涡旋压缩机型线几何参数对其摩擦损失功率的影响研究

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1、第32卷第6期化工机械367涡旋压缩机型线几何参数对其摩擦损失功率的影响研究刘兴旺*马小礼刘振全(兰州理工大学)摘要通过分析具有自调背压机构的涡旋压缩机涡旋型线几何参数对其动涡盘各部位摩擦损失功率的影响，得出在动涡盘产生摩擦损失的各部位中，动盘底板上表面与静盘接触处的摩擦损耗受涡盘几何参数的影响最大。经过理论分析及模拟计算，得出在满足吸气压力、压力比、吸气容积的条件下，总有一组涡旋型线几何参数能使动涡盘上的摩擦损失功率最小。给出了优化设计基阅渐开线涡盘几何参数的方法。关键词涡旋压缩机摩擦损失功率动涡盘几何参数优化方法中图分类号TQ051.21文献标识码A文章编号02

2、54-6094(2005)06-0367-05涡旋压缩机以其结构紧凑、高效节能、运转平体受到压缩。稳、微振低噪以及工作可靠性高等优点而倍受关静祸盘注，但摩擦损耗仍然是影响涡旋压缩机机械效率的主要障碍。设计涡旋压缩机的传统方法只是使设计出的涡旋盘几何参数满足热力性能和加工工艺要求[1.21，因此难以保证设计出的压缩机摩擦损耗低、机械效率高。本文以具有自调背压机构的基圆渐开线型立式涡旋压缩机为研究对象，目的是通过分析动涡盘各部位产生的摩擦损失功率和涡旋型线几何参数间的关系，找到一种既能满图1动、静涡盘啮合原理图足涡旋压缩机热力性能要求，又能使摩擦损失功率最小的设计涡旋型

3、线的新方法。涡旋压缩机在工作过程中，涡盘的几何参数1动涡盘上产生的摩擦损耗直接影响动涡盘上所受气体力、气体力矩、离心惯1.1动、静涡盘啮合工作原理性力及惯性力矩，这些力和力矩直接影响动涡盘涡旋式压缩机主要是由动涡盘和静涡盘组成和与其相接触的零件间的摩擦损失，亦即影响压(图1)。在动涡盘和静涡盘上，具有相同渐开线缩机的机械效率。形式的涡旋壁，相互错开1800，相对组合而成，就1.2动涡盘上产生摩擦损耗的部位形成数对月牙形的封闭压缩室;其中静涡盘固定动涡盘上产生摩擦损耗的部位一般有以下5不动，而动涡盘绕静涡盘中心，以一定的回转半径处:作回转平动。随着动涡盘的运动，使外圈

4、的压缩a.动涡盘底板上表面和静涡盘端面贴合室不断向中心移动，容积不断减小，使压缩室的气处;*刘兴旺，男，1970年12月生，工程师。甘肃省兰州市，7300500368化工机械2005年b.十字环滑槽和十字环的键之间;式中N,—动、静涡盘边缘恰好全部接触时的c.动、静涡旋齿径向啮合处;接触力，N;d.涡旋齿齿顶和涡盘槽底间;拼—动涡盘底板上表面与静涡盘接触e.主轴的曲柄销与动涡盘的被驱动面之处的摩擦系数;间。一曲柄回转半径，mm;要通过涡盘几何参数的优化来降低动涡盘上n'—主轴转速，r/min,产生的摩擦损耗，必须研究涡旋型线几何参数对根据涡盘几何特征及其受力特点还可

5、推以上各部位摩擦损耗的影响程度，然后就影响程出〔’]度大的部位进行优化。MAar(Ira一t)n'Pfmin(2)2各部位摩擦损耗分析30(4,rrna+2,ffa一t)2.1动涡盘底板上表面和静涡盘贴合处的摩擦式中M,—动涡盘所受倾覆力矩，N·m;损耗a-基圆半径，mm;涡旋压缩机在运转过程中，动涡盘受到轴向t-涡旋体壁厚，mm;气体力F,、气体力背压力Fl,、切向气体力F,、径向，型线圈数。气体力F,、离心力F。以及倾覆力矩M,和自转力在吸气压力Pa、压力比e、吸气容积V,、型线矩M，的作用，如图2所示。圈数n,涡旋体壁厚t确定的条件下，动涡盘所受c表面买j洛M

6、,,F,倾覆力矩M,是基圆半径a的单值函数。从式(2)分析可见，要减小动涡盘底板上表面和静涡盘贴合处的摩擦损失功率，提高压缩机的机械效率，应优化涡盘几何参数中的基圆半径ao2.2十字环键和十字环滑槽之间的摩擦损耗十字环是设在动涡盘和支架之间用来防止动涡盘自转的零件。其受力如图3所示。图2动涡盘受力分析由具有背压腔的压缩机的结构特点可知，动涡盘底板的上表面与静涡盘相对应的表面接触，而动涡盘底板的下表面不与支架体的支撑面接触。由于动涡盘所受倾覆力矩M，的作用，在运转中就会造成动涡盘底板上表面和静涡盘接触处的接触力呈不均匀分布。在瞬态下，动涡盘底板上表面B侧接触力大，A侧

7、接触力小。这种受力特点决定了动涡盘总是在其底板上表面接触力呈不图3十字环受力分析均匀分布的状态下运行。合理设计气体背压力Fb，使得曲轴在旋转图3中，坐标系x.OaY。的坐标原点。。在静涡一周中涡盘底板接触力较小侧(A侧)刚好接触盘的几何中心上，即在支架体的中心线上，十字环而不挤压。该受力状态下，分析计算得动涡盘在x方向的键与支架体上的滑槽是滑动配合，在底板上表面和静涡盘贴合处的摩擦损失功率Y方向的键与动涡盘上的滑槽是滑动配合。prmin为:十字环和动涡盘上的滑槽及十字环和支架体prmin=2N,E.r,,rrrn'/60(1)上的滑槽产生的所有摩擦损耗是由Fo,