涡旋压缩机设计理论

涡旋压缩机涡旋压缩机：原理、应用和优势引言：涡旋压缩机是一种高效、可靠的压缩设备，广泛应用于航空、能源、化工等各个领域。

本文将介绍涡旋压缩机的工作原理、应用领域以及相对于其他压缩机的优势。

一、涡旋压缩机的工作原理涡旋压缩机利用涡旋产生的动能和静能的转化来实现气体的压缩。

其工作原理基于离心力和面积收缩的效应。

在涡旋压缩机的转子中，气体通过离心力的作用，被扔到转子的壁面上。

与此同时，流体被夹在每对螺旋形涡旋之间，它们同时沿着轴向移动并向出口处推移。

随着转子的旋转，气体不断受到更多的约束和压缩，最终达到所需的压缩比。

二、涡旋压缩机的应用领域1. 航空领域：涡旋压缩机在航空发动机中扮演着至关重要的角色。

它们可以将进气压力提高数倍，确保发动机能够正常运转。

涡旋压缩机的高效率和紧凑设计使其能够适应航空领域的要求。

2. 能源行业：涡旋压缩机在石油和天然气生产中广泛用于压缩和输送气体。

由于其高效节能的特点，涡旋压缩机能够有效提高能源的利用率，并降低生产成本。

3. 化工领域：在化工工艺中，涡旋压缩机被广泛应用于气体的压缩和处理。

例如，在气体分离工艺中，涡旋压缩机能够将混合气体压缩到所需的分离压力，以实现气体的分离和提纯。

4. 制冷和空调：涡旋压缩机也可以应用于制冷和空调系统中。

由于其高效和可靠性，涡旋压缩机能够提供稳定的冷凝效果，从而保证制冷系统的正常运行。

三、涡旋压缩机的优势1. 高效节能：相对于传统的容积式压缩机，涡旋压缩机具有更高的压缩效率和较低的能源消耗。

这是由于其涡旋结构能够提供更大的气体压缩比，并减少了不必要的能量损耗。

2. 紧凑设计：涡旋压缩机具有紧凑的设计，占用较少的空间，适用于空间有限的应用场景。

这使得涡旋压缩机更加方便安装和维护。

3. 高可靠性：涡旋压缩机的结构简单，零件少，因此具有更高的可靠性和稳定性。

这对于需要连续运行的工业过程至关重要。

4. 轻负荷运行：涡旋压缩机适用于工况变化频繁的情况下。

详解涡旋压缩机（原理、结构、特点、比较，性能分析等）旋涡压缩机结构、工作过程及主要特点涡旋压缩机是一种容积式压缩的压缩机，压缩部件由动涡旋盘和静涡旋组成。

其工作原理是利用动、静涡旋盘的相对公转运动形成封闭容积的连续变化，实现压缩气体的目的。

主要用于空调、制冷、一般气体压缩以及用于汽车发动机增压器和真空泵等场合，可在很大范围内取代传统的中、小型往复式压缩机。

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基本结构结构特点两个具有双函数方程型线的动涡盘和静涡盘相错180°对置相互啮合，其中动涡盘由一个偏心距很小的曲柄轴驱动，并通过防自转机构约束，绕静涡盘作半径很小的平面运动，从而与端板配合形成一系列月牙形柱体工作容积。

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特点：利用排气来冷却电机，同时为平衡动涡旋盘上承受的轴向气体力而采用背压腔结构，另外机壳内是高压排出气体，使得排气压力脉动小，因而振动和噪声都很小。

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背压腔如何实现轴向力的平衡？动涡旋盘上开背压孔，背压孔与中间压力腔相通，从背压孔引入气体至背压腔，使背压腔处于吸、排气压力之间的中间压力。

通过背压腔内气体作用于动涡旋盘的底部，从而来平衡各月牙形空间内气体对动涡旋盘的不平衡轴向力和力矩。

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高压外壳的特点：1、吸气温度加热损失少；2、排气脉动小；3、启动时冷冻机油发泡。

低压外壳的特点：1、吸气温度易过热；2、压缩机不易产生液击；3、内置电动机效率较高。

数码涡旋压缩机采用“轴向柔性”浮动密封技术，将一活塞安装在顶部订涡旋盘处，活塞顶部有一调节室，通过0.6mm 直径的排气孔和排气压力相连接，而外接PWM阀（脉冲宽度调节阀）连接调节室和吸气压力。

PWM 阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压力为排气压力，一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载。

PWM阀通电时，调节室内排气被释放至低压吸气管，导致活塞上移，带动顶部定涡旋盘上移，该动作使动、定涡旋盘分隔，导致无制冷剂通过涡旋盘。

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用于冷冻系统中的系统流程图：对压缩过程进行中间补气的经济器运行方式，是解决涡旋压缩机在低温工况下运行时，由于压比过高导致排气温度过高的有效方法。

涡旋式压缩机涡旋式压缩机的定义涡旋式压缩机是由一个固定的渐开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘组成可压缩容积的压缩机。

涡旋压缩机的独特设计，使其成为当今世界节能压缩机。

涡旋压缩机主要运行件涡盘只有龊合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免修理压缩机。

涡旋压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为‘超静压缩机’。

涡旋式压缩机结构新奇、精密，具有体积小、噪音低、重量轻、振动小、能耗小、寿命长、输气连续平稳、运行牢靠、气源清洁等优点。

由一个固定的渐开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘组成可压缩容积的压缩机。

特点效率高，更有利于节能，爱护环境；噪声更低；体积更小，重量更轻；运行平稳，气流脉动小，扭矩变化小，压缩机寿命长；压缩过程长，相邻压缩腔压差小，泄漏量小，效率更高。

