專利名稱：渦旋壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種渦旋壓縮機。該渦旋壓縮機用于空調、制冷、真空泵和氣體壓縮等方面。
背景技術：
渦旋壓縮機是近二十多年來國際上出現的一種全新壓縮機，具有機構簡單、高效、低噪音等優(yōu)點。為獲得高效的壓縮比，各國都對渦旋壓縮機渦旋根部型線的修正作了大量工作。目前各國廣泛采用的渦旋壓縮機渦盤渦旋根部(即高壓區(qū)部位)修正型線是日本三菱重工開發(fā)的一種完全嚙合Perfect MeshIndustrial型線(簡稱PMP型線)。其特征在于高壓區(qū)部位由兩段圓弧修正而成，并且修正圓弧圓心均在過主渦線基圓的切線上。
PMP型線雖然能將殘余氣體排凈，避免了重復壓縮，但是分析其修正原理可知為獲得高的壓縮比，須使排氣角增大，但由此使主渦線被修正段減少，僅在排氣孔附近渦線壁厚有所增加，而其余部分渦線壁厚不變，因而不能保證在根部段有足夠的強度，反之，要使根部段強度提高，則只能以降低壓縮比為代價。因此，使造成渦旋壓縮機壓縮比不能大幅提高，功率受到限制，使得大多數渦旋壓縮機多在空調工況下使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決PMP型線渦旋根部段(即高壓區(qū)部位)強度與壓縮比相互限制，渦旋壓縮機壓縮比不能大幅提高的缺點。本發(fā)明涉及一種渦旋壓縮機，提出了一種基于三基圓(Three Basic Circle，簡稱TBC)理論的延伸修正型線。
本發(fā)明涉及的渦旋壓縮機，其渦盤渦旋根部段(即高壓區(qū)部位)型線是基于“三基圓”型線(簡稱TBC型線)修正理論的延伸修正型線，該型線由外側主漸開線段J2E2，連接直線段E2E1，內側主漸開線段E1J1，內側修正漸開線段J1K1，修正大圓弧段K1N，修正小圓弧段NK2，外側修正漸開線段K2J，組成。其中(1)外側主漸開線段J2E2方程為 其中，x0＝0，y0＝0，α＝α，α為形成外測主漸開線段的起始角，θmin=3π2+ψ-α,]]>ψ為三基圓圓心所在直線與X軸夾角。
(2)連接直線段E2E1方程為直線段E2E1的端點E2、E1分別與漸開線J2E2、E1J1上的E2和E1點是同一點，因此坐標值是已知的，則E2E1的參數化方程為y=LN(xE1,yE1,xE2,yE2,x)]]>(3)內側主漸開線段E1J1方程為 其中，x0＝0，y0＝0，α＝-α，-α為形成內測主漸開線段的起始角，θmin=3π2+ψ+α,]]>ψ為三基圓圓心所在直線與X軸夾角。
(4)內側修正漸開線段J1K1(左側輔助基圓形成)方程為
其中，x0＝-Dcosψ，y0＝-Dsinψ，α＝α01，α01=3π2+ψ-L1a,]]>α01為形成內側修正漸開線段J1K1的起始角，由左側輔助基圓形成，D為左、右輔助基圓圓心分別與中心基圓圓心的距離，θ＝αK1，αK1=π-α01+ψ+δ′,]]>δ′=π2-δ,]]>δ為內側修正漸開線段J1K1展開角。
(5)修正大圓弧段K1N方程為修正大圓弧段K1N的端點K1為內側修正漸開線段J1K1上的點，圓心x01、y01點坐標為 γ為兩修正圓弧圓心所在直線與三基圓圓心所在直線的夾角， 為中心基圓與左側輔助基圓圓心距離，修正大圓弧段K1N與修正小圓弧段NK2在N點相切。
xN=(R1-R2)cosγP2,]]>yN=(R1-R2)sinγP2]]>R1、R2為兩修正圓弧半徑；(6)修正小圓弧段NK2方程為修正大圓弧段NK2的端點K2為外側修正漸開線段K2J2上的點，圓心x02、y02點坐標為 修正大圓弧段K1N與修正小圓弧段NK2在N點相切。
(7)外側修正漸開線段K2J2(右側輔助基圓形成)方程為
其中，x0＝Dcosψ，y0＝Dsinψ，α＝α02，α02=π2+ψ-L2a,]]>α02為形成外側修正漸開線段K2J2的起始角，由右側輔助基圓形成，D為左、右輔助基圓圓心分別與中心基圓圓心的距離，θ＝αK2，αK2＝δ′+ψ-α02，δ′=π2-δ,]]>δ為內側修正漸開線段J1K1展開角。
本發(fā)明涉及的新型渦旋壓縮機，渦旋根部段(即高壓區(qū)部位)型線由基于“三基圓”型線(簡稱TBC型線)修正理論的延伸修正型線完全形成。修正圓弧圓心O1及O2均不在過主渦線基圓的切線上，克服了PMP型線的缺點，由此帶來的好處是<1>.當β↓，R1=K1O1‾↓]]>時，漸開線J1K1段渦線壁厚仍可向內延伸成壁厚增加，使渦旋型線根部強度提高。
