CN105975660B - 冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法及系统。其中方法包括：构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型；对三维模型进行求解，得到旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹；根据运动轨迹确定喷液结构的位置参数；求解所述工作腔的三维模型内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数；根据位置参数和热物理学状态参数确定喷液结构的角度和孔径。其能够为喷液结构的设计提供有效的理论支撑，从而有效的提高了旋转式压缩机在冷冻冷藏应用中的运行可靠性，大幅度提高旋转式压缩机的冷冻冷藏领域的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及一种冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构设计方法及系统。
背景技术
旋转式压缩机在冷冻冷藏领域的应用越来越多，与旋转式压缩机应用于传统的空调领域不同，应用于冷冻冷藏领域的压缩机大多运行在高压比的工况下，这样往往使得压缩机的排气温度较高，影响压缩机的运行可靠性。为了克服应用于冷冻冷藏领域的压缩机排气温度高的问题，在压缩机中增加了喷液结构的设计，以此来控制在高压比工况下压缩机的高排气温度。
目前在开发冷冻冷藏用旋转式压缩机时，缺少相应的理论设计方法指导，影响压缩机的设计效率及使用效果。
发明内容
鉴于此，有必要针对传统冷冻冷藏用旋转式压缩机缺少理论设计指导而导致旋转式压缩机在冷冻冷藏应用中可靠性降低的问题，提供一种可提高旋转式压缩机在冷冻冷藏应用中的运行可靠性的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法及系统。
为达到发明目的，提供一种冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法，所述方法包括：
构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型；
对所述三维模型进行求解，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹；
根据所述运动轨迹确定喷液结构的位置参数；
求解所述工作腔的所述三维模型内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数；
根据所述位置参数和所述热物理学状态参数确定喷液结构的角度和孔径。
在其中一个实施例中，所述构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型的步骤包括：
提取所述旋转式压缩机装配之后空腔部分的壁面特征，将所述壁面特征输入到三维建模软件中，构建所述旋转式压缩机的工作腔的三维模型；或
提取所述旋转式压缩机的零件的尺寸结构特征，将所述尺寸结构特征输入到三维建模软件中，构建所述旋转式压缩机的工作腔的三维模型。
在其中一个实施例中，所述对所述三维模型进行求解，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹的步骤包括：
将所述旋转式压缩机的转速、初始运动位置输入到运动分析模型中；
对所述工作腔的所述三维模型进行运动轨迹模拟，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹。
在其中一个实施例中，所述求解所述工作腔的所述三维模型内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数的步骤包括：
将所述旋转式压缩机的运行参数以及冷媒的状态参数输入到流体动力学仿真分析软件中；
对所述旋转式压缩机的压缩过程进行模拟仿真，获取所述旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数；
其中，所述热物理学状态参数包括所述旋转式压缩机的工作腔内的压力。
在其中一个实施例中，所述采用流体动力学仿真分析软件获取所述旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数的步骤之后包括：
获取所述旋转式压缩机的压力分布；
根据所述压力分布确定所述旋转式压缩机排气时的最高压力。
本发明还提供一种冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计系统，所述系统包括：
构建模块，用于构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型；
求解运动轨迹模块，用于对所述三维模型进行求解，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹；
确定位置参数模块，用于根据所述运动轨迹确定喷液结构的位置参数；
求解热物理学状态参数模块，用于求解所述工作腔的所述三维模型内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数；
确定喷液结构模块，用于根据所述位置参数和所述热物理学状态参数确定喷液结构的角度和孔径。
在其中一个实施例中，所述构建模块包括：
第一提取构建单元，用于提取所述旋转式压缩机装配之后空腔部分的壁面特征，将所述壁面特征输入到三维建模软件中，构建所述旋转式压缩机的工作腔的三维模型；
第二提取构建单元，用于提取所述旋转式压缩机的零件的尺寸结构特征，将所述尺寸结构特征输入到三维建模软件中，构建所述旋转式压缩机的工作腔的三维模型。
在其中一个实施例中，所述求解运动轨迹模块包括：
