新型多圆弧型线滑片压缩机的设计研究_1

1、1 前言滑片式回转压缩机以其结构简单紧凑、运转平稳、低速性能优越、加工维护简便等优点已广泛应用于制冷、空调以及气体压缩等领域。特别是因其体积小、重量轻，适于狭小空间安装，因而已大量应用于移动式压缩空气站和汽车空调压缩机。双腔滑片压缩机自上世纪 70 年代开始研发使用，它较之单腔滑片压缩机结构更紧凑，相同体积条件下输气量提高一倍。而且由于双腔滑片压缩机的转子与气缸同心配置，所以在高速运转时振动和噪音都非常小。双腔滑片压缩机的结构特点决定了其气缸截面必须为扁圆形。图 1 是常见的双腔滑片压缩机的气缸型线为椭圆型线。1转子、2气缸、3滑片 1转子、2气缸、3滑片图 1 椭圆型线图 2 多圆弧型线若要

2、提高滑片压缩机的性能，要求压缩机气缸型线形成的腔容积要大，滑片的冲击振动和噪音要小，缸体和转子以及滑片配合密封处密封性能说成长所带给你的东西让你变好了或者变坏了，我只能说它让你长大了。我一能要好。为此，作者提出了多圆弧型线滑片压缩机（图 2），在相同压缩机体积条件下，多圆弧型线缸体形成的腔容积较之椭圆型线缸体提高30以上。在吸气口和排气口之间的气缸与转子配合密封部分形成较长的弧面密封，密封性能更好，使得转子和气缸内壁密封间隙两侧吸气、排气腔之间的泄漏大大减小。2 结构形式和原理多圆弧缸体滑片式回转压缩机主要有气缸、转子和滑片三部分组成（见图2）。采用加工方便的多段圆弧线组成压缩机的气缸型线。气

3、缸和转子同心配置，时没有偏心造成的振动。时，四片或多片滑片受离心力作用从槽中甩出，其端部紧贴在气缸内表面上，把气缸和转子之间的空间分隔成若干个小空间，称之为基元。随着转子的连续旋转，各基元容积从小到大周而复始的变化，从而实现气体的吸入、压缩和排出。在气缸和转子配合处，缸体弧线半径与转子半径相同，与转子形成较长的弧面密封，配合润滑油膜可大大减少转子和气缸内壁配合点两侧高低压区间的内泄漏。能说成长所带给你的东西让你变好了或者变坏了，我只能说它让你长大了。我一3 理论压缩腔容积的比较多圆弧缸体型线的解析几何图见图 3。转子和气缸的圆心分别为 O1和 O2，半径分别为 r1 和 r2，两者相切部分对应

4、的圆心角，即接触角为 2 。圆心距即相对偏心矩 e=O1O2。缸体的长径r2，短径可近似为r1。由于双腔压缩机缸体的对称性，所以取转角 0 内的半个气缸研究。型线的极坐标方程为：（1）图 4 多圆弧型线与椭圆型线腔面积比较令转角 0 内的气缸与转子形成的压缩腔容积为 V，压缩腔的截面 S，则二者关系为：V=SH，H 为气缸轴向长度（mm）。（2）椭圆型线方程为1：（）（3）按长短径比=1.4，e=40,r=100 时，将（1）能说成长所带给你的东西让你变好了或者变坏了，我只能说它让你长大了。我一式和（3）式分别代入（2）式，对椭圆型线形成的腔 Se 和多圆弧型线形成的腔 Sa 进行计算比较。结

