新型全封闭旋转式制冷压缩机的研究

2 理论计算与分析
2 1 机构模型的建立 从机构学的角度看, 本压缩机的运动机构可 以用图 2 所示的机构模型来描述。它主要由固定 铰支 O1 、固定铰支 O2 、滑块 P、主动转杆 O1M 和从 动转杆 O2 P 等构件所组成。其中, 主动转杆 O1M 由转子及隔离叶片简化而成, 从动转杆 O2P 由旋 转缸筒简化而成, 滑块 P 由转柱及转柱上的扁平 滑槽简化而成。固定铰支 O1 、固定 铰支 O2 和随 动铰支 P 分别代表了转子的旋转轴线、旋转缸筒 的旋转轴线和转柱的转动轴线。
10 傅云树 压脚铰接隔离叶片 滚动转子 活塞压缩 机 中国专利: ZL98246121 6
作者简介: 耿葵花, 女, 1969 年生, 研究生, 讲师, 主 要从事 计 算机图形学、机械 CAD 和流体机械的 教学与科研工 作, 向中国 专 利局申请并正在受理有关旋转式 压缩机的 专利 1 项, 发表 论文 4 篇。通讯地址: 530004 广西南宁市广西大学东校园 7365 号信箱 。
F = 3n- 2PL - PH = 1
( 1)
式( 1) 从机构学的角度说明了新型铰接叶片 式旋转压缩机的机构是一个确定机构, 因此它的
运动是唯一确定的。换句话说, 它不会发生机构
干涉的现象和运动不确定的现象。
2 2 运动计算与分析
Vol. 29, No. 6, 2001
FLUID MACHINERY
ve 和绝对速度 va 分别为:
ve = x 1 = L 1 ( cos !+ 1- 2 sin2 !) ( 4)
va=
v
2 e
+Hale Waihona Puke v2 r=
L
1 ( 1+
1-
cos
2
! sin2
) !
( 5)
则旋转缸筒的角速度 2 为;
2=
va L
=
1 ( 1+
1-
cos ! 2s in2
) !
( 6)
显然, 当转柱从离转子轴线的最远点运动到
2 张 华俊等 家用空 调压缩 机的发 展趋势 压缩 机技术, 2000; 5: 44~ 46
3 陆亚俊 空调工程 中的制冷技术 哈尔滨: 哈尔 滨工程大学出版社, 1998: 66~ 69
4 张 海峰 滚 动转子 式压缩 机热力 过程模 拟 西 安交通大学硕士学位论文, 1997
5 刘东 小型全封闭 制冷压缩机 北京: 科学出版 社, 1990: 118~ 122
收稿日期: 2001 01 08
54 小, 以此增加有效进气的角度。
流体机械
2001 年第 29 卷第 6 期
产生的振动和噪声亦小。另外, 由于将隔离叶片 嵌固在转子的外面上, 结果根治了传统滚动活塞 式压缩机隔离叶片内端与转子之间所存在的摩擦 损失大和泄漏损失多的缺点。最后, 由于隔离叶 片与随动端盖的旋转方向一致, 因此隔离叶片的 侧端相对于两侧随动端盖只存在有很小的相对摆 动, 故本压缩机还能较好地解决隔离叶片侧端面 与密封端盖之间的摩 擦损耗和密封 可靠性的问 题。
( 7)
负号表示滑块 P 向轴心 O1 运动。同理可求
得该区间内旋转缸筒与转子在接触处的相对速度
v n 为: vn = = =
!1
∀
∀
(R
0
2-
r
1) d!
! R
∀
∀
(
0
2-
1 ) d!+ e 1
! e
1+
R∀ ∀0
1-
cos ! 2 sin2 !)
d!
= e1
( 8)
因为偏心距 e 的数值很 小, 故由 式( 7) 和式 ( 8) 可知, 隔离叶片相对于转柱滑槽的速度以及旋
6 川平睦 义( 日) 封闭 式制冷机 北 京: 轻 工业出 版社, 1987: 22~ 27
7 张华俊 制冷压缩机 北京: 科学出版 社, 1999: 118~ 122
8 黄良辅 电冰箱 空调器零部件实用 手册 北京: 人民邮电出版社, 1997: 141~ 145
9 傅云树 双头 铰接 隔离 叶片 滚动 活塞 压 缩机 中国专利: ZL98244743 4
x = L( cos!+ 1- 2 sin2 !)
( 2)
对式( 2) 求时间的导数即可获得滑块 P 相对
于隔离叶片的速度 vr 为:
vr = - e 1sin!( 1+
1-
cos ! 2 sin2
) !
( 3)
选择动系在转子上, 选择滑块 P 为动点, 则根
据点的复合运动规律容易求得滑块 P 的牵连速度
转缸筒与转子在接触 处的相对速度 都是非常小
的, 这一方面有助于减少它们之间的摩擦, 但另一 方面也会增加它们之间的润滑难度, 因为相对速 度太小时运动副的润滑油膜较难建立。
3 结论
( 1) 本文介绍的新型全封闭旋转式压缩机的 运动机构属于平面滑块转杆机构, 是一个运动自 由度为 1 的确定机构;
( 2) 由于采用定轴转动的技术, 因此各运动部 件所产生的离心惯性力较小, 故压缩机的振动和 噪声也小; 另外还显著地降低了转子与旋转缸筒 间、以及隔离叶片侧面与密封端盖之间的相对运 动速度, 有利于减少它们之间的摩擦损耗;
鉴此, 作者对传统全封闭滚动活塞式压缩机
的结构进行了大胆的创新与改进, 提出了一种包 含有嵌固隔离叶片、旋转缸筒和随动端盖的新型 全封闭旋转式压缩机, 该压缩机不仅保留了以往 滚动活塞式压缩机结构简单和制造工艺性好的优 点, 而且与之相比还具有更低的振动噪声、更小的 摩擦损耗以及泄漏损失, 因此是一种非常有应用 前景的新型旋转式制冷压缩机。
离转子轴线的最近点时( 此时 0 ! ∀) , 隔离叶 片相对于滑槽正好跨越两个位置极限, 可以求得 在该区间段隔离叶片相对于转柱滑槽的平均速度
v r 为: vr =
! ! 1
∀
∀
d !=
0
1 ∀
∀ 0
dx dt
d
!=
∀
!1
∀
dx
0
| = ∀1L ( cos!+
1- 2sin2 !)
