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空调压缩机曲轴的可靠性设计分析邝伟兴发布时间：2023-05-31T05:25:51.769Z 来源：《中国电业与能源》2023年6期作者：邝伟兴[导读] 在围绕空调压缩机技术设备中安装配置的传统化曲轴技术组件开展设计工作环节过程中，运用安全系数法，能够确保设计成果在可靠度层面契合满足实际要求。
美的制冷设备有限公司广东佛山 528000摘要：在围绕空调压缩机技术设备中安装配置的传统化曲轴技术组件开展设计工作环节过程中，运用安全系数法，能够确保设计成果在可靠度层面契合满足实际要求。
然而，上述技术方法未能关注考虑材料技术性能的离散性特征、载荷应力作用的随机性特点，以及技术零部件在应力参数项目方面和强度参数项目方面的具体变化情况，且在实际选取安全系数过程中具备着较高程度的主观随意性，极易引致发生过度设计问题，需要采取措施展开处置干预。
文章将会围绕空调压缩机曲轴的可靠性设计，展开简要的阐释分析。
关键词：空调压缩机设备；曲轴技术组件；可靠性设计；探讨分析围绕机械技术设备产品推进实施的设计工作环节，是具备显著复杂性的技术工作实践进程，需要同时涉及数量众多的学科领域。
在围绕机械技术设备产品推进开展的设计工作实践环节过程中，对设计可靠性的追求实现，是支持保障实际设计形成的机械技术设备产品具备良好质量，以及安全技术性能的关键性前提条件，同时还是改良提高机械技术设备产品综合性市场竞争力的关键性层面，鉴于此种特殊背景，来源于国内外诸多具体行业领域的从业人员，指向机械技术设备产品可靠性设计的效果提升策略推进实施了持续性的研究探索工作环节。
从基本的概念学理内涵角度展开阐释分析，所谓机械可靠性设计，通常指涉的是在特定化的时间性因素和环境性因素影响制约条件作用之下，机械技术设备产品能够发挥彰显的使用技术功能，以及在具体使用活动推进开展过程中能够支持获取的综合效益。
源于机械技术设备产品实际展现的基本技术性能参数指标项目数值水平受实际使用的工程技术材料的离散型特征，以及生产加工技术工艺方法、安装技术工艺方法偏差问题的影响作用程度较为显著，且产品设计工作环节的总体推进效果，针对产品固有质量层面施加的影响作用程度大约处在75.00%左右，因此，围绕机械技术设备产品推进开展可靠性设计工作环节，通常需要综合性关注考量各类不可靠性技术因素施加的影响作用。
全封闭涡旋式制冷压缩机涡旋型线的设计和测量陶建幸陈爱平简要介绍了设计小型全封闭涡旋式制冷压缩机涡旋型线的几个技术问题，论述了对涡旋型线的头部与末端进行修正的重要性并提出一种比较合理的修正方法，讨论了测量涡旋体精度的比较实用和简便的方法。
关键词：涡旋压缩机涡旋型线修正曲线测量Some questions of scroll curve are introduced about little hermetic scroll refrigeration compressor in this paper.It discusses the importance of amending the head and end of scroll curve ,and raises a resonable correction method about scroll curve.It is argumented that a simple and praticality method of measuring scroll curve's involute form.Keywords：rolScl Compressor Scroll Curve Correction Curve Measure1 引言众所周知，涡旋压缩机是目前世界上最先进的压缩机之一，它具有高能效比、低耗功、低噪声、重量轻、高可靠性等诸多优点，涡旋压缩机正在各个领域飞速发展，尤其是在制冷、空调领域，它正逐步取代活塞式和转子式，成为制冷系统和空气调节器首选的主机。
