涡旋线设计.docx

涡旋式压缩机涡旋体结构设计一.吸气容积的确定1. 设计条件有一台空调器用全封闭涡旋式制冷压缩机，涡旋压缩机是两涡圈形状相同、 对称圆渐开线的涡旋式压缩机使用的制冷工质是R134a,试计算在空调工况下, 设计出涡旋式压缩机的动静涡盘圈数、厚度、高度给定的空调工况：制冷工质R134a吸气温度11' =35°C制冷量=4.8KW蒸发温度t o =7.2C冷凝温度tk =54.4C冷凝器出液温度t 4 =46.1C压缩机转数n=3000r/min结构参数：涡旋体节距Pt涡旋体壁厚t涡旋体高h涡旋体圈数m渐开线起始角a基圆半径a2. 热力计算制冷循环各计算点的状态参数在p-h图上的制冷循环示于图3-1，各计算点 的状态参数由R134a热物理性质图表查取1) 1点的状态参数图3-1制冷循环在p-h图上的表示t = t =7.2°C p = p = 0.377Mpa1 0 1 0Vl=0.053m3/kg h 二 402.164kj/kg1V1' =0.062m3/kg h=427kj/kgt =98 C2 '2) 1'点的状态参数t =35 C p =p =0.377Mpa1 ' 1' 03) 3点状态参数t =t =54.4C, p = p = 1.469Mpa3 k 3 k4) 2'点状态参数p = p = 1.469Mpa h - 462kj / kg 2 ' k 2 '5) 4点状态参数t =46.1C, p = p = 1.469Mpa h = 267kj / kg4 4 k 4单位质量制冷量q = h 一 h = (427 一 267)kj / kg = 160kj / kg 0 1 ' 4实际质量输气量© = = 4.8kw3600q = 4.8 x 3600 十 160 = 108kg / hma实际容积输气量q = v q = (0.062 x108)m3/ h = 6.696m3/ h va 1 ' ma理论容积输气量q = q = 6.696 一 0.95 = 7.048 vt 耳3. 吸气容积(3—1)Vs= qvt 二 _：——二 03.9 x10-4 m360 x 3000 18000Vs = 390ml压力比1)名义压力比(即外压力比)dkP 2'Pl'1.4690.377=3.896552)内压力比 又因为内压力比为(2N - 1£ = i (3-0 */ 兀丿其中0 *是排气开始角，可求出无排气角时的0 *=246°，取多方压缩指数n=1.1,可得到：(2x3-1 V1.3 - 246/180 丿=3.4265二.蜗旋体几何设计1.蜗旋体几何尺寸设计如下图3-2所示：图3-2渐开线及其所围成的面积若以渐开角0作为参变量，则圆的渐开线方程课表示为(3-2)x = a(cos 0+0 sin 0)y = a(sin 0 -0 cos 0)式中，a为渐开线的基圆半径。

计及涡圈壁厚t,在图3-3径向平面坐标中:图3-3单涡圈涡盘及涡圈部分几何参数以a表示涡圈内、外侧渐开线起始点的发生线与x轴的夹角，则涡圈内、外侧渐开 线的坐标方程为(3-3)(3-4)xi = a [cos(Q -a) + Q sin(Q -a)] yi = a [sin(Q -a) -Q cos(Q -a)] x0 = a [cos(Q +a) + Q sin(Q +a)] y0 = a [sin(Q +a) -Q cos(Q +a)]上述各参数间存在一定的关系，如: 发生圆半径a(3-5)渐开线发生角a(3-6)Pt主轴回转半径rr = pt -1 (3-7)2涡圈用铳刀加工时，若一次两面同时铳削，则铳刀外径d铳d =p -t (3-8)铣 t用铳刀加工时，排气角9 *也被确定39 *=一 兀一 Q0+a (3-9)^2式中e*为涡圈外侧壁被干涉终点的渐开线展角，参考下图3-4,且由下式决定:Q 02 + 2Q 0sin(Q 0—a) + 2cos(Q 0-a)=(兀—a)2 (3T0)式中a为渐开线发生角图3-4排气角e *引入主轴回转角9，只是它不是以2“为周期，而是以涡旋压缩机从吸气过 程结束到排气过程开始瞬间主轴的转角为一个工作过程。