∀ 0
= - 2e 1 ∀
( 3) 压缩机的主要零部件大多以圆柱形构件 为主, 没有特殊结构的零件, 即具有结构工艺简单 和制造成本低廉的优点。
本文提出的全封闭旋转式压缩机已向中国专 利局申请了发明专利, 公开号 CN1267794A。
参考文献
1 邓定国, 束鹏程 回转压缩机( 修订本) 北京: 机 械工业出版社, 1989: 195~ 205
图 1 新型全封闭旋转式压缩机结构
1 2 工作原理 新型旋转式压缩机的工作原理是: 当转子在 电机的驱动下转动时, 首先通过转子带动隔离叶 片转动, 然后再由隔离叶片通过转柱扁平滑槽带 动旋转缸筒及随动端盖一起转动。随着转子的转
动, 吸气腔的容积将逐渐增大并形成负压, 此时气 态的工质在压差的作用下经进气管和转子上的径
向吸气道进入到压缩机的吸气腔内; 与此同时, 压 缩腔的容积则逐渐减小, 被封闭在其内的气态工 质受到压缩, 压力开始逐渐增高, 当压缩压力达到 设定的数值时, 排气过程开始, 气体经开设在随动 端盖上的排气口和排气单向阀进入到由壳体所围 成的高压密闭腔, 最后经由排气管排出压缩机外。
由于压缩机的转子、隔离叶片和旋转缸筒均 作定轴转动, 因此它们的偏心运动质量较小, 故所
为了解决上述问题, 广大科技工作者做了大 量的研究工作, 虽然取得了不少成果, 但迄今为止 尚未见到有根本性突破的报道。文献[ 9、10] 公开 了一种采用双铰接异形圆弧隔离叶片的滚动活塞 式压缩机, 其特点是隔离叶片的内端和外端分别 铰接在滚动活塞的外表面和缸孔的内孔壁面上, 由此克服了隔离叶片与滚动活塞之间、以及隔离 叶片与缸孔内壁面之间的摩擦和泄漏的问题。但 是, 由于该压缩机的主要零部件如缸体和隔离叶 片的形状十分复杂, 故其制造工艺性较差, 特别是 它既没有解决转子和滚动活塞偏心运动质量过大 的问题, 也没有解决转子及隔离叶片与两侧密封 端盖之间相对运动速度过高的问题, 因而这种压 缩机依然存在比较大的振动噪声和摩擦损耗。
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如图 2 所示, 设转子轴线 O1 与旋转缸筒轴线 O2 的偏心距为 e, 滑块 P 与旋转缸筒轴线 O2 的距 离为 L , 滑块 P 与转子轴线 O1 的距离为 x , 转子 的旋转半径为 r , 旋转缸筒内孔半径为 R, 转子的 角速度为 1 , 旋转缸筒的角速度为 2 。令 = e
L , 则由 O 1 O2 P 可得到:
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新型全封闭旋转式制冷压缩机的研究
广西大学 耿葵花 王 清 何云信 五邑大学 李辛沫
摘 要 介绍了一种由嵌固隔离叶片、旋转缸筒和随动端盖等组成的新型全封闭旋 转式压缩机的结构和工作原理, 对其机构进行了理论分析。
关键词 旋转式压缩机 嵌固叶片 旋转缸筒 随动端盖 结构 原理
1 基本结构和原理
1 1 基本结构 新型全封闭旋转式旋转压缩机的结构如图 1 所示, 它主要由安置在一个密闭壳体内的旋转缸 筒、隔离叶片、随动端盖、转柱、转子和支座架等零 部件所组成。其中, 转子偏置在旋转缸筒内, 它的 外圆柱面与旋转缸筒 的内孔壁面相 切并转动配 合, 两者于接触处形成一条密封线。转子及旋转 缸筒均各自绕自身的轴线作定轴转动, 且旋转方 向相同。在旋转缸筒的两端头分别紧固连接有一 个随动端盖, 该随动端盖的旋转轴线与旋转缸筒 的旋转轴线同轴。另外, 在旋转缸筒的内孔壁上 开设有一条轴向圆弧槽, 槽内转动地配装一个包 含有轴向扁平滑槽的转柱, 隔离叶片的内端嵌固 在转子的外表面上, 其外端则插入上述转柱的扁 平滑槽内并与之滑动配合。显然, 隔离叶片将转 子、转柱、旋转缸筒和两侧随动端盖所围成的密闭 空间分隔成为两个容积可以周期性地发生变化的 工作腔, 其中一个为吸气腔, 另一个为压缩腔, 这 两个工作腔随着转子 的转动不断地 循环转换角 色。为了能获得更大的有效进气角度以提高压缩 机的容积效率, 在转子上紧邻隔离叶片处开设一 条径向吸气道, 吸气道将进气管与吸气腔相连通, 这样可使吸气道与排气口之间的夹角做得尽量地