局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘的制作方法

文档序号:10905272阅读:463来源:国知局
局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘的制作方法
【专利摘要】局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘,静涡旋盘(1)和动涡旋盘(2)的涡旋齿的相反面均分布有散热片,静涡旋盘(1)的背面设有一个端板与静涡旋盘(1)的散热片构成了一个气流通道,在动涡旋盘(2)的背面设有一个托盘,与动涡旋盘(2)的散热片也就形成了一个气流通道,静涡旋盘(1)和动涡旋盘(2)的涡旋齿的齿顶加装固体自润滑摩擦副(3),两个涡旋盘相互啮合,在外力和温度的共同作用下,两个相互啮合的涡旋盘的外表面能发生形变;第二点(P)是涡旋齿的涡旋段上的一点变形后的位置,第二点(P)与基圆中心点(O)的距离为LPO,第一点(V)为变形前第二点(P)的位置,线段(PV)的长度为径向变形量LPV,0≤≤0.08mm。
【专利说明】
局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘
技术领域
[0001] 本实用新型属于压缩机技术领域,涉及局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘。
【背景技术】
[0002] 涡旋压缩机作为制冷压缩机和有油润滑空气压缩机技术已趋近成熟,产品已经能 够稳定运行。压缩机外形体积小、重量轻、排气量大、结构简单紧凑、可靠性高等特点;但在 食品、医药、纺织和新能源汽车等领域,压缩空气是绝对不能含油的。
[0003] 目前有两种方法来获得无油压缩空气,一种是采用高性能过滤器,尽可能实现无 油,但增加油气分离器会导致系统庞大,同时压缩气体中所含有的润滑油凝结在压缩系统 中的其他设备上会影响其正常工作;另外一种就是采用无油涡旋压缩机,由于无油涡旋压 缩机自身的优良结构特性使其在新能源汽车应用上具有其他压缩机无法比拟的优势。
[0004] 随着科技的进步和发展,无油涡旋压缩机的发展越来越被重视。
[0005] 但无油涡旋压缩机涡旋盘的密封问题一直是国内外学者关注的焦点,如何才能更 进一步的减小切向泄漏间隙,提高涡旋压缩机的压缩效率更是迫在眉睫的问题。
[0006] 现有技术中的无油润滑的涡旋压缩机存在着以下缺点:1)相比于有油润滑的涡旋 压缩机,无油涡旋压缩机没有润滑油进行润滑和密封,密封效果差,同时由于涡旋齿的温度 和压力分布不均匀,其引起的变形也不均匀;2)在动、静涡旋盘啮合的过程中,动静涡旋盘 之间的间隙比较大,且无法自动调隙,气体的切向泄漏量较大,从而会影响无油涡旋压缩机 的整机性能;3)无油涡旋盘的基体是铝合金,表面经过阳极氧化处理,但表面氧化层的厚度 非常薄;如果阳极氧化表面层出现磨损则铝合金基体会直接接触,这时就会出现铝合金基 体相互咬合的情况,从而破坏涡旋齿影响压缩机的正常运行。4)中心压缩腔动静涡旋盘由 于受到高温和高压的作用,变形比较大,涡旋齿之间的间隙是按照最大变形情况下来进行 考虑,因此涡旋齿的齿头部分间隙大,泄漏严重,无法保证压缩机的压缩比和压缩效率。

【发明内容】

[0007] 本实用新型的目的在于提供一种局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘。
[0008] 本实用新型是局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘,静涡旋盘1和动涡旋盘2成 180度相对安装,静涡旋盘1和动涡旋盘2的涡旋齿都为单涡旋齿结构,静涡旋盘1和动涡旋 盘2的涡旋齿的相反面均分布有散热片,静涡旋盘1的背面设有一个端板与静涡旋盘1的散 热片构成了一个气流通道,在动涡旋盘2的背面设有一个托盘,与动涡旋盘2的散热片也就 形成了一个气流通道,静涡旋盘1和动涡旋盘2的涡旋齿的齿顶加装固体自润滑摩擦副3,两 个涡旋盘相互啮合,在外力和温度的共同作用下,两个相互啮合的涡旋盘的外表面能发生 形变;第二点P是涡旋齿的涡旋段上的一点变形后的位置,第二点P与基圆中心点〇的距离为 LP0,第一点V为变形前第二点P的位置,线段PV的长度为径向变形量LPV; rb为基圆半径,α为涡 旋型线内外型线的发生角;第一夹角屯:为第二点Ρ与基圆中心的连线与X轴的夹角,第二夹 角$ 2为第一点V的渐开角,涡旋齿径向变形量由变形后各点的坐标值根据涡旋齿生成的过 程计算求得,第二点P的坐标P(XP,yp)为涡旋齿涡旋段上一点变形后的位置,则第二点P的坐 标P(Xp,yp)到变形前涡旋齿的距离为涡旋齿的径向变形量,即线段PV的长度,则,