涡旋压缩机的关键技术是涡旋盘的超精密加工，涡旋盘的精度基本上都在μ级，这对设计和加工提出了相当高的要求，为了防止无限制和不必要的提高加工精度，只需对涡旋型线进行优化设计和一定程度上的修正，就可以在不增加成本的同时保证实际制冷效果不变或有所提高。
目前，世界上形成商品化的涡旋压缩机型线的数学模型全部为圆的渐开线，这主要是由于使用该种型线的压缩机具有更加紧凑的结构和良好的工作特性，而且圆的渐开线易于加工，可以采用展成法，这对于使用高速、高效专机进行大批量的超精密加工具有十分重要的意义。
涡旋压缩机型线设计准则及其优选策略涡旋压缩机型线是现代化造船和汽车制造领域中非常重要的一部分。
了解涡旋压缩机型线设计准则和一些优选策略，对于整体的设计质量和制造成本的控制有着重要的作用。
本文旨在综述涡旋压缩机型线设计准则及其优选策略，以便为有关部门的研究者提供一定的参考意义。
涡旋压缩机型线的设计准则和优选策略主要体现在以下几个方面：首先，设计准则应突出关键性要素，以满足涡旋压缩机设计要求。
并结合实际情况，重点考虑涡旋压缩机在制造领域中的流体动力学特性，包括流量、压力损失、功率消耗和效率等，以及泵结构形式、压力损失和流动性能如何影响总体系统性能。
其次，根据实际情况，考虑涡旋压缩机的结构和动力性能优化方案。
结构优化应考虑涡旋压缩机叶轮和壳体的外形和断面形状，以及叶轮、壳体结构的局部材料选择，以减少重量和有效地改善流量效率和压力损失。
此外，在设计型线过程中，应考虑涡旋压缩机叶轮的形状设计，以进一步实现减负荷压缩机型线。
通过改变叶轮形状，可以有效地改善叶轮结构的性能，进而改善整体泵性能。
再次，可以结合实际情况考虑使用涡旋压缩机的数值分析方法，以提升设计质量。
数值模拟可以有效地模拟涡旋压缩机的实际表现，有助于预测涡旋压缩机的运行状态，从而验证设计参数的正确性、有效性和可靠性。
最后，讨论涡旋压缩机型线优选策略，其中解析条件技术和计算机辅助设计技术是通常采用的方法之一，即建立参数协调曲线，实现多种压缩机型线优化，并进行必要的压缩机型线选择。
此外，还可以结合计算机仿真技术，使用压缩机过程中出现的各种噪声数据，有效改善和优化压缩机整体性能，以达到设计目标。
综上所述，涡旋压缩机型线设计准则及其优选策略，在设计领域具有重要的意义，有助于解决涡旋压缩机的设计、制造、投产等问题。
如今，涡旋压缩机的设计方法及其相关理论都在不断更新，优化和发展，以满足新型涡旋压缩机的应用需求。
因此，有关部门的研究者还应继续努力提高涡旋压缩机的设计水平，持续改进涡旋压缩机制造技术，实现涡旋压缩机设计与制造工艺的系统化、自动化和信息化，以使涡旋压缩机实现质量和经济效益的最大化。
涡旋压缩机设计、制造关键技术及系列产品开发年度国家科学技术进步二等奖I项目介绍lnformations涡旋压缩机设计,制造关键技术及系列产品开发:成果属流体机械及流体动力工冷及低温工程学科的压缩机与制:领域.:成果围绕涡旋压缩机设计与制l技术系列产品开发及其应用了深入研究.主要研究内容及]下:首次提出并证明了"只有偶数;边形渐开线可以构成涡旋压缩机:型线".通过优化比较.提出了基圆渐开线的涡旋型线的工程设奠定了涡旋压缩机产品设计{.建立了基于热力学和动力学的缩机工作过程数学模型,该模型基圆渐开线和工质物性泄露流场等物理方程,并开发了仿真:件,解决了涡旋压缩机瞬态参数工况难以测试研究的难题.为设【优化奠定了基础.基于以上理论和仿真分析.对缩机的结构进行了系统研究.提现了涡旋压缩机的关键设计技活:发明了"柔性密封设计技术"."间隙自动补偿结构".解决了问:对容积效率和可靠性影响的难究了轴系旋转失稳现象.提出了"轴系关联平衡的工程设计方法";提出了几何不对称十字环结构及其设计方法",解决了防自转机构对空间对称的要求.实现了随几何空间的灵活设计:提出了"无泵供油的设计思想"解决了瞬态起动过程与超常工况下压缩机安全运行的难题.4.基于对铸造,加工及计量工艺的研究.开发了关键雩件的制造技术.包括:提出并实现了"液态模锻改进工艺".解决了涡旋体的铸造缺陷:提出了"渐开线不对称涡旋体结构".改善了加工工艺,解决了加工过程中涡旋体壁厚控制的技术瓶颈提出了"涡旋体轮廓度测量方法"解决了涡旋盘形位精度计量的难题.5.基于上述涡旋压缩机设计,制造关键技术.进行了系列产品开发.