗功，提高了压缩机的效率。

如图5所示，为一种复合轮齿压缩机的排气过程图，排气口401完全打开，气体从排气口401顺畅排出，排气口面积大，排气速度低、排气压力损失小，有效减小了压缩机耗功；排气口在压缩过程中，不打开，在排气过程中全打开，能够有效减小排气口的高压气体在转子端面处的泄漏量。

如图6所示，为一种复合轮齿压缩机的排气过程结束图，排气结束后，排气口401及时关闭，避免了排气通道内的高压气体回流到吸气腔减小压缩机的吸气量，所提出的复合轮齿压缩机的排气口401在排气结束后形成的余隙容积小，容积效率高；所提出的一种复合轮齿压缩机的排气口使得压缩机内容积比大。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。