渦旋壓縮機(jī)通用幾何模型研究

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渦旋機(jī)構(gòu)早在20世紀(jì)初就由法國(guó)人Cruex提出，并于1905年在美國(guó)取得發(fā)明專利。但由于渦旋盤(pán)加工中需要嚴(yán)格的誤差要求，所以直到20世紀(jì)70年代制造工藝的提高才使得渦旋盤(pán)對(duì)的加工成為可能。此后，渦旋壓縮機(jī)由于其獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)，例如：低噪音，低潤(rùn)滑，高效以及高可靠性，得到了迅速發(fā)展。

　　渦旋壓縮機(jī)的幾何模型是指渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤(pán)盤(pán)面、壓縮容積和泄漏線面積等與渦旋盤(pán)轉(zhuǎn)角之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。它直接影響渦旋壓縮機(jī)效率，是渦旋壓縮機(jī)可視化實(shí)現(xiàn)和建立渦旋壓縮機(jī)熱力學(xué)模擬的基礎(chǔ)。渦旋盤(pán)的線型主要包括圓的漸開(kāi)線、多邊形漸開(kāi)線和混合線型等形式?，F(xiàn)有渦旋壓縮機(jī)絕大多數(shù)采用圓漸開(kāi)線的線型，本文亦基于此。

　　渦旋壓縮機(jī)的線型直接影響到壓縮比和壓縮機(jī)的性能。國(guó)內(nèi)外的很多學(xué)者已經(jīng)在這一方面完成了大量?jī)?yōu)秀的工作。由于外部渦旋盤(pán)盤(pán)面是簡(jiǎn)單的圓的漸開(kāi)線，比較簡(jiǎn)單，所以對(duì)于壓縮盤(pán)線型的研究主要集中于內(nèi)部區(qū)域。部分學(xué)者研究了內(nèi)部線型的嚙合關(guān)系。大量的研究集中于PMP（PerfectMeshing Profile）的研究。實(shí)際上，對(duì)于未修正的內(nèi)部線型，刀具在切削漸開(kāi)線時(shí)會(huì)與內(nèi)部的漸開(kāi)線發(fā)生干涉。對(duì)于干涉圓弧的幾何表達(dá)未見(jiàn)公開(kāi)發(fā)表，本文給出干涉圓弧以及外部?jī)?nèi)外盤(pán)面的幾何表達(dá)，為渦旋盤(pán)的可視化實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)。

　　另一類對(duì)于渦旋壓縮機(jī)幾何模型的研究主要集中在壓縮機(jī)工作腔容積和泄漏面積與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)角之間的幾何關(guān)系。日本學(xué)者M(jìn)orishita[1]和國(guó)內(nèi)學(xué)者李連生[2]等以2π為周期給出了渦旋壓縮機(jī)壓縮過(guò)程和排氣過(guò)程的工作腔容積的計(jì)算公式。這一幾何模型基于特殊的起始角情況（αi等于-αo）。Yanagisawa[3]、Hirano[4]和Halm[5]分別研究了吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過(guò)程的統(tǒng)一表達(dá)。但這一模型的主要缺點(diǎn)同樣在于采用了特殊的起始角以及分別表述三個(gè)過(guò)程的工作腔容積。

　　本研究建立了渦旋壓縮機(jī)更為通用的壓縮腔容積和泄漏面積的幾何模型，其特點(diǎn)主要是：

　?。?）建立包含吸氣、壓縮和排氣完整三個(gè)過(guò)程的容積的分段函數(shù)形式的計(jì)算模型；

　?。?）建立包含吸氣、壓縮和排氣全過(guò)程的徑向泄入，徑向泄出，切向泄入和切向泄出泄漏面積的分段函數(shù)幾何模型，同時(shí)將吸氣和排氣過(guò)與泄漏統(tǒng)一處理。

　　本文是渦旋壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)特性研究的一部分。

　　研究了適合于以圓的漸開(kāi)線為線型的渦旋壓縮機(jī)通用幾何模型。建立了漸開(kāi)線發(fā)生角和渦旋圈數(shù)不受限制的渦旋盤(pán)盤(pán)面，內(nèi)部干涉段圓弧的幾何模型；建立了包含吸氣、壓縮和排氣完整三個(gè)過(guò)程的分段函數(shù)形式通用壓縮腔計(jì)算模型；建立了包含吸氣、壓縮和排氣全過(guò)程的徑向泄入，徑向泄出，切向泄入和切向泄出泄漏線長(zhǎng)度的幾何模型，首次將吸氣預(yù)壓縮、壓縮過(guò)程泄漏、排氣過(guò)壓縮和容積系數(shù)計(jì)算統(tǒng)一處理。