涡旋空气压缩机的特点涡旋压缩机主要运行件涡盘只有龊合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免修理压缩机。

涡旋压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为‘超静压缩机’。

涡旋式压缩机结构新奇、精密，具有体积小、噪音低、重量轻、振动小、能耗小、寿命长、输气连续平稳、运行牢靠、气源清洁等优点。

被誉为‘新革命压缩机’和‘无需修理压缩机’是风动机械抱负动力源，广泛运用于工业、农业、交通运输、医疗器械、食品装潢和纺织等行业和其它需要压缩空气的场合。

一种涡旋式压缩机，包括：驱动轴，可向顺时针或逆时针方向进行旋转，并具有既定大小的偏心部；气缸，形成既定大小的内部体积;滚轮，接触于气缸的内周面，并可旋转安装于偏心部的外周面，可沿着内周面进行滚动运动，并与内周面一同形成用于流体的吸入及压缩操作的流体腔室；叶片，弹性安装于气缸，使其与滚轮持续进行接触；上部及下部轴承，它们分别安装在气缸的上下部，用于可旋转支撑上述驱动轴，并封闭内部体积；机油流路，是设置于轴承及驱动轴之间，并使其之间匀称流淌有机油；排出端口，它们连通于流体腔室；吸入端口，它们连通于流体腔室，并相互以既定角度进行隔离；阀门组件, 它依据驱动轴的旋转方向，而选择性开放各吸入端口中的一个吸入端口。

涡旋式空气压缩机原理今天来聊聊涡旋式空气压缩机原理。

你看，我们生活中有很多把东西压缩起来的例子，就像把棉花塞进一个小盒子里，原本松松散散的棉花变得紧凑了。

涡旋式空气压缩机呢，就像是个超级智能的压缩空气小助手。

咱先说一下它的基本构造啊，涡旋式空气压缩机主要有动涡盘和静涡盘这两个关键部件。

这两个涡盘就像两个纠缠在一起的螺旋，动涡盘会相对静涡盘运动。

这怎么运动的呢？就像两个互相贴合的、形状有点奇怪的齿轮一样，一个在慢慢转，带动着另一个。

它是怎么把空气压缩的呢？打个比方吧，这空气就像一群调皮的小绵羊，被赶进了动涡盘和静涡盘组成的圈里。

动涡盘开始转动的时候，这些“小绵羊”开始被慢慢地挤到越来越小的空间里。

我一开始也不明白，这动涡盘和静涡盘之间的配合咋就这么神奇呢？我研究了一下才知道这背后是有专业理论支持的。

动涡盘在旋转过程中，会不断地改变和静涡盘之间形成的密封容积。

随着动涡盘的角度变化，这些密封容积就会从大变小，空气呢，就在这个过程中被压缩了。

说到这里，你可能会问，这涡旋式压缩机有啥实际应用案例呢？那可太多啦！比如说在喷漆车间里，这涡旋式空气压缩机就能提供稳定的高压气体，把颜料均匀地喷洒出去。

还有我们常见的牙科治疗仪，它也为那些牙科小工具提供精确的气压。

但是呢，这涡旋式空气压缩机也有点小脾气，在使用的时候也要注意一些事项。

比如说它比较怕灰尘和杂质，这些东西要是进了涡盘之间，就像小沙子进了齿轮之间一样，会损伤设备，所以一定要保证进气的清洁。

我还在思考呢，怎么能让涡旋式空气压缩机的效率进一步提高呢？这可能需要从材料、结构设计等多个方面去探究。

也希望大家能一起讨论讨论这个问题呀，说不定我们能碰撞出思维的火花呢！。

涡旋压缩机发展历程、工作原理和技术优势分析全套涡旋压缩机是继往复压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机之后的又一种新型高效容积式压缩机，被公认为是技术先进的第三代压缩机。

与同等容量的往复压缩机相比，主要零部件仅为往复式的40%,体积减小40%左右，噪声下降5-8dB,效率提高10%,重量减轻15%,驱动力矩的波动幅度仅为往复式的1/10。

由于涡旋压缩机独特的结构形式和运动规律，使其具有优良的热力性能和力学性能。

①涡旋压缩机的发展历程涡旋机械理论的提出，可以追溯到19世纪末与20世纪初。

1905年法国人1eonCreux以可逆转的涡旋膨胀机为题申请了美国专利；1925年1Nordi申请了涡旋液体泵的专利。

在随后近70年里，涡旋机械都没有得到更深入的研究和发展，其原因主要是由于涡旋机械的关键部件一一涡旋盘涡旋齿型线的加工精度无法得到保证，各种加工手段、工艺设备和检测设备都不能保证高精度涡旋型线的加工与检测。

直到20世纪70年代，由于能源危机以及温室效应的出现，使得对节省能源和环境保护的要求日益高涨，涡旋机械以其效率高、振动噪声小、结构简单和运转平稳等显著优点满足了人们对节能和环保的要求；同时高精度数控加工技术的发展，也为涡旋机械的发展带来了机遇。

1972年，美国ArthurD.1itt1（e简称A.D.1）公司首次采用双伸轴两级压缩的结构，成功开发出了排气压力为17MPa的氨气涡旋压缩机，展现出涡旋机械独特的优点。

把它用在远洋海轮上，并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的涡旋压缩机样机，标志着涡旋压缩机实用化年代的到来，从而揭开了涡旋压缩机大规模产业化的序幕。