<2>.由于本理論的型線根部附近段壁厚增加，使一對渦旋腔嚙合瞬時構成的一對封閉腔容積減小，因而能提高壓縮比。


圖1是渦旋型線根部“延伸形變修正”原理示意圖；圖2是有附加直線修正的渦旋型線根部“延伸形變修正”原理示意圖；圖3是日本專利型線PMP示意圖；圖4是為經渦旋型線根部“延伸形變修正”后，對日本型線對比示意圖；圖5是PMP型線動盤、靜盤嚙合時，排氣腔面積；圖6是渦旋型線根部“延伸形變修正”型線動盤、靜盤嚙合時，排氣腔面積；
具體實施例方式
“延伸形變修正”理論的基本思想如下面的說明如圖1所示，主渦線基圓O，圓心在O點，現引入半徑均為a，距O點均為D的左右兩個從基圓O′1及O′2，三個主、從基圓的圓心在一條直線上，三圓心所在直線和X軸夾角為ψ。由該主基圓生成的內、外主渦線為漸開線J1E1及J2E2，其起始角分別為α和-α，主基圓半徑為a，現設定內外渦線起始點J1及J2不隨β角變化而變化，而是在圖1中的定點。對圖1J1點的開始角為α1=3π2+ψ-α----(1)]]>由此向外展開生成主渦線J1E1段J2點的開始角為α2=π2+ψ+α----(2)]]>由此向外展開生成主渦線J2E2段從J1及J2分別以兩從基圓作向內延伸漸開線J1K1段及J2K2段，圖1中線段J1C1繞從基圓O′1作純滾動轉過角δ切從基圓O′1于Q1點，線段J2C2轉過相同角度切從基圓O′2于Q2點。由于引入了延伸形變漸開線J1K1及J2K2，因此，摘要附圖中修正圓弧圓心O1及O2均不在過主渦線基圓的切線上，由O1及O2再作圓弧修正，已突破了日本專利中規(guī)定的渦旋根部型線修正圓弧的圓心只能在主渦線基圓切線上的限制。
本發(fā)明是基于“三基圓”型線(簡稱TBC型線)修正理論的延伸修正型線，其具體推導如下修正型線的理論計算與推導1、引入參數D、ψ的無附加直線段修正由圖1知δ＝π-β，δ+δ′=π2,]]>故δ′=β-π2]]>；
由本修正思想及漸開線性質可知曲線段J1K1段及J2K2段起始角分別為 其開始角(對應K1及K2點)和終止角(對應J1及J2點)分別為 為正確嚙合，應有R1+R2=O1O2‾=2O1O‾=2O2O‾]]>由圖1中直角三角形OO1B1有(R1+R22)2=O1B1‾2+OB1‾2----(7)]]>且ΔOO1B1≅ΔOO2B2,]]>B1、B2分別為過O點作 延長線及 延長線的垂線的交點。
R2=Q1K1‾+Q1B1‾-O1B1‾----(8)]]>R2=Q2K2‾+Q2B2‾-O2B2‾----(9)]]>其中O1B1‾=O2B2‾,Q1B1‾=Q2B2‾----(10)]]>式(8)+式(9)得R1+R2=Q1K1‾+Q2K2‾+2Q1B1‾-2O1B1‾----(11)]]>令S=Q1K1‾+Q2K2‾+2Q1B1‾----(12)]]>于是式(11)可表示為
R1+R2=S-2O1B1‾---(13)]]>代入式(7)，求得O1B1=S4-OB1‾2S----(14)]]>由圖1及漸開線的性質知 由圖1中圖形Q1O1O′1OB1所示O1′O‾=D,]]>O1′Q1‾=a]]>對ΔO′1Q1O，由余玹定理得OQ1‾=a2+D2+2aDcosδ′]]>且由正玹定理得sinσ=DOQ1‾sinδ′]]>故Q1B1‾=OQ1‾sinσ=Dsinδ′----(16)]]>OB1‾=OQ1‾2-Q1B1‾2---(17)]]>由此可由式(8)，(9)求出R1、R2；由圖1可知γ=δ′+ψ-tg-1(O1B1‾OB1‾)=β-π2+ψ-tg-1(O1B1‾OB1‾)----(18)]]>故脫嚙角為θ*＝2π-γ (19)2、引入參數D，ψ的有附加直線段修正設由圖1求出的O1、O2對應于圖2中的O1P、O2P，則圖1中R1、R2對應于R1′=K1O1P‾,]]>R2′=K2O2P‾,]]>現將O1PO2P‾]]>線段繞O點順時針轉過一定角度，使O1P點轉至O1點，O2P點轉至O2點，O1P點至O1點間距離為ε，則有 令圖1中 在圖2中為 則圖2中O1B1‾=O1PB1‾+ϵ----(21)]]>圖2中O1O′‾=(R1+R2)2----(22)]]>OO1‾=OB1‾2+O1B1‾2----(23)]]>η=sin(O1O′‾OO1‾)----(24)]]>由無直線修正中式(18)知γ→γP則得γ=π2-η+γP+ψ----(25)]]>脫嚙角得θ*＝2π-γ (26)3、參數D和ψ的約束條件參數D和ψ與主渦線設計基本參數有一定的限制條件。如果D和ψ的取值過大，不滿足約束條件，兩個修正圓弧則不能夠正確相切。