第一输入单元，用于将所述旋转式压缩机的转速、初始运动位置输入到运动分析模型中；
第一模拟单元，用于对所述工作腔的所述三维模型进行运动轨迹模拟，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹。
在其中一个实施例中，所述求解热物理学状态参数模块包括：
第二输入单元，用于将所述旋转式压缩机的运行参数以及冷媒的状态参数输入到流体动力学仿真分析软件中；
第二模拟单元，用于对所述旋转式压缩机的压缩过程进行模拟仿真，获取所述旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数；
其中，所述热物理学状态参数包括所述旋转式压缩机的工作腔内的压力。
在其中一个实施例中，所述求解热物理学状态参数模块还包括：
获取单元，用于获取所述旋转式压缩机的压力分布；
确定单元，用于根据所述压力分布确定所述旋转式压缩机排气式的最高压力。
本发明的有益效果包括：
上述冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法及系统，利用旋转式压缩机运行过程中，内部的高压区域和低压区域不能因为喷液结构的位置原因而直接连通的技术要求，确定旋转式压缩机的运动轨迹，进而确定喷液结构的位置参数d，利用旋转式压缩机运行过程中的压力分布及喷液结构的喷液压力应该大于旋转式压缩机开始排气时的最高压力，确定喷液结构的角度Φ和孔径D，从而为喷液结构的设计提供有效的理论支撑，通过采用该设计方案，有效的提高了旋转式压缩机在冷冻冷藏应用中的运行可靠性，大幅度提高旋转式压缩机的冷冻冷藏领域的应用范围。
附图说明
图1为一个实施例中的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法的流程示意图；
图2为一个实施例中的旋转式压缩机喷液结构的位置示意图；
图3为一个实施例中的旋转式压缩机压力分布示意图；
图4为一个实施例中的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法及系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法，该方法包括以下步骤：
S100，构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型。
优选的，采用三维建模软件构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型。其中，三维建模软件包括美国参数技术公司研发的Pro/Engineer(一种集CAD/CAM/CAE一体化的三维软件)和美国Solidworks公司研发的Solidworks(一种基于Windows开发的三维CAD系统)。旋转式压缩机的工作腔指的是冷媒的流动空间，即冷媒流动区域。
其中步骤S100中构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型可通过以下两种方式获得：S110，提取所述旋转式压缩机装配之后空腔部分的壁面特征，将壁面特征输入到三维建模软件中，构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型。S120，提取旋转式压缩机的零件的尺寸结构特征，将尺寸结构特征输入到三维建模软件中，构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型。
S200，对三维模型进行求解，得到旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹。
优选的，采用三维模型仿真中的运动分析模型求解工作腔的三维模型的压缩过程的运动轨迹。
其中，运动分析模型包括PTC CREO(美国PTC公司于2010年10月推出CAD设计软件包，是一个整合Pro/ENGINEER、CoCreate和ProductView三大软件并重新分发的新型CAD设计软件包)中的运动分析工具。在获得旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹时，向运动分析模型中输入旋转式压缩机的转速、初始运动位置，然后运动分析模型自动模拟旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹，从而得到工作腔压缩过程的运动轨迹。
S300，根据运动轨迹确定喷液结构的位置参数d。
根据压缩机结构设计及密封要求等基本机械设计原理，即压缩机在运行过程中，工作腔内的高压区域和低压区域不能通过喷液结构直接连通，确定喷液结构的位置参数d。位置参数d如图2所示，即喷液结构到偏心轴中心的距离。当位置参数d太小时，如小于等于转子圆周面到偏心轴的最短距离时，此时喷液结构可能会被转子一直遮挡住，不能从喷液结构中喷液，起到降低排气温度的作用；当位置参数d过大时，可能会出现工作腔内高压区域和低压区域通过喷液结构直接连通情况，所以根据旋转式压缩机的运动轨迹可以确定喷液结构的位置参数d。
例如：在图2所示的旋转式压缩机喷液结构位置示意图中，虚线所示滚子所在位置为喷液结构刚刚打开状态，实线所示滚子所在位置为喷液结构完全关闭状态。
S400，求解工作腔的三维模型内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数。
优选的，采用流体动力学仿真分析软件对旋转式压缩机的工作腔的工作运动过程进行仿真计算，获取旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数，其中，热物理学状态参数包括所述旋转式压缩机的工作腔内的压力。
其中，流体动力学仿真分析软件包括安世亚太公司的ansys fluet(基于CFD的仿真工具)软件或CFX(基于CFD的仿真工具)软件。