1973-1976年间，美国和瑞士先后开发了空气、氮气及氟利昂等介质的涡旋压缩机，从此涡旋压缩机的系列化产品相继出现。

1981年，日本三菱重工推出了用于汽车空调的涡旋压缩机；1982年，三电公司开始批量生产汽车空调涡旋10刘振全主编，《涡旋式流体机械与涡旋压缩机》，机械工业出版社，2009年4月第一版压缩机；1983年，日立公司开发出2~5hp(0.15~3.73kW)的全封闭涡旋压缩机用于单元式空调和柜式空调；松下电器于1990年开始大规模生产小型立式空调涡旋压缩机，又于1992年成功地研究开发了分体式空调卧式涡旋压缩机；丰田公司大批量生产涡旋式汽车空调压缩机用以装备其公司生产的轿车；东芝公司把涡旋压缩机作为新干线高速火车的空调压缩机，成为新干线高技术组合的一部分。

涡旋压缩机型线设计准则及其优选策略
涡旋压缩机是一种常见的离心压缩机，其通过利用涡轮将气体转速加快来压缩气体。

为了保证涡旋压缩机的高效率和可靠性，需要进行型线设计，以满足气体流动的要求。

以下是涡旋压缩机型线设计准则及其优选策略：
1.流道设计准则
涡旋压缩机流道的设计对其性能有着重要影响。

其流道应当满足尽量平缓的进口流道、顺畅的进口与出口过渡、有利的旋涡特性等要求。

此外，需要保证流道内部气体流动稳定，避免发生分离现象。

2.涡轮设计准则
涡轮是涡旋压缩机的核心组件之一，涡轮设计应当满足高效率和高强度的要求。

涡轮的叶片数应当尽量少，叶片形状应当合理，以提高流体动能的转化效率。

此外，涡轮的强度应当足够，避免在高速运转时出现疲劳损伤。

3.叶轮设计准则
叶轮是涡旋压缩机的另一个重要组件，叶轮设计应当满足合理的叶片数和形状、合适的旋涡角等要求。

此外，叶轮的材料选择应当考
虑到其强度和耐腐蚀性等因素。

4.优选策略
为了实现涡旋压缩机性能的优化，可以采用以下优选策略：
（1）结合实际使用需求，选择合适的设计参数，例如流量、压力比等。

（2）借助模拟软件，通过数值模拟和优化设计，寻找最优的涡旋压缩机型线和组件设计方案。

（3）基于实验和试验数据的分析，调整设计参数和组件结构，优化涡旋压缩机的性能和可靠性。

涡旋压缩机的型线设计和优选策略需要结合实际使用需求和先进的设计理念，以提高其性能和可靠性，满足不同的工业应用场景。

涡旋式压缩机的制作方法涡旋式压缩机（Vortex compressor）是一种基于涡旋流理论的压缩机，通过利用流体在高速旋转时产生的离心力而将气体压缩。

它具有结构简单、体积小、噪声低、维护方便等优点，在空气压缩、制冷和加热、流体输送和振动控制等领域都有广泛的应用。

下面我们来介绍一下涡旋式压缩机的制作方法。

一、设计涡旋式压缩机设计涡旋式压缩机需要掌握涡旋流理论、流体力学、传热学和材料力学等专业知识，并结合实际应用需求进行设计。

以下是设计涡旋式压缩机的一些基本步骤：1. 确定压缩机的工作流量和压缩比。

2. 根据流量和压缩比计算出涡旋室的尺寸和叶片角度等参数。

3. 确定使用的压缩介质和压缩机的材料，并进行强度计算。

4. 在CAD软件中进行三维模型的建立和优化。

二、制作涡旋式压缩机涡旋式压缩机制作一般分为三个步骤：制造涡旋室、制作叶片和组装。

1. 制造涡旋室涡旋室是涡旋式压缩机的核心部件，一般使用不锈钢或铝合金等材料制造。

制造涡旋室需要进行铣削、折弯、焊接等工艺，保证室内的光滑度和密闭性。

2. 制作叶片涡旋式压缩机的叶片对于压缩效率和噪声水平有重要影响。

一般使用铝合金、塑料或树脂等材料制作。

制作过程中需要进行精密的加工，以保证叶片的尺寸和形状准确。

3. 组装涡旋式压缩机的组装需要进行精确定位和调整。

首先将叶片固定在涡旋室壁上，然后将进气口和出气口安装在室壁上，紧密固定并密封，最后进行涡旋室的总体安装，接通电源进行测试。

三、测试和维护涡旋式压缩机的测试和维护是保证其正常工作的重要环节。

在测试过程中需要测试压缩机的流量、压力和效率等指标，确保符合设计要求。

维护过程中主要包括涡旋室的清洗和叶片的更换等，以保证其长期稳定工作。

总之，涡旋式压缩机是目前比较先进的压缩机之一，其制作需要掌握流体力学和材料力学等专业知识，并进行精细加工和高度配合的组装。

涡旋式压缩机的应用广泛，随着技术的不断进步，其在空气压缩、制冷、热力学等领域的应用前景将更加广阔。

2.涡旋压缩机的的几何理论及工作过程的分析涡旋式压缩机的涡盘曲线可以是正多边形或圆的渐开线，但为了加工方便通常采用圆的渐开线。

2.1涡盘曲线方程及主要参数以渐开角 作为变参数，那么圆的渐开线可以表示为(cos sin )(sin cos )x r y r ϕϕϕϕϕϕ=+=- （1）图2.1式中 r −渐开线的基圆半径同一基圆的两条不同渐开线形成涡旋压缩机的涡盘，若基圆上的渐开线初始角为α ，则涡旋体的外侧及内侧的渐开线分别表示为000000[cos()sin()][sin()cos()][cos()sin()][sin()cos()]o o i i i i i i i i x r y r x r y r ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ=-α+-α=-α--α=+α++α=+α-+α （2）涡旋压缩机的主要涡线参数如下图.2.2基圆半径 r 渐开线的起始角 α 涡旋体节距 (2)p r =π 涡旋体高度 h 涡旋体壁厚 (2)t =πα 压缩腔数 N涡旋圈数 1()4m N =+2.2压缩室投影面积，压缩室容积，吸气容积及内容积比的分析与计算。