約束方法公式推導如下當yQ2≥yK2]]>且yO2≥yK2]]>時，型線光滑連接。
對yO2≥yK2,]]>即OO2‾cos(γ+ψ)≥OO2‾cos(γ+ψ)+R2sin(δ-ψ)----(27)]]>上式化簡得 R2sin(δ-ψ)≤0 (28)分析式(28)，R2只能為正，故sin(δ-ψ)＜0時，有可能形成型線，因為R2和δ，ψ也有關。
由式(12)R1+R2=S-2O1B1‾----(29)]]>由式(8)，(9) R1-R2＝α(π-2α) (30)聯(lián)立式(29)，(30)得R2=12[S-2O1B1‾-a(π-2α)]----(31)]]>式(31)中S=Q1K1‾+Q2K2‾+2Q1B1‾]]>=L1-aδ+L2-aδ+2Dsinδ′]]>=a(3π2+ψ-α)-D-aδ+a(π2+ψ+α)-D-aδ+2Dsinδ′]]>=2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)----(32)]]>O1B1=S4-OB1‾2S]]>=S4-OQ1‾2-Q1B1‾2S]]>=S4-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′S]]>=2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)4-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]]>=a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)----(33)]]>式(32)，(33)代入式(31)得R2=12[S-2O1B1‾-a(π-2α)]]]>=12{2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)-2[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2]]>=a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]-a(π-2α)}---(34)]]>所以，對yO2≥yK2]]>R2＞0而且sin(δ-ψ)＜0時，能形成光滑型線；
對yQ2≥yK2,]]>即Dsinψ+asin(δ′+ψ)≥OO2‾cos(γ+ψ)+R2sin(δ-ψ)----(35)]]>式(35)中，OO2‾2=OB1‾2+O1B1‾2]]>=OQ1‾2-Q1B1‾2+O1B1‾2]]>=a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′]]>+[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]2----(36)]]>式(36)代入式(35)，得Dsinψ+asin(δ′+ψ)≥]]>{a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′]]>+[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]2}12cos(γ+ψ)]]>+12{2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)-2[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2]]>-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]-a(π-2a)}sin(δ-ψ)----(37)]]>式(37)中γ角由式(18)可得。即γ=δ′+ψ-tg-1(O1B1‾OB1‾)=β-π2+ψ-tg-1(O1B1‾OB1‾)]]>所以，得到式(37)為判斷式。當參數a，δ，δ′，ψ一定時，D的范圍可定，所得范圍能夠形成光滑閉合曲線的限制條件。則型線是否可以光滑閉合即可判斷。