[0009]
[0010]
其中:i表示涡旋线转过的圈数;
[0011] 则内外涡旋型线的径向变形量为:
[0012]
[0013] 本实用新型的有益效果是能够减小无油涡旋压缩机因间隙大而导致的泄漏问题, 采用变壁厚的方式使得无油涡旋压缩机的涡旋盘在啮合时的间隙是均匀变化的,使运行更 加平稳,效率更高,进一步保证较高的压缩比。
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型无油涡旋压缩机的部分示意图,图2是啮合中的涡旋盘局部壁厚 变形示意图,图3是两涡旋齿变形均在同向的局部放大示意图,图4是两涡旋齿变形均在反 向的局部放大示意图,图5是两涡旋齿变形分别在同、反向的局部放大示意图,图6是模拟变 形均在同向的曲线变化示意图,图7是模拟变形均在反向的曲线变化示意图,图8是模拟变 形分别在同、反向的曲线变化示意图,图9是涡旋型线局部变壁厚计算示意图。
【具体实施方式】
[0015] 如图1所示,本实用新型是局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘,本实用新型是 局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘,静涡旋盘1和动涡旋盘2成180度相对安装,静涡旋 盘1和动涡旋盘2的涡旋齿都为单涡旋齿结构,静涡旋盘1和动涡旋盘2的涡旋齿的相反面均 分布有散热片,静涡旋盘1的背面设有一个端板与静涡旋盘1的散热片构成了一个气流通 道,在动涡旋盘2的背面设有一个托盘,与动涡旋盘2的散热片也就形成了一个气流通道,静 涡旋盘1和动涡旋盘2的涡旋齿的齿顶加装固体自润滑摩擦副3,两个涡旋盘相互啮合,在外 力和温度的共同作用下,两个相互啮合的涡旋盘的外表面能发生形变;第二点P是涡旋齿的 涡旋段上的一点变形后的位置,第二点P与基圆中心点〇的距离为L PQ,第一点V为变形前第二 点P的位置,线段PV的长度为径向变形量LPV;rb为基圆半径,α为涡旋型线内外型线的发生 角;第一夹角Ψι为第二点Ρ与基圆中心的连线与X轴的夹角,第二夹角Ψ 2为第一点V的渐开 角,涡旋齿径向变形量由变形后各点的坐标值根据涡旋齿生成的过程计算求得,第二点Ρ的 坐标P (xP,y ρ)为涡旋齿涡旋段上一点变形后的位置,则第二点Ρ的坐标P (xP,y ρ)到变形前涡 旋齿的距离为涡旋齿的径向变形量,即线段PV的长度,则,
[0016]
[0017]
其中:i表示涡旋线转过的圈数;
[0018] 则内外涡旋型线的径向变形量为:
[0019;
[0020] 图2是两个涡旋盘在啮合的过程当中,在温度和压力的作用下而在局部产生的微 小的变形(如图2中圈出的部分)。在局部由于高温、高压使得涡旋盘变形严重,因而使得涡 旋盘之间的间隙也增大,导致涡旋盘的切向泄漏严重,压缩比大大减小。规定向着减小涡旋 齿间隙的方向发生形变为同向变化。图3是两个涡旋齿变形均在同向的局部放大示意图。从 示意图中可以看出,由于变形都在同向使得两个涡旋齿之间的间隙减小,故在此局部区域 内可以形成很好的密封效果。图6是模拟此啮合情况的两个涡旋盘的外表面变化过程的曲 线。图中所示的两条虚线位置是两个涡旋齿在非工作状态下的间隙,即动涡旋盘绕静涡旋 盘的回转半径的大小。从图中的曲线可以看出,此局部涡旋齿之间的间隙远远小于两个涡 旋齿在非工作状态下的间隙,啮合的过程中,在高温和高压的作用下,局部发生了微小的形 变,使得两个涡旋齿之间的间隙减小,因而在此局部啮合区域内切向泄漏减小。明显可以看 出,此变形对于整个涡旋盘都是比较有利的。但有时会因温度和压力过高而产生较大的变 形,可能出现两个涡旋齿互相咬合的情况,这种情况就会加剧涡旋盘表面的磨损,增大泄漏 间隙。因此在这种情况下,为了减小两个涡旋齿之间的泄漏间隙,可以适当的减小两个涡旋 齿的壁厚,以保证两个涡旋盘在啮合时的间隙尽可能的小,而且不会产生咬合现象,以达到 更佳的啮合状态。
[0021] 图4是两个涡旋齿变形均在反向的局部放大示意图。从示意图中可以看出,两个涡 旋盘的变形都在反向,增大了局部范围内的间隙,使得被压缩的气体在此局部区域内,泄漏 十分严重,大大的降低了涡旋压缩机的效率和压缩比。图7是模拟此啮合情况的两个涡旋盘 的外表面的变化过程的曲线。图中所示的两条虚线位置是两个涡旋齿在非工作状态下的间 隙,即动涡旋盘绕静涡旋盘的回转半径的大小。从该图中的曲线可以看出,在此区域内的局 部间隙~远远大于涡旋盘的之间的间隙I两个涡旋齿的变形都在相反的方向,因而即使两 个涡旋齿的变形都很小,但在径向累加起来间隙就会变的比较大,应尽力的避免这种的情 况的发生,所以气体的切向泄漏量也会变的很大。为了避免这种情况的发生,在制造涡旋盘 的时候,可以适当的增加此微小区域内的壁厚,以保证两个涡旋齿在啮合的过程的间隙尽 可能的小,提高压缩机的效率。