图2.3为涡旋压缩机的端面示意图。

其中固定涡旋和旋转涡旋共形成①②和③对压缩室，只要求出它们的投影面积，便可以知道各压缩室的容积。

为了求得各压缩室的投影面积，我们先求出渐开线与基圆围成的面积。

先找出面积微元（如图1）21()2s d r d ϕϕ= （3）再把面积微元对渐开角 ϕ 积分2216s r ϕ=（4） 在计算各压缩室的投影面积时，由于各压缩室的投影面积不同，应分为如下几种情形讨论：图2.3.涡旋压缩机的压缩室2.2.1中心压缩室的投影面积及压缩室容积（1）0θθ*≤≤ 以及2R r ≥时的情况 其中θ 为曲柄转角； θ*为压缩机排气开始角； R 为曲柄半径。

中心压缩室即和排气孔连通的压缩室（如图 2.3中①）。

当转角为θ时，中心压缩室的投影面积为 1()s θ，用图4上的阴影部分的面积的两倍表示，即：1()2()s s θθ'= （5）图2.4.中心压缩室面积的计算如图4所示，其中面积（1—2—7—6¹—1）=面积（4¹—3¹—1¹—5¹—4¹），则()s θ'的表达式可写成1234()s s s s s θ'''''=--- （6） 其中1s '=面积（7—2—8—3—3¹—1¹—6—7） =522321()2r d θϕθϕπ-α-π-α-⎰=233153[()()]622r θθπ-α--π-α- （7） 2s '=面积（4—3—3¹—4¹—4） =面积（4—4¹—5¹—1¹—3¹—3—4）-面积（4¹—1¹—3¹—4¹） =3322220011()()22r d r d θθϕϕϕϕπ+α-π-α--⎰⎰=222311()23r r θαπ-+α （8）3s '是图2.5—a 中阴影部分的面积，已知曲轴半径2pR t =-=2r π-πα，根据几何关系：3s '=面积（1—6—5—1¹—1）=21(4)2r π-α （9）图2.5.基圆之间的面积4s '是圆的渐开线由于刀具过切或者为满足压缩比而被切削掉的部分,其值很小,可以忽的略不计,即4s '=0 （10）得出中心压缩室的投影面积：1()s θ=2()s θ' =1232(s s s '-'-')=2332223215332[()()]2()(4)32223r r r r θθθπ-α--π-α--απ--α-π-α]（11） （2）0θθ*≤≤以及2R r ≤时的情况 1s '和2s '仍用前面的公式计算，只是3s '计算方法不同：3s '=21rR r s n-π+'' (12)而s ''=s s ∆-扇=221arccos()(2)sin[arccos(222r r ππ-α-π-α-α)] （13）故3s '=2142arccos(sin[arccos(222r ππ{π-α+-α)-(π-2α)-α)]} （14）（3）.2θθ*≤≤π的情况 当2θθ*≤≤π时,中心压缩室与下一个压缩室连通,这时中心压缩室变成图2.6所示的阴影面积,此时的投影面积须把 的积分上下限增加2π,得：1()s θ=112(s s '+'')=2332223319772[()()]2()32223r r r s θθθπ-α--π-α--απ--α-' （15） 求得中心压缩室的投影面积后，得到容积：1()V θ=1()s h θ （16）图2.6.中心压缩室与相邻压缩室连通的情况2.2.2第二个压缩室起以后各压缩室的投影面积及压缩室容积 从中心压缩室起第二个压缩室的投影面积如图2.6所示。