攻克了压缩机与系统匹配,无泵供油,极端工况下可靠运行以及无油结构的润滑,导热与密封等技术难关形成了QW,WX,动力及无油等涡旋压缩机4 涡旋压缩机设计.制造的流程涡旋压缩机的结个系列产品,实现了产业化.并推广用到制冷,动力,汽车与燃料电池:领域.6.本成果在研究过程中共申请利14项(发明专利2项).已授权13巧发表科技论文91篇.出版学术专着已组织召开国际会议4次.相关成果2001年通过鉴定.鉴定意见为:具有主知识产权.达到国际先进水平.本成果的轴向无密封环涡旋压缩技术转让到到韩国LG公司.高压冷媒量回收用涡旋膨胀机和压缩机技术出到日本大金株式会社等单位:涡旋压机设计制造关键技术已在ImJJI明星汽空调有限公司浙江隆中机械制造有公司西安泰德压缩机有限公司江市北渚粉末冶金有限公司等1O多家位推广应用.近三年新增利润1.65元.新增税收O.98亿元.为军工和8燃料电池专题研制成功了无油系列涡. 式压缩机.解决了压缩介质受润滑油染的难题.本成果的推广应用.打破国外对涡旋压缩机技术的垄断,促进我国压缩机产品的更新换代提高了. 品在国内外市场的竞争力,推动了我动力制冷等行业的技术进步.四4。
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。
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？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。
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。
椭圆封头—筒体结构可靠性设计公式推导作者：罗惠敏杨溪荣韦权权来源：《当代化工》2019年第08期摘 ;;;;;要：依据国际安全联合委员会（JCSS）推荐使用的由拉克维茨等出的JC法（可靠度计算方法）和第四强度理论，推导了压力容器椭圆封头和薄壁圆形筒体的可靠度计算公式。
采用ANSYS中蒙特卡洛可靠度计算方法对上述公式的正确性进行了验证，同时分析了对结构可靠度影响较大的因素。
以上研究为压力容器的可靠性分析提供了一定的参考。
关 ;键 ;词：JC法;可靠度分析;蒙特卡洛;压力容器中图分类号：TQ 052 ;;;;;;文献标识码： A ;;;;;;文章编号： 1671-0460（2019）08-1894-04Abstract： Based on the JC method （reliability calculation method） and the fourth strength theory proposed by the International Security Council （JCSS）， the reliability calculation formula of the elliptical seal head and thin circular cylinder of the pressure vessel was derived. The correctness of the above formula was verified by Monte Carlo reliability calculation method in ANSYS， and the factors that have great influence on structural reliability were analyzed. The above research provides reference for the reliability analysis of pressure vessel.Key words： JC method;Reliability analysis; Monte Carlo;Pressure vessel随着石油化工行业的大型化发展，对压力容器设计提出了越来越高的要求，不仅需要其能完成预定的功能并确保安全性，同时对其经济性和可靠性也提出了要求。