在使用流体动力学仿真分析软件时，将旋转式压缩机的运行参数以及冷媒的状态参数输入到流体动力学仿真分析软件中，流体动力学仿真分析软件对旋转式压缩机的压缩过程进行模拟仿真，获取旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数。其中，压缩机的运行参数包括运行工况参数、吸气压力及温度、排气压力及温度以及转速，冷媒的状态参数包括冷媒的密度及粘度等参数。流体动力学仿真分析软件得到上述各个参数后，对旋转式压缩机工作腔内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数进行模拟仿真，得到旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数，热物理学状态参数除了旋转式压缩机的工作腔内的压力，还包括温度等参数。其中，压力的大小直接影响喷液结构的角度。
需要说明的是，在获取旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数之后，获取旋转式压缩机的压力分布，旋转式压缩机的压力分布如图3所示，根据压力分布确定旋转式压缩机开始排气时的最高压力。
S500，根据位置参数和热物理学状态参数确定喷液结构的角度Φ和孔径D。
步骤S300中确定了喷液结构的位置参数范围，步骤S400中确定了旋转式压缩机开始排气时的最高压力，根据排气时的最高压力确定喷液结构的角度Φ，参见图2。确定了旋转式压缩机的最高压力后，若想要喷液结构达到喷液的效果，需喷液结构的喷液压力大于该最高压力，根据压力、面积和压强的关系确定喷液结构的孔径大小，从而为喷液结构的设计提供有效的理论支撑，通过采用该设计方法，有效的提高了旋转式压缩机在冷冻冷藏应用中的运行可靠性，大幅度提高旋转式压缩机的冷冻冷藏领域的应用范围。其中，喷液结构为喷液孔。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
在一个实施例中，如图4所示，还提供了一种冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计系统，该系统包括：构建模块100，用于构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型。求解运动轨迹模块200，用于对三维模型进行求解，得到旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹。确定位置参数模块300，用于根据运动轨迹确定喷液结构的位置参数。求解热物理学状态参数模块400，用于求解所述工作腔的三维模型内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数。确定喷液结构模块500，用于根据位置参数和热物理学状态参数确定喷液结构的角度Φ和孔径D。
本实施例中的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计系统，利用旋转式压缩机运行过程中，内部的高压区域和低压区域不能因为喷液结构的位置原因而直接连通的技术要求，确定旋转式压缩机的运动轨迹，进而确定喷液结构的位置参数d，利用旋转式压缩机运行过程中的压力分布及喷液结构的喷液压力应该大于旋转式压缩机开始排气时的最高压力，确定喷液结构的角度Φ和孔径D，从而为喷液结构的设计提供有效的理论支撑，通过采用该设计方案，有效的提高了旋转式压缩机在冷冻冷藏应用中的运行可靠性，大幅度提高旋转式压缩机的冷冻冷藏领域的应用范围。
在一个实施例中，构建模块100包括：第一提取构建单元110，用于提取旋转式压缩机装配之后空腔部分的壁面特征，将壁面特征输入到三维建模软件中，构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型。第二提取构建单元120，用于提取旋转式压缩机的零件的尺寸结构特征，将尺寸结构特征输入到三维建模软件中，构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型。
在一个实施例中，求解运动轨迹模块200包括：第一输入单元210，用于将旋转式压缩机的转速、初始运动位置输入到运动分析模型中。第一模拟单元220，用于对工作腔的所述三维模型进行运动轨迹模拟，得到旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹。
在一个实施例中，求解热物理学状态参数模块400包括：第二输入单元410，用于将旋转式压缩机的运行参数以及冷媒的状态参数输入到流体动力学仿真分析软件中。第二模拟单元420，用于对旋转式压缩机的压缩过程进行模拟仿真，获取旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数；其中，热物理学状态参数包括旋转式压缩机的工作腔内的压力。
在一个实施例中，求解热物理学状态参数模块400还包括：获取单元430，用于获取旋转式压缩机的压力分布。确定单元440，用于根据压力分布确定旋转式压缩机排气式的最高压力。
由于此系统解决问题的原理与前述一种冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法相似，因此该系统的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型；
对所述三维模型进行求解，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹；
根据所述运动轨迹确定喷液结构的位置参数；
求解所述工作腔的所述三维模型内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数，其中，所述热物理学状态参数包括所述旋转式压缩机的工作腔内的压力；