№.4 西北轻工业学院学报 Dec.1997V o l.15 JO U RN A L OF N OR T HWEST IN ST IT U T E O F L IG HT IN DU ST RY ・1・涡旋压缩机优化设计数学模型的探讨樊灵　曹巨江　贺炜　彭国勋(机械工程系)摘　要　根据涡旋压缩机的基本结构和热力学、传热学、流体力学及机械运动学和动力学的相关理论,针对不同结构的涡旋压缩机建立了涡旋压缩机优化设计的数学模型.关键词:涡旋压缩机,优化设计,优化参数中图法分类号:T H455(TH122)1　前言涡旋压缩机是一种新型的压缩机,具有体积小,零部件少,重量轻,热效率高,扭矩变化小,振动小,运转平稳,噪音低,压缩部件的滑动速度小,压缩室之间的工质泄漏少,可靠性高等特点而运用广泛,对其关键参数进行优化设计是提高其性能的重要途径,至今国内未见较为完整的阐述,本文就此进行了涡旋压缩机的优化设计.图1　动涡旋盘参数图2　基本结构参数涡旋压缩机一般主要由动静涡旋盘、防转机构、轴向力支承机构、曲轴驱动机构、自动阀、机壳等组成,其中防转机构主要有十字联接环和球形联接器.动静涡旋盘是形成压缩机工作容积的直接零件,其基本参数是影响压缩机性能的关键因素,是优化的主要变量.在以往的涡旋压缩机的设计中,一般以几何参数为基本参数,这不仅导致了不形象直观的问题,而且导致了设计基准、测量基准的不重合及刀具选择上的不直观[1,2],所以本文以结构参数为基本参数.在已知行程容积和压缩比的情况下,基本参数有:(1)涡圈节距P ;(2)涡圈壁厚t ,一般变化不大; 收稿日期:1997-06-05　第一作者:男,28岁,博士生(3)涡圈高度h ;(4)考虑到动静涡旋盘结构的非对称性[3],还可以动静涡旋盘的最大外径D 1、D 2为参数(对应着各自的最大展开角 1、2,允许 1≠ 2),如图1;图2　修正展开角 (5)对采用双圆弧修正或直线圆弧修正的涡线,其参数还可加上心部修正的展开角 ,如图2;(6)对特定的舌簧阀,其参数有气阀升程h ,阀片厚度 d ,阀片宽度B ,阀片长度L ,阀孔直径D 等5个参数,其中H 、B 、L 、D 按安装条件和密封要求为确定值,剩下的气阀设计变量为阀片厚度n 〔4〕1,如图3.3　工作过程的计算机数值模拟压缩机实际工作过程的计算机数值模拟是进行压缩机设计的图3　排气阀的参数重要环节,是进行受力分析、泄漏分析、传热损失分析、流动损失分析、功耗分析等的有效手段,是联系压缩机基本参数和性能指标的纽带,它为涡旋压缩机的优化设计提供所需数据.详细计算见文献[5]的“实际过程的计算机数值模拟”部分.4　目标函数优化设计的目标函数可由设计需要来确定,如制造成本、运转费用、噪声指标、零件寿命、热力特性、功耗等或多目标的加权组合.对以十字联接环为防止机构的涡旋压缩机,十字联接环上应力分布的不均匀和局部应力的过大是其失效的主要原因,且动涡旋盘运转的平稳性和动力特性的好坏是压缩机能否正常运转的关键,而这些因素都与动涡旋盘的轴向力和倾覆力矩有关,所以可以倾覆力矩M 或轴向力F a 与倾覆力矩M 的合成[6],即轴向合力F x =F a +2M /D 最小为目标函数[7].对以球形联接器为防止机构的涡旋压缩机,一般以发挥其高效节能的优势为出发点,以能效比E .E .R 的倒数为目标函数.因其具有广泛的通用性,本文以此为重点加以分析.能效比:E .E .R =Q e W in 式中:Q e ——蒸发器中吸热量,W in ——电机输入功率.Q e = h e m e ′- h 0m 0′ 式中: h e 、 h 0分别为制冷剂和油在蒸发器中比焓的变化,m e ′、m 0′分别为制冷剂和油在系统中的质量流量变化.输入功率为:・2・西北轻工业学院学报 第15卷 式中:W p ——多方压缩耗功,L c ——压缩损失,L m ——机械损失, m ——电机的效率.W p =n n -1P a R v-P s V s ′ 式中:n ——多方指数,P a ——排气压力,P s ——吸气压力,R v ——压缩机内容积比,V s ′——输气量.L m =L j +L t +L f 式中:L j ——轴颈轴承损失,L t ——止推轴承损失,L f ——侧向磨擦损失.5　约束条件涡旋压缩机的约束条件主要由强度及刚度条件、加工条件、热力性能、动力特性等来确定.对动静涡旋盘的优化而言,应满足如下约束条件:(1)应满足一定的排气量(Q )要求:Q =V h n v 式中:Q ——排气量,V h ——行程容积, v ——容积效率.(2)应满足压缩比( )的要求:V e + e -52 + *V h×90%≤ ≤V e + e -52+ *V h 式中V 为工作腔容积.(3)涡旋型线厚度t 太小,则强度、刚度低,加工中变形大,运行中受热、受力变形大,气体泄漏大,热力性能降低;若t 太大,则整体尺寸加大,所以t min ≤t ≤t max .(4)行程容积一定时,增加型线壁高h 有利于减少泄漏,但过大又导致运动稳定性差,且壁面刚度下降,加工困难;过小则受动涡旋盘质量、轴向力、外径的限制,所以h min ≤h ≤h max .(5)涡旋压缩机的轴向间隙是主要的泄漏通道,所以轴向间隙应加以控制:C 1h + m ≤ max .(6)为减少压缩机尺寸,便于系列化,动涡旋盘底板直径D 1≤D 1max .(7)考虑到加工刀具的规格及深槽加工的困难,应满足h /(P -t )≤A ,一般取A =4.(8)动涡旋盘的驱动件高度L a 太长,会加大倾覆力矩;太短,则驱动件表面因应力增加而受破坏,所以L a max ≤L a ≤L a min .另外,如驱动件采用滚动轴承,则L a 的取值与轴承宽度有关.(9)结构参数 =h /P 过大,则动涡旋盘倾覆力矩大,动涡旋盘局部应力峰值大,轴向力产生的平均应力减少. 值减少时,倾覆力矩小,局部应力峰值较小,但此时轴向力产生的平均应力增大.当 值为一恰当的值时才能使局部总应力值最小,动力特性好,所以 min ≤ ≤max .对设置排气阀的压缩机如要进行优化,则应满足如下条件:(1)阀片厚度太薄,则难以满足结构、强度及加工工艺性要求;太厚,则阀片弹性太差,难・3・第4期 樊灵等:涡旋压缩机优化设计数学模型的探讨以实现正常的运动,所以 d min ≤ d ≤ d max .