涡旋压缩机通用几何模型研究

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涡旋机构早在20世纪初就由法国人Cruex提出，并于1905年在美国取得发明专利。但由于涡旋盘加工中需要严格的误差要求，所以直到20世纪70年代制造工艺的提高才使得涡旋盘对的加工成为可能。此后，涡旋压缩机由于其独一无二的优势，例如：低噪音，低润滑，高效以及高可靠性，得到了迅速发展。

　　涡旋压缩机的几何模型是指涡旋压缩机的涡旋盘盘面、压缩容积和泄漏线面积等与涡旋盘转角之间的数学关系。它直接影响涡旋压缩机效率，是涡旋压缩机可视化实现和建立涡旋压缩机热力学模拟的基础。涡旋盘的线型主要包括圆的渐开线、多边形渐开线和混合线型等形式。现有涡旋压缩机绝大多数采用圆渐开线的线型，本文亦基于此。

　　涡旋压缩机的线型直接影响到压缩比和压缩机的性能。国内外的很多学者已经在这一方面完成了大量优秀的工作。由于外部涡旋盘盘面是简单的圆的渐开线，比较简单，所以对于压缩盘线型的研究主要集中于内部区域。部分学者研究了内部线型的啮合关系。大量的研究集中于PMP（PerfectMeshing Profile）的研究。实际上，对于未修正的内部线型，刀具在切削渐开线时会与内部的渐开线发生干涉。对于干涉圆弧的几何表达未见公开发表，本文给出干涉圆弧以及外部内外盘面的几何表达，为涡旋盘的可视化实现提供依据。

　　另一类对于涡旋压缩机几何模型的研究主要集中在压缩机工作腔容积和泄漏面积与压缩机转角之间的几何关系。日本学者Morishita[1]和国内学者李连生[2]等以2π为周期给出了涡旋压缩机压缩过程和排气过程的工作腔容积的计算公式。这一几何模型基于特殊的起始角情况（αi等于-αo）。Yanagisawa[3]、Hirano[4]和Halm[5]分别研究了吸气、压缩和排气三个过程的统一表达。但这一模型的主要缺点同样在于采用了特殊的起始角以及分别表述三个过程的工作腔容积。

　　本研究建立了涡旋压缩机更为通用的压缩腔容积和泄漏面积的几何模型，其特点主要是：

　　（1）建立包含吸气、压缩和排气完整三个过程的容积的分段函数形式的计算模型；

　　（2）建立包含吸气、压缩和排气全过程的径向泄入，径向泄出，切向泄入和切向泄出泄漏面积的分段函数几何模型，同时将吸气和排气过与泄漏统一处理。

　　本文是涡旋压缩机制冷系统特性研究的一部分。

　　研究了适合于以圆的渐开线为线型的涡旋压缩机通用几何模型。建立了渐开线发生角和涡旋圈数不受限制的涡旋盘盘面，内部干涉段圆弧的几何模型；建立了包含吸气、压缩和排气完整三个过程的分段函数形式通用压缩腔计算模型；建立了包含吸气、压缩和排气全过程的径向泄入，径向泄出，切向泄入和切向泄出泄漏线长度的几何模型，首次将吸气预压缩、压缩过程泄漏、排气过压缩和容积系数计算统一处理。