[0022] 图5是两个涡旋齿的变形不在同向时的局部放大示意图。一个涡旋盘向着间隙减 小的方向发生形变,而另一个涡旋盘则向着间隙增大的方向发生形变,两个涡旋齿之间的 间隙依然很大,则加剧了两个涡旋齿之间的切向泄漏。图8是模拟此种情况下的涡旋压缩机 啮合过程中的变形曲线示意图,图中所示的两条虚线位置是两个涡旋齿在非工作状态下的 间隙,即动涡旋盘绕静涡旋盘的回转半径的大小。从曲线图中可以看出,在此区域内的局部 间隙如也很大,会进一步加剧涡旋压缩机的气体泄漏。为了避免这种形变情况下的严重的 泄漏问题,可以适当的加厚在反向变形的这一涡旋盘的壁厚,以减小两个涡旋齿在啮合的 过程中的间隙,保证两个涡旋齿能够平稳的啮合,以提高容积效率。图9是本实用新型基于 温度场和压力场耦合变形情况下,所设计的局部变壁厚的计算示意图。涡旋齿径向变形量 由变形后各点的坐标值根据涡旋齿生成的过程计算求得,如图9所示,所述的局部变壁厚是 基于温度场和压力场耦合变形情况下,所设计的局部变壁厚的计算;涡旋齿径向变形量由 变形后各点的坐标值根据涡旋齿生成的过程计算求得,第二点P的坐标P(x P,yp)为涡旋齿涡 旋段上一点变形后的位置,则第二点P的坐标P (χΡ,yp)到变形前涡旋齿的距离为涡旋齿的径 向变形量,即线段PV的长度,则,
[0023]
[0024]
中:i表示祸旋线转过的圈数;
[0025] 则内外涡旋型线的径向变形量为:
[0026]
[0027]在涡旋齿的的整个变形过程中,则径向变形量LPV的取值范围为:
[0028] 0<LPV<0.08mm,且最大变形量发生在涡旋齿的中心区域以及齿端区域。
[0029] 在涡旋盘的啮合过程中产生的热量,可以近似的线性处理。涡旋齿的齿头部位产生的 温度是Ti,末端产生的温度是T2,则整个涡旋盘上各点的温度可由公岁
[0030] 近似计算得出,式中取表示整个涡旋盘的渐开角,而||和梦I分别指涡旋盘的终 端渐开角和起始角的大小。
[0031] 以上所述仅是对本实用新型的较佳实施方式而已,并非对本实用新型作任何形式 上的限制,凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改,等同变 化与修饰,均属于本实用新型技术方案的范围内。
【主权项】
1. 局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘,静涡旋盘(1)和动涡旋盘(2)成180度相对 安装,静涡旋盘(1)和动涡旋盘(2)的涡旋齿都为单涡旋齿结构,其特征在于静涡旋盘(1)和 动涡旋盘(2)的涡旋齿的相反面均分布有散热片,静涡旋盘(1)的背面设有一个端板与静涡 旋盘(1)的散热片构成了一个气流通道,在动涡旋盘(2)的背面设有一个托盘,与动涡旋盘 (2 )的散热片也就形成了 一个气流通道,静涡旋盘(1)和动涡旋盘(2 )的涡旋齿的齿顶加装 固体自润滑摩擦副(3),两个涡旋盘相互啮合,在外力和温度的共同作用下,两个相互啮合 的涡旋盘的外表面能发生形变;第二点(P)是涡旋齿的涡旋段上的一点变形后的位置,第二 点(P)与基圆中心点(0)的距离为Lpo,第一点(V)为变形前第二点(P)的位置,线段(PV)的长 度为径向变形量L PV;n为基圆半径,α为涡旋型线内外型线的发生角;第一夹角(Ψ:)为第二 点(Ρ)与基圆中心的连线与X轴的夹角,第二夹角(Ψ 2)为第一点(V)的渐开角,涡旋齿径向 变形量由变形后各点的坐标值根据涡旋齿生成的过程计算求得,第二点(Ρ)的坐标P(x P,yp) 为涡旋齿涡旋段上一点变形后的位置,则第二点(P)的坐标P (XP,yp)到变形前涡旋齿的距离 为涡旋齿的径向变形量,即线段(PV)的长度,则,其中:i表示涡旋线转过的圈数; 则内外涡旋型线的径向变形量为:2. 根据权利要求1所述的局部变截面的无油涡旋压缩机的涡旋盘,其特征在于在涡旋 齿的整个变形过程中,则径向变形量Lpv的取值范围为: 0<LPV<0.08mm,且最大变形量发生在涡旋齿的中心区域以及齿端区域。
【文档编号】F04C18/02GK205592130SQ201620387319
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】彭斌, 赵生显, 李要红, 张朋成, 朱永军
【申请人】兰州理工大学
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