(2)阀腔高度太高,则受到重量、尺寸、自振频率的限制;太低,则受到安装的限制,所Z min ≤Z ≤Z max .(3)阀片撞击速度过高,则对阀片的寿命、可靠性、效率及噪音等指标都有影响,应加以限制,所以V d ≤V d max .6　计算方法压缩机的设计比较复杂,恰当的计算方法是提高计算精度和速度的保证.在计算机模拟求解微分方程组时,一般用龙格-库塔法.在优化设计时,可用可变容差法、惩函数法、网格法和复合形法等方法.因设计变量和目标函数具有不同的数量级,为避免较大的舍入误差,可先进行尺度转换和无量纲变换,转化为标准形式.考虑到加工因素和标准化、系列化的需要,计算结果还应圆整.7　结果分析根据以上分析,可得优化的数学模型:设计变量X =〔P ′,t ′,h ′,D 1′,D 2′, ′,n 1′〕T P =P P 0,t =t t 0,h =h h 0,D 1=D 1D 10,D 2=D 2D 20, = 0,n 1=n 1n 10 下标为“0”的量为粗略设计计算所得的初始值.目标函数min U =U (P ′,t ′,h ′,D 1′,D 2′, ′,n 1′)=W in Q e 约束条件h 1=Q -V n n v =Q -(N 1+N 2-1) P (P -2t )hn v =0g 1=t -t min ≥0 g 2=t max -t ≥0g 3=h -h min ≥0 g 4=h max -h ≥0g 5= max -C 1H + m ≥0 g 6=D max -D ≥0g 7=A -h /(P -t ) g 8=L a -L a min ≥0g 9=L a max -L a ≥0 g 10=h /P - min ≥0g 11=max -h /P ≥0 g 12= d - d min ≥0g 13= d max - d ≥0 g 14=Z -Z min ≥0g 15=Z max -Z ≥0 g 16=V d max -V d ≥0g 17= -V e - e -52 + *V ×90%≥0・4・西北轻工业学院学报 第15卷 结合汽车空调用涡旋压缩机的样机可得如下计算结果,其中样机按国家行业标准,试以QC/72.1-93《汽车空调制冷装置压缩机》所规定的工况测试标准为设计规格,其参数为:吸气压力饱和温度:-1℃(对应压力0.29843MPa ),排气压力饱和温度:62℃(对应压力1.5929M Pa ),过热度:10℃,过冷度:5℃,压缩机转速:1800r /min .优化设计后,其基本结构参数为:节矩:18.8998mm ,壁厚:4.55mm ,型线高度:29.4mm ,动涡旋盘最大展开角:17.48,静涡旋盘的最大展开角:17.50,修正型线展开角:1.52,此时能效比:2.5.计算结果分析如下:由图4知,节矩太大,则动涡旋盘的直径太大,轴向密封线长度增加,泄漏量增加,能效比下降;节矩太小,则型线高度增加,动涡旋盘的动力特性较差,颠覆力矩较大,受力增大,机械损失增加,能效比下降.由图5,型线高度与能效比的关系分析与节矩的分析相似,型线高度也有一合适的值.图4　能效比—节矩 图5　能效比—型线高度图6　能效比—壁厚 图7　能效比—动涡旋盘最大展开角图8　能效比—修正型线展开角 由图6知当壁厚太厚时,动涡旋盘的直径增大,重量增大,密封线长度增加,机械损失和泄漏量增加,能效比下降.当壁厚太薄,则动静涡旋盘的受力、受热变形加大,泄漏量增加,能效比下降.动涡旋盘的最大展开角与动涡旋盘的直径相关,太小则型线高度增加,能效比下降;太大则动涡旋盘直径加大,能效比也下降,所以最大展开角也具有合适的值,如图7.由图8知,修正型线展开角过大,则在保证内压缩比的情况下,最大展开角必然加大,引起动涡旋盘直径的增大,能效比的下降;修正型线展开角过小,则修正心部变薄,强度、刚度变小,运行中受力、受热变形大,泄漏量大,能效比降低.・5・第4期 樊灵等:涡旋压缩机优化设计数学模型的探讨8　结论根据涡旋压缩机的基本结构和相关理论,确定了涡旋压缩机的基本优化参数、合理的约束条件、常用的目标函数及相应的计算方法,从而建立了涡旋压缩机优化设计的数学模型,为提高压缩机性能奠定了基础.参考文献1　顾兆林,郁永章.涡旋压缩机设计计算研究.流体机械,1996;(2):482　顾兆林,郁永章.涡旋压缩机基本参数选择及结构参数 =H /P t .压缩机技术,1996;(3):93　陈志明,樊恒鑫.涡旋压缩机腔内压力变化非对称性理论分析.流体机械,1995;23(7):134　吴业正.往复式压缩机数学模型及应用.西安交通大学出版社,1989年5　樊灵.启式涡旋压缩机的研究.硕士学位论文,西北轻工业学院,1997年6　(日)森下悦生,杉原正浩.涡旋压缩机的设计问题.压缩机技术,1988;(4):117　朱延敏.空调用涡旋压缩机数值模拟及优化.硕士学位论文,西安交通大学,1991年8　乔宗亮,李翠华.涡旋压缩机涡旋盘的尺寸优化.流体工程,1993;(4):52STUDY OF THE MODEL OF SCROLL COMPRESSORS ′DIMENSIONED OPTIMIZATIONFan L ing Cao J uj ang H e W ei P eng Guox unABSTRACTIn this paper,the mo del o f dim ensioned optim ization of the different structur e scroll co mpr essor is established acco rding to the basic structur e o f scroll com pressor and the the-ories of the thermodynamic ,fluid mechanics ,heat tr ansfer and the mechanic kinematics and dynamics .Keywords :scroll compresso r,dim ensioned optimization,optim izing parameters ・6・西北轻工业学院学报 第15卷。