制冷压缩机系列讲座（二十一）：涡旋式制冷压缩机IV —密封与防自转机构信息来源：中国制冷空调技术网 更新日期： 2009-2-5关键词：制冷压缩机，涡旋式制冷压缩机，密封，防自转机构密封与防自转机构一、涡旋式压缩机的泄漏压缩机的泄漏不但使输气量减少，而且也造成功率消耗的增加，而涡旋式压缩机的泄漏还会导致排气温度的升高，因此减少泄漏是提高涡旋式压缩机经济性和可靠性的有效方法。
图21-1 泄漏通道1.泄漏途经 涡旋式压缩机的泄漏途经有两条，如图21-1所示：①通过轴向间隙的径向泄漏。
②通过径向间隙的周向泄漏。
2.泄漏长度 当工况一定时，泄漏量的大小与压缩腔室间的压差、动静涡旋体间的密封间隙值以及泄漏长度有关。
从图21-1看出，径向泄漏是由于动、静涡旋体端面间存在轴向间隙而产生沿涡旋线端部的泄漏，其泄漏长度显然应是涡旋线长度，而通过各压缩腔室动静涡旋体啮合点间隙产生的周向泄漏长度则是与涡旋体高度有关。
图21-2 一对涡旋体的径向和周向泄漏质量流量的计算实例图21-2是一对涡旋体的径向和周向泄漏量理论计算的实例，计算中取01.97,0.48,dk s p M P a p M P a ==轴向间隙15,a m δμ=径向间隙30r m δμ=。
由曲线中看出，相应于压缩腔转移至中心压缩室的转角位置时，泄漏量达最大值，尽管轴向间隙只是径向间隙的一半，但在大部分转角范围内，径向泄漏比周向泄漏大，因为径向泄漏长度比周向泄漏长度长得多，故轴向密封机构更为重要。
1q 二、密封机构涡旋式压缩机的密封技术是提高其经济性和可靠性得关键技术，至今是人们关注的焦点。
1.轴向密封机构 前面已提及径向泄漏一般大于周向泄漏，因此轴向密封显得尤为重要。
轴向密封机构阻止气体得径向泄漏，它主要分为接触式和非接触式两种。
图21-3 接触密封1-端部密封2-涡旋体型线（1）接触式密封在涡旋体端面开涡旋槽，其内嵌有密封组件，使之与另一涡旋体的底表面紧密接触，如图21-3所示。
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。
•提高旋转式压缩机可靠性的技术•2007-06-05 08:59:00 作者：admin来源：浏览次数：568 网友评论0 条••压缩机是空调器的主机，有如人的心脏。
空调器的性能、可靠性以及长达10年以上的运行寿命，必须由压缩机来保证。
如何来提高作为主机—压缩机的可靠性，一直是制冷业界关注的问题，下面就根据自己多年来从事旋转式压缩机的技术实践和近年来对国外各知名品牌旋转式压缩机的分析提出如下看法。
1. 旋转式压缩机属高精度、小型动力机械。
机芯内部高、低压通道完全靠间隙、油膜密封，各滑动间的磨擦也是靠间隙中形成的油膜来润滑，以减少磨耗，保证可靠性，延长使用寿命。
1.1 保持机芯滑动件间均匀而细小的间隙是提高压缩机性能与可靠性的前提条件。
1.1.1 气缸滑片槽与滑片的间隙。
产品图规定一般压缩机二者的间隙为20~30μm，小型高速变频压缩机可缩小至15~20μm。
工艺上要求滑片能以自由落体的方式，通过滑片槽，以证明二者间隙均匀。
目的在实现：滑片槽既能引导滑片自由上下移动与滚动活塞、气缸壁一起组成吸排气腔并实行密封，又为形成高压油膜，保证润滑、降低磨耗提高可靠性，创造条件。
但是传统的制造工艺是用三点焊接的方法将气缸与壳体连接起来的。
三点焊的热应力导致壳体收缩形成对气缸滑片槽的挤压，使滑片槽产生变形。
这不仅影响到二者配合间隙的均匀，甚至可出现卡死滑片的故障。
分析变形影响因素：与气缸结构、材质、三点焊工艺状况、及机芯与壳体的连接方式有关。
传统的斧形气缸（图1）焊后变形最大，特别是当材质强度低（如采用金属型共晶铸件时），三点焊参数选择不当，三点参数不均一、时间不同步时，其变形量甚至可高达15μm以上。
我曾见过一个工厂三点焊后有1/3以上的压缩机因卡死滑片而下线。
压力上首先对气缸结构和材质进行改进的是日本“三菱电机”。
它们通过采用轮辐型气缸（图2）FC25砂型铸件，将滑片槽的变形控制到5μm以内。
为保证二者间隙均匀并为适当减小间隙值提供了前提条件。
№.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。