设吸气刚结束时主轴回 转角为9 =0，随着回转角的增加，该工作腔的啮合线逐步内移，对应于外啮合 线的涡圈中心渐开面展角也在变化.V (9)二—t) H(3-11)涡旋压缩机的最大容积既是9 =0此时吸气容积最大，即:V (0)二[2Q — 3“ ]p (彳—t)H(3-12)当9 =9时V 9即为排气几何容积Vd (9) dV 二 p (匕—t)H b(Q —9 ) — 3“] d t 2 Ed9 d用下式计算(3-13)则任意回转角时，涡旋压缩机工作腔的容积V(9 )为(3-14)(3-15)根据（3-12）和（3-13）,可得涡旋压缩机的几何内容积比£ e =二二（2Q _3兀）/b（Q _6 ）_3兀]v V E Edd先选定t=6mm,先设p = 20mm，则有t根据（3-6）则有a 二 0.9425根据式（3T0）则有Q 二 0.9280根据（3-14）和（3-15）则有3.4265 = 2 [qe_ (Qe _1l0^a_ 3K)]_ 3K = 2 花+ 3 冗•: qe=20.8根据（3-12）则有390 二[2QE _ 3n ]pt（巴 _ t）H = [2x 20.8 _ 3x 3.14]x 20x （10_ 6）HH=151.49mm2.入值及其确定定义一个结构特征参数为：九=— （3-16）Pt涡旋压缩机机动涡盘的外径与节距p直接相关，而涡圈高度H也影响压缩机t的轴向尺寸，对于一定的吸气几何容积和内容积比£ v ,由于涡圈壁厚t变化不大,于是有：H增加时，p则减小；H减小时，p则增加；而p变化没有H变化幅值大。

t t t所以，象往复压缩机存在S / D这个参数那样，对于涡旋压缩机，九=—也Pt 是一个结构参数，在设计中应注意其变化范围，并取合适数值事实上，入值的变化表现为动涡盘受气体力特性的变化因为对于给定吸气 几何容积、涡圈壁厚t和内容积比£v,入值大，动涡盘的直径减小，因此轴向气 体力减小，但切向力F0和径向力Fr则增加对于推力轴承支承动涡盘的结构，推力轴承的失效往往是由于局部受力太 大，引起局部应力很大所致，故限制应力峰值有利于延长轴承寿命我们知道，切向力Fe、径向力F以及动涡盘的离心力Fc会产生倾覆力矩, 其结果是使得推力轴承沿圆周上受力不 均匀，引起局部应力峰值较高；而轴向 力Ft使推力轴承沿圆周上承受均匀载 荷分析气体载荷对推力轴承的影响 时，我们总假设推力轴外径随动涡盘外 径一致地变化于是入值大时，倾覆力 矩大，局部应力峰值大，但此时轴向力 产生的平均应力减小；入值减小时，倾 覆力矩小，局部应力峰较小，但此时轴向 力产生的平均应力增大所以，入值为 一合适值时将会使局部总应力值最小但是Fr很小，Fe计算较复杂，为了简化起见，反计算切向力引起的倾覆力 矩，这样在考虑限制局部总应力时，可直接限制切向力和轴向力之合力的幅值。

图3—6 F厂九 Fe—九计算条件：V0 = 38.2cm3空调状况排气角e *图3-7 合力Fr0-X计算条件：V0 = 38.2cm3空调状况排气角9 *上图示出了在排气前夕位置时，动涡盘的轴向力Ft和切向力F9随九的变化 情况计算条件为；V0 = 38.2cm3，空调工况，并以涡圈壁厚t为参变量由曲线可看出，轴向力随九的增加而减小；切向力则随九的增加而逐渐增加如果忽略动涡盘的各种摩擦阻力、径向力、离心力及十字联轴节的反力等, 因为这些力的值较小，可得轴向力与切向力之合力随九的变化趋势，如图所示 该曲线表明，在尽量达到性能指标的条件下，对于涡圈某一厚度，存在着高度、 节距尺寸的某种组合使轴向力与切向力之合力达到最小值涡圈壁厚t增加，最 小合力所对应的九值趋于减小考虑到刀具直径和刀具长度对加工精度的影响，并统计已商品化或研究开发的涡旋压缩机的涡圈的机构特征参数九，九的取值大致范围是：1.0-2.5验算入：“ H 二 15149 Pt 20二 7.57此值超过了入的取值范围，可认为不合理，故重新计算结合初选的结构参数，选定涡圈壁厚t=4mm涡圈节距pt =28mm则有:Q E=25.5H=33.5mm“ H=1.Pt这组数据合理，最后对H调整，H=35mm。

有因为涡圈中心面渐开线最终展角Qe与涡圈圈数m、压缩腔对数N有下列关系：Qe = 2兀 m1m = N + —4a =旦 2n由上式Qe =25.5可以得到:m=4.1N=3.85a=4.456mm根据上述要求，可以利用exce l画图:附件:利用exce 1画图数据如下:旋线展角XiYiX0Y004.014328488-1.93419305934.0143284881.93419305930.2554.1533514697-1.9740161624.13210912392.0181036710.514.5862523871-1.99668575294.41961179842.3425406090.7655.294721368-1.85527673974.75051876192.98474414961.026.2056220009-1.4157356384.97441236963.97105444331.2757.197488019-0.57481142734.93484705765.27081838791.538.11242459710.724750811244.48864860976.79622911921.7858.77238291682.48328686283.52459877488.40824709192.048.99836335464.63873433131.97968728549.92820414322.2958.63080813947.0673048733-0.14870568211.1541711452.557.54929444529.5904803436-2.79600881711.8807194452.8055.689648055111.98794569-5.82990944911.9203646193.063.056767685114.015532443-9.056395022711.1247780893.315-0.26823039915.426773374-12.2321582669.40380712543.57-4.127492099。