涡旋压缩机设计理论
首先是压缩腔设计。

涡旋压缩机的压缩腔是压缩过程的主要空间，其设计合理性直接影响到涡旋压缩机的性能。

压缩腔的设计要考虑到充分利用空间，确保气体在其内部能够充分旋转，从而实现高效的压缩。

压缩腔的设计应遵循一定的几何比例和流动原理，如设计合理的腔室形状、严格控制出口流道大小等。

其次是叶轮设计。

叶轮是涡旋压缩机中最核心的部件，其设计合理与否直接决定了涡旋压缩机的性能。

叶轮的设计要考虑到叶片的数量、叶片的弯曲程度、叶片的角度等因素，以及叶轮的直径、转速等参数。

叶轮的设计既要满足高效率、高性能的要求，还要考虑到叶轮的材料选择、加工工艺等问题。

最后是导流器设计。

导流器是将进口气体引导到叶轮并使其旋转的装置，其设计合理与否直接影响到涡旋压缩机的性能。

导流器的设计应遵循一定的流动原理，确保进口气体能够流畅地进入叶轮，并且在叶轮旋转的过程中能够得到充分的压缩。

导流器的设计包括入流角、流道形状以及流道长度等参数的选择。

除了以上三个方面的设计理论外，涡旋压缩机还需要考虑到其他一些因素，如冷却系统的设计、涡旋压缩机的制造工艺等。

冷却系统的设计要确保涡旋压缩机在运行过程中能够保持合适的温度，提高其运行效率和使用寿命。

制造工艺方面的设计要确保涡旋压缩机的制造过程合理、稳定和可靠。

总之，涡旋压缩机的设计理论涉及到压缩腔设计、叶轮设计和导流器设计等方面，合理的设计能够提高涡旋压缩机的性能和效率。

此外，还需
要考虑到冷却系统的设计和制造工艺的合理性。

未来的研究可以进一步深入探讨涡旋压缩机的设计理论，提高其性能和应用领域的广泛性。

TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2019年10月上 97浅谈涡旋压缩机设计朱飞 广州万宝集团压缩机有限公司 广东 广州 510080摘 要 针对涡旋压缩机技术特点，通过结构分析和设计优化，对压缩机设计过程中的动平衡及型线设计的疑难点进行简单阐述和总结，希望为企业后续设计研发工作提供思路。

关键词 涡旋压缩机；动平衡；型线引言随着科学技术和社会经济的快速发展，当今社会对能源的需求越来越大，与此同时，不可再生资源的浪费问题也是越来越突出。

因此各行各业尤其是制冷行业对产品能效的要求越来越高，压缩机制冷产品的心脏，核心部件，制冷产品的高标准就是对压缩机的高要求，所以，相对传统的活塞式和转子式压缩机，涡旋压缩机具有零件少、振动噪音低、冷量大、能耗低等优点在日益追求高效、节能的市场竞争中逐渐脱颖而出。

1 技术特点涡旋压缩机是容积式压缩机，属于第三代压缩机，由动定涡旋盘组成，通过涡旋盘相互间啮合形成密闭容积连续变化，达到气体压缩目的，主要结构特点有：①零件数少：运动部件少，仅动定盘、机架、曲轴、电机等零件；②振动噪音低：固定曲轴结构以及足够大的排气缓冲结构、吸排气过程几乎连续使振动和噪音更小；③直接吸气：吸气预热小、容积效率高，使压缩机可靠性增强、效率更高；④高可靠性：压缩机没有阀片，运转更稳定、高可靠。

2 设计点2.1 型线设计型线是涡旋式压缩机最为重要部分，其参数设计直接关系压缩机性能，型线设计包含的参数很多，主要有型线方程、基圆半径a 、渐开线节距P 、涡旋体壁厚t 、涡旋体高度h 、型线圈数N 等[1-2]。

根据压缩机的设计需求确定基本参数V 、N 、a 、α，通过公式（1）~（4）来求解P 、r 、hV = ∏P(P -2t ）h （2N-1） （1）r = P/2-t （2）t = 2∏a （3）P = 2a α （4）型线方程是关联压缩机容积及啮合度，两涡旋盘在连续运转过程中始终保持一定数量的密封容积，所以动涡旋盘和静涡旋盘的相位差∏，基圆中心距r 。

详解涡旋压缩机（原理、结构、特点、⽐较，性能分析等）涡旋压缩机是⼀种容积式压缩的压缩机，压缩部件由动涡旋盘和静涡旋组成。

其⼯作原理是利⽤动、静涡旋盘的相对公转运动形成封闭容积的连续变化，实现压缩⽓体的⽬的。

主要⽤于空调、制冷、⼀般⽓体压缩以及⽤于汽车发动机增压器和真空泵等场合，可在很⼤范围内取代传统的中、⼩型往复式压缩机。

基本结构结构特点两个具有双函数⽅程型线的动涡盘和静涡盘相错180°对置相互啮合，其中动涡盘由⼀个偏⼼距很⼩的曲柄轴驱动，并通过防⾃转机构约束，绕静涡盘作半径很⼩的平⾯运动，从⽽与端板配合形成⼀系列⽉⽛形柱体⼯作容积。