綜上所述，D和ψ的約束條件是當R2=12[S-2O1B1‾-a(π-2α)]]]>=12{2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)-2[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2]]>-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]-a(π-2α)}>0]]>且sin(δ-ψ)＜0時并且Dsinψ+asin(δ′+ψ)≥]]>{a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′]]>+[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]2}12cos(γ+ψ)]]>=12{2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)-2[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2]]>-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]-a(π-2α)}sin(δ-ψ)]]>其中γ=δ′+ψ-tg-1(O1B1‾OB1‾)=β-π2+ψ-tg-1(O1B1‾OB1‾)]]>時，能夠形成光滑型線。
以上是參數D和ψ約束方法公式推導。
下面是另外一種D和ψ約束方法公式推導，可以作為檢驗公式兩個修正圓弧圓心距離為LO1O2=(xO1-xO2)2+(yO1-yO2)2----(38)]]>當LO1O2<(R1+R2)]]>時，型線光滑連接性被破壞，此種情況下，修正圓弧太大。
當LO1O2=(R1+R2)]]>時，兩修正圓弧相切，此時型線僅用圓弧修正。
當LO1O2>(R1+R2)]]>時，須用直線段進一步修正，在這種情況下其切點N1，N2坐標由下式確定
4、推導各點坐標漸開線上的點，由下述方程求得 J1點x0＝0，y0＝0，θ＝α1[式(1)]，α＝α；代入式(40)；J2點x0＝0，y0＝0，θ＝α2[式(2)]，α＝-α；代入式(40)；K1點x0＝-Dcosψ，y0＝-Dsinψ，θ＝αK1[式(5)]，α＝α01[式(4)]；代入式(40)；K2點x0＝Dcosψ，y0＝Dsinψ，θ＝αK2[式(6)]，α＝α02[式(4)]；代入式(40)；x01、y01點 x02、y02點 由式(23)確定；
γP由式(8)確定；xN1、yN1點 xN2、yN2點 N1N2‾=(xN2-xN1)2+(yN2-yN1)2----(45)]]>當ε＝0時，xN1＝xN2＝xN，yN1＝y(tǒng)N2＝y(tǒng)N；為減少計算積累誤差，則xN=(R1-R2)cosγP2,]]>yN=(R1-R2)sinγP2----(46)]]>由上面推導可以形成新型得渦旋型線。
參見圖1主渦線基圓O，圓心在O點，現引入半徑均為a，距O點均為D的左右兩個從基圓O′1及O′2，三個主、從基圓的圓心在一條直線上，三圓心所在直線和X軸夾角為ψ。由該主基圓生成的內、外主渦線為漸開線J1F1及J2E2，其起始角分別為α和-α，主基圓半徑為a，現設定內外渦線起始點J1及J2不隨β角變化而變化，而是在圖3中的定點。
從J1及J2分別以兩從基圓作向內延伸漸開線J1K1段及J2K2段，線段J1C1繞從基圓O′1作純滾動轉過角δ切從基圓O′1于Q1點，線段J2C2轉過相同角度切從基圓O′2于Q2點。由于引入了延伸形變漸開線J2K1及J2K2，因此，修正圓弧圓心O1及O2均不在過主渦線基圓的切線上，由O1及O2再作圓弧修正。
在圖1中，三個主、從基圓的圓心在一條直線上，三圓心所在直線和X軸夾角為ψ以及左右從基圓和主基圓圓心距離D應滿足的條件是