根据所述位置参数和所述热物理学状态参数确定喷液结构的角度和孔径。
2.根据权利要求1所述的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法，其特征在于，所述构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型的步骤包括：
提取所述旋转式压缩机装配之后空腔部分的壁面特征，将所述壁面特征输入到三维建模软件中，构建所述旋转式压缩机的工作腔的三维模型；或
提取所述旋转式压缩机的零件的尺寸结构特征，将所述尺寸结构特征输入到三维建模软件中，构建所述旋转式压缩机的工作腔的三维模型。
3.根据权利要求1所述的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法，其特征在于，所述对所述三维模型进行求解，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹的步骤包括：
将所述旋转式压缩机的转速、初始运动位置输入到运动分析模型中；
对所述工作腔的所述三维模型进行运动轨迹模拟，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹。
4.根据权利要求1所述的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法，其特征在于，所述求解所述工作腔的所述三维模型内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数的步骤包括：
将所述旋转式压缩机的运行参数以及冷媒的状态参数输入到流体动力学仿真分析软件中；
对所述旋转式压缩机的压缩过程进行模拟仿真，获取所述旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数。
5.根据权利要求4所述的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计方法，其特征在于，所述将所述旋转式压缩机的运行参数以及冷媒的状态参数输入到流体动力学仿真分析软件中，对所述旋转式压缩机的压缩过程进行模拟仿真，获取所述旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数的步骤之后包括：
获取所述旋转式压缩机的压力分布；
根据所述压力分布确定所述旋转式压缩机排气时的最高压力。
6.一种冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计系统，其特征在于，所述系统包括：
构建模块，用于构建旋转式压缩机的工作腔的三维模型；
求解运动轨迹模块，用于对所述三维模型进行求解，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹；
确定位置参数模块，用于根据所述运动轨迹确定喷液结构的位置参数；
求解热物理学状态参数模块，用于求解所述工作腔的所述三维模型内冷媒在压缩过程中的热物理学状态参数；
确定喷液结构模块，用于根据所述位置参数和所述热物理学状态参数确定喷液结构的角度和孔径。
7.根据权利要求6所述的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计系统，其特征在于，所述构建模块包括：
第一提取构建单元，用于提取所述旋转式压缩机装配之后空腔部分的壁面特征，将所述壁面特征输入到三维建模软件中，构建所述旋转式压缩机的工作腔的三维模型；
第二提取构建单元，用于提取所述旋转式压缩机的零件的尺寸结构特征，将所述尺寸结构特征输入到三维建模软件中，构建所述旋转式压缩机的工作腔的三维模型。
8.根据权利要求6所述的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计系统，其特征在于，所述求解运动轨迹模块包括：
第一输入单元，用于将所述旋转式压缩机的转速、初始运动位置输入到运动分析模型中；
第一模拟单元，用于对所述工作腔的所述三维模型进行运动轨迹模拟，得到所述旋转式压缩机的工作腔压缩过程的运动轨迹。
9.根据权利要求6所述的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计系统，其特征在于，所述求解热物理学状态参数模块包括：
第二输入单元，用于将所述旋转式压缩机的运行参数以及冷媒的状态参数输入到流体动力学仿真分析软件中；
第二模拟单元，用于对所述旋转式压缩机的压缩过程进行模拟仿真，获取所述旋转式压缩机在压缩过程中每一个转角的热物理学状态参数；
其中，所述热物理学状态参数包括所述旋转式压缩机的工作腔内的压力。
10.根据权利要求9所述的冷冻冷藏用旋转式压缩机喷液结构的设计系统，其特征在于，所述求解热物理学状态参数模块还包括：
获取单元，用于获取所述旋转式压缩机的压力分布；
确定单元，用于根据所述压力分布确定所述旋转式压缩机排气式的最高压力。
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| 《蒸气喷射式旋转压缩机理论研究》;谢飞等;《上海市制冷学会2007年学术年会论文集》;20090417;摘要，正文第476-477页 * |
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| Publication number | Publication date |
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| CN105975660A (zh) | 2016-09-28 |
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