特点：利⽤排⽓来冷却电机，同时为平衡动涡旋盘上承受的轴向⽓体⼒⽽采⽤背压腔结构，另外机壳内是⾼压排出⽓体，使得排⽓压⼒脉动⼩，因⽽振动和噪声都很⼩。

背压腔如何实现轴向⼒的平衡？在动涡旋盘上开背压孔，背压孔与中间压⼒腔相通，从背压孔引⼊⽓体⾄背压腔，使背压腔处于吸、排⽓压⼒之间的中间压⼒。

通过背压腔内⽓体作⽤于动涡旋盘的底部，从⽽来平衡各⽉⽛形空间内⽓体对动涡旋盘的不平衡轴向⼒和⼒矩。

⾼压外壳的特点：1.吸⽓温度加热损失少；2.排⽓脉动⼩；3.启动时冷冻机油发泡。

低压外壳的特点：1.吸⽓温度易过热；2.压缩机不易产⽣液击；3.内置电动机效率较⾼。

数码涡旋压缩机采⽤“轴向柔性”浮动密封技术，将⼀活塞安装在顶部定涡旋盘处，活塞顶部有⼀调节室，通过0.6mm直径的排⽓孔和排⽓压⼒相连通，⽽外接PWM阀（脉冲宽度调节阀）连接调节室和吸⽓压⼒。

PWM阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压⼒为排⽓压⼒，⼀弹簧⼒确保两个涡旋盘共同加载。

PWM阀通电时，调节室内排⽓被释放⾄低压吸⽓管，导致活塞上移，带动顶部定涡旋盘上移，该动作使动、定涡旋盘分隔，导致⽆制冷剂通过涡旋盘。

数码涡旋的调节机构⽤于冷冻系统中的系统流程图：对压缩过程进⾏中间补⽓的经济器运⾏⽅式，是解决涡旋压缩机在低温⼯况下运⾏时，由于压⽐过⾼导致排⽓温度过⾼的有效⽅法。

涡旋制冷压缩机原理构造与优缺点原理：动盘与静盘的涡旋线型相近相同，但相位差180°进行啮合，已经形成一系列封闭空间；静盘不动，动盘绕着定盘中心，以偏心距为半径作公转妇女解放。

当动盘公转时，依次相啮合，以使月牙形面积不断压缩变小，从而以使气体不断被压输，最后从静盘中心孔处吸出。

结构：动盘（涡旋转子）、静盘（涡旋定子）、支架、十字联轴环、背压腔、偏心轴压缩机">涡旋式压缩机长处：1、冲击波驱动动涡盘运动的偏心轴可以高速旋转，涡旋式压缩机体积小重量轻；2、动涡盘与主轴等运动部件的受力变化小，整机振动小；3、适应体育运动于变转速运动和变频谐波技术；4、涡旋压缩机整机噪声很低；5、涡旋冷却系统有可靠和有效的密封性，其制冷系数不是随运行时间的增加而，而是略有提高；6、热辐射压缩机有着良好的工作特性。

在空气净化式空调系统中，特别表现在制热性能非常高、稳定性好、安全性高；7、涡旋式压缩机无余隙容积，能继续保持高容积效率运行；8、力矩变化小，平衡性高，振动小，运转平稳，从而操作简便，易于实现自动化；9、运动部件少、没有往复运动政府机构，结构简单、体积小、重量轻、零件少、可靠性高，寿命在20年以上。

涡旋式涡轮机缺点：1、运动机件表面多是呈略曲面形状，这些曲面的加工及其检验均较检测复杂，制造需高精度的加工设备及精确的高精度调心装载技术，因此组装成本较高。

2、其运动机件之间或运动机件与固定机件之间，常以保持一定的运动间隙来达到密封，气体恐通过间隙势必引起泄漏，这就限制了回转式压缩机难以达到较大的压缩比，因此，大多数回转式压缩机多在空调多数工况下使用。

涡旋压缩机毕业设计涡旋压缩机毕业设计在现代工业领域，涡旋压缩机作为一种高效节能的压缩机，被广泛应用于各个领域。

涡旋压缩机的设计与研究成为了许多工程师和学者的关注焦点。

本文将探讨涡旋压缩机的毕业设计，包括设计目标、设计流程和设计要点等。

设计目标涡旋压缩机的设计目标可以分为两个方面，即性能目标和结构目标。

性能目标主要包括压缩机的压比、流量、效率和功率等指标。

结构目标则关注压缩机的体积、重量、可靠性和制造成本等方面。

设计流程涡旋压缩机的设计流程一般包括以下几个步骤：需求分析、初步设计、详细设计和验证。

需求分析阶段需要明确压缩机的使用条件、工作介质和性能要求等。

初步设计阶段则是根据需求分析的结果，确定压缩机的基本结构和工作参数。

详细设计阶段则涉及到具体的几何参数、叶片轮廓和叶片布置等。

最后，通过验证实验或数值模拟等手段对设计方案进行验证和优化。

设计要点涡旋压缩机的设计要点主要包括叶片轮廓设计、叶片布置和流道设计等。

叶片轮廓设计是涡旋压缩机设计的核心之一，它直接影响到压缩机的性能。

在叶片轮廓设计中，需要考虑叶片的厚度、弯曲度和扭转角等参数。

叶片布置则是指叶片在转子上的位置和角度，合理的叶片布置可以提高压缩机的效率。

流道设计则是指涡旋压缩机内部的气流流动情况，合理的流道设计可以减小气流损失和涡旋损失。

除了上述设计要点，还有一些其他的关键技术需要考虑。

例如，涡旋压缩机的轴承和密封等部件的设计，对于压缩机的可靠性和维护性至关重要。

此外，涡旋压缩机的材料选择也需要根据工作条件和要求进行合理选取。

总结涡旋压缩机的毕业设计是一个复杂而有挑战性的任务。

设计者需要考虑性能目标和结构目标，并遵循一定的设计流程和要点。

通过合理的叶片轮廓设计、叶片布置和流道设计等，可以实现涡旋压缩机的高效节能。

同时，对于轴承、密封和材料等关键技术的合理设计，也是确保压缩机可靠性和维护性的重要保证。

在未来的工作中，我们还可以进一步研究涡旋压缩机的优化设计和性能改进，以满足不断发展的工业需求。