當R2=12[S-2O1B1‾-a(π-2α)]]]>=12{2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)-2[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2]]>-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]-a(π-2α)}>0]]>且sin(δ-ψ)＜0時并且Dsinψ+asin(δ′+ψ)≥]]>{a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′]]>+[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]2}12cos(γ+ψ)]]>+12{2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)-2[a(π+ψ-δ)+D(sinδ′-1)2]]>-a2+D2+2aDcosδ′-D2sin2δ′2a(π+ψ-δ)+2D(sinδ′-1)]-a(π-2α)}sin(δ-ψ)]]>其中γ=δ′+ψ-tg-1(O1B1‾OB1‾)=β-π2+ψ-tg-1(O1B1‾OB1‾)]]>時，能夠形成光滑型線。
本發(fā)明涉及的渦旋壓縮機渦旋根部段(即高壓區(qū)部位)型線由基于“三基圓”型線(簡稱TBC型線)修正理論的延伸修正型線組成，與相同比例大小的PMP型線組成的渦旋壓縮機比較如圖5與圖6。可以知道，在相同的進氣量下，本發(fā)明涉及的渦旋壓縮機在排氣腔面積明顯比日本PMP型線壓縮機小，這就說明壓縮比有了提高，并且在根部渦線厚度還增加，完全克服了PMP型線壓縮機的缺點。
權利要求
1一種渦旋壓縮機，其特征是渦旋壓縮機渦盤渦旋根部型線由外側主漸開線段J2E2，連接直線段E2E1，內側主漸開線段E1J1，內側修正漸開線段J1K1，修正大圓弧段K1N，修正小圓弧段NK2，外側修正漸開線段K2J2組成；其中(1)外側主漸開線段J2E2形狀曲線滿足方程 其中，x0＝0，y0＝0，α＝α，α為形成外測主漸開線段的起始角，θmin=3π2+ψ-α,]]>ψ為三基圓圓心所在直線與X軸夾角；(2)連接直線段E2E1形狀曲線滿足方程直線段E2E1的端點E2、E1分別與漸開線J2E2、E1J1上的E2和E1點是同一點，因此坐標值是已知的，則E2E1的參數化方程為y=LN(xE1,yE1,xE2,yE2,x)]]>(3)內側主漸開線段E1J1形狀曲線滿足方程 其中，x0＝0，y0＝0，α＝-α，-α為形成內測主漸開線段的起始角，θmin=3π2+ψ+α,]]>ψ為三基圓圓心所在直線與X軸夾角；(4)內側修正漸開線段J1K1(左側輔助基圓形成)形狀曲線滿足方程 其中，x0＝-Dcosψ，y0＝-Dsinψ，α＝α01，α01=3π2+ψ-L1a,]]>α01為形成內側修正漸開線段J1K1的起始角，由左側輔助基圓形成，D為左、右輔助基圓圓心分別與中心基圓圓心的距離，θ＝αK1，αK1＝π-α01+ψ+δ′，δ′=π2-δ,]]>δ為內側修正漸開線段J1K1展開角；(5)修正大圓弧段K1N形狀曲線滿足方程修正大圓弧段K1N的端點K1為內側修正漸開線段J1K1上的點，圓心x01、y01點坐標為 γ為兩修正圓弧圓心所在直線與三基圓圓心所在直線的夾角， 為中心基圓與左側輔助基圓圓心距離，修正大圓弧段K1N與修正小圓弧段NK2在N點相切；xN=(R1-R2)cosγP2,]]>yN=(R1-R2)sinγP2]]>R1、R2為兩修正圓弧半徑；(6)修正小圓弧段NK2形狀曲線滿足方程修正大圓弧段NK2的端點K2為外側修正漸開線段K2J2上的點，圓心x02、y02點坐標為 修正大圓弧段K1N與修正小圓弧段NK2在N點相切；(7)外側修正漸開線段K2J2(右側輔助基圓形成)形狀曲線滿足方程 其中，x0＝Dcosψ，y0＝Dsinψ，α＝α02，α02=π2+ψ-L2a,]]>α02為形成外側修正漸開線段K2J2的起始角，由右側輔助基圓形成，D為左、右輔助基圓圓心分別與中心基圓圓心的距離，θ＝αK2，αK2＝δ′+ψ-α02，δ′=π2-δ,]]>δ為內側修正漸開線段J1K1展開角。
全文摘要
一種新型渦旋壓縮機，其渦盤根部型線基于三基圓(Three Basic Circle，簡稱TBC)理論的延伸修正型線。該型線由外側主漸開線段J
文檔編號F04C29/00GK1570390SQ20041002252
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月12日 優(yōu)先權日2004年5月12日
發(fā)明者宋立權, 陳進, 王偉 申請人:重慶大學