5、果见图 4，曲线与横轴所包围的面积即腔截面积。显然，多圆弧型线形成的腔截面已较大超过了椭圆所形成的腔面积。我们采用长短径比表征多圆弧型线的扁圆程度，显然，越大，型线越扁，形成的腔越大，但叶片伸出转子的最大伸出长度也越大。产生的滑片弯矩将超过叶片材料和转子材料的允许强度，造成：（1）滑片弯曲变型；（2）滑片对转子上的滑片槽的外端沿口和内壁压力过大。经使用 MATLAB-6.5 计算积分得到：在=1.4，腔轴向宽度相同时，多圆弧型线形成的腔 Sa 和椭圆型 线形 成的腔 Se 的 百分 比容积 差为100%=35.823%。可见，在压缩机气缸长短径、轴向缸体长度等体积尺寸相同的情况下，多圆弧型线较

6、之椭圆能说成长所带给你的东西让你变好了或者变坏了，我只能说它让你长大了。我一型线具有更大的理论排气量。4 气缸型线加速度特性缸体型线的径向速度与滑片的冲击振动和噪音的大小有密切关系。为研究说明缸体型线特性，用 MATLAB 计算给出缸体型线的一阶和二阶导数曲线图，见图 5、图 6。由图 5、6 可以看出：（1）在大圆弧段，缸体型线的一阶速度曲线和二阶加速度曲线均光滑连续，没有柔性冲击；（2）在大圆弧和小圆弧的结合点附近存在幅度不大的一阶速度跳跃，但是可以预计，通过选择两弧线之间的过渡连接方式可以减轻其带来的影响。图 5 气缸型线一阶导数图 6 气缸型线二阶导数为使压缩机正常，须保证滑片端部始终

7、同气缸内表面形成可靠的接触密封。在吸气段形线扩张，如果滑片的离心加速度小于缸体型线径向扩张加速度，会造成滑片脱离缸体出现“脱空”现能说成长所带给你的东西让你变好了或者变坏了，我只能说它让你长大了。我一象。脱空现象会导致滑片和气缸内表面之间产生撞击和噪声，两者间的接触密封失效，基元工质泄漏，压缩机无法正常。下面对此进行分析。7 所示，在忽略气体作用力和摩擦力的条件下，滑片在转子半径方向上所承受的力有离心力Fe、惯性力 Fr、缸体对滑片顶部的支反力 Fn 沿径向分力 Fnr，图中 B 是缸体作用力线与滑片中线夹角。图 7 缸体对滑片作用力分析对叶片列出径向的力平衡方程式：式中，所以得到要使滑片不会

8、脱空，即要使 Fn0，即0消去 2由于“脱空”现象只可能发生在吸气阶段，即刚体型线外扩段，对应转角为 。在吸气转能说成长所带给你的东西让你变好了或者变坏了，我只能说它让你长大了。我一角范围内的 MATLAB 计算结果见图 8，图中的纵坐标满足大于零的要求，所以滑片不会脱离缸体。图 8 滑片脱空分析曲线5 转子和气缸间的密封性能旋转机械的径向间隙密封厚度以 0.0080.022mm 为宜2。椭圆型线缸体与转子切点附近能够形成的“适好厚度”的油膜周向长度很小（见图 1），油膜在两侧高低压差作用下易遭破坏，因此密封性能较差，导致容积效率降低。多圆弧型线缸体在与转子配合处，采用和转子曲率半径相同的圆弧

9、，形成较长周向长度的等厚度油膜密封，有效保证了两者间隙中油膜的径向厚度合适且均匀，使得转子和气缸内壁配合面的密封性能良好，大大减少了排气高压、吸气低压间的泄漏，提高了压缩机的容积效率。图 9 椭圆型线时转子与气缸切点附近的间隙厚度6 结论多圆弧缸体型线的圆弧形型线结构简单、加工比较容易，不存在偏心质量引起的振动。理论计算证明其在同等情况下与椭圆型线相可能说成长所带给你的东西让你变好了或者变坏了，我只能说它让你长大了。我一以大幅提高压缩机输气量，且密封性能较之椭圆型线更好，泄漏的大大减小，有效提高了压缩机的容积效率。不同的长短径比（n）可获得较大不同的机械性能，但一般以 n 在 1.31.5 范