CN106979155A - 滚动转子压缩机喷射口位置的确定方法及滚动转子压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及压缩机设备技术领域，尤其涉及一种滚动转子压缩机喷射口位置的确定方法及滚动转子压缩机。该滚动转子压缩机包括气缸、转子、滑板以及端板，气缸上设置有吸气口、排气口和滑板槽，端板上设置有喷射口，喷射口的位置可设区域由一般数学关系式决定，该数学关系式是基于单级滚动转子压缩机转动过程中的几何特征确定。将喷射口按照所述公式的数学关系式所确定的位置设定，并在喷射管路上安装喷射单向阀，可以完全避免滚动转子压缩机在任何运行工况喷射制冷剂回流至吸气腔，实现最大量补气和压缩机制热量和性能提升。本发明为端面喷射滚动转子压缩机的优化设计提供了指导。
Description
技术领域
本发明专利涉及压缩机设备技术领域，尤其涉及一种滚动转子压缩机喷射口位置的确定方法及滚动转子压缩机。
背景技术
滚动转子压缩机具有效率高、灵活、轻便等优点，因此其在小型家用空调等领域广泛使用。随着空气源热泵的不断应用，对压缩机在低温情况下的制热能力以及性能系数提出了更高的要求。目前的滚动转子压缩机在低温情况下有一系列问题：1、压缩机压比增大，泄漏量增大，容积效率下降，排气温度升高，导致COP(中文名称：制热能效比)衰减严重和压缩机可靠性降低；2、吸气量减小，循环流量不足，导致压缩机制热量减小。
为了能够改进压缩机的系统性能，特别是在低温情况下的制热量，通常以中间补气方式提高压缩机性能。中间补气方式有两种，一种为双级压缩中间补气，即在两个串联压缩机中间的连接管上补气；另一种补气方式是在压缩机压缩过程中进行补气，此时压缩机自带喷射口，称为准二级压缩形式。准二级压缩的滚动转子压缩机可有效解决压缩机在低温工况下排气温度过高和制热量不足等问题，同时相对于双级压缩中间补气具有价格优势。因此，准二级压缩的滚动转子压缩机的中间补气已成为解决低温工况下空气源热泵性能衰减的重要技术途径。
目前，一般的准二级压缩的滚动转子压缩机的补气口开在排气口附近的气缸壁上或者将补气口设置在压缩机端面上，这样能有效实现制冷剂被喷射进入压缩机，但将喷射口开在气缸壁上将不可避免有一段补气口和吸气口串通的时间，在这段时间内，从补气口喷射出来的中压气体将喷射进入吸气腔，从而回流至吸气管。而对于端面喷射结构，目前没有统一的位置，不同设备厂所设置的位置有所区别，但目前所有将喷射口设置在端面上的喷射结构，也存在和气缸壁喷射一样的问题，就是当转子转过喷射口后，喷射口直接与吸气腔连通，造成大量喷射制冷剂回流至吸气管；因此，压缩机的容积效率有一定幅度的降低。同时，由于受其结构限制，不管是气缸壁喷射还是目前的端面喷射，补气口面积都不能太大，由此导致该补气结构下二次吸气量有限，导致对压缩机和系统的性能提升受限。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供了一种滚动转子压缩机喷射口位置的确定方法及滚动转子压缩机，通过该方法可以准确定位滚动转子压缩机的喷射口的位置范围，从而对滚动转子压缩机的端面喷射结构进行合理优化，进而完全避免喷射制冷剂回流进吸气腔，有效提升了滚动转子压缩机制热量和性能。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种滚动转子压缩机喷射口位置的确定方法，该滚动转子压缩机包括气缸、转子、滑板、端板、吸气口、排气口和喷射口，所述转子安装在气缸内作偏心旋转，所述滑板垂直的沿所述气缸壁上的滑板槽上下滑动，以将所述气缸的内腔分割为吸气腔和压缩腔，所述吸气口设置于气缸壁上，所述排气口设置在气缸壁上、或者设置在位于所述气缸的上下两端中至少一端的法兰上，所述吸气口和排气口分别设置于所述滑板的两侧，在所述转子转动带动下，所述吸气口和排气口分别间歇的与吸气腔和压缩腔之间连通，所述端板设置于气缸的的至少一个端面上，所述端板上设有所述喷射口；
所述喷射口位置的确定方法包括以下步骤：
根据所述转子偏心旋转时其内圆在所有角度扫掠的并集，确定所述喷射口位置的第一条件集合，以所述气缸的内腔为全集，所述第一条件集合为所述内圆在所有角度扫掠的并集的补集；
根据所述转子偏心旋转时在所有角度形成的吸气腔并集，确定所述喷射口位置的第二条件集合，所述第二条件集合为所述吸气腔并集的补集；
根据所述转子偏心旋转时在所有角度形成的压缩腔并集，确定所述喷射口位置的第三条件集合；
根据所述喷射口的第一条件集合、第二条件集合和第三条件集合，确定所述喷射口预设位置集合，所述喷射口预设位置集合为所述第一条件集合、第二条件集合和第三条件集合的交集。
进一步的，所述的根据转子偏心旋转时在所有角度形成的吸气腔并集，确定所述喷射口位置的第二条件集合，所述第二条件集合为所述吸气腔并集的补集，进一步包括：
根据所述转子由所述吸气口的下边缘角位置向所述下止点位置偏心旋转时，所述转子与气缸壁的最大距离的集合，确定所述吸气腔第一集合，其中，所述下止点位置与所述滑板位置沿所述气缸的轴心对称设置；
根据所述转子由所述下止点位置向所述吸气口的下边缘角位置偏心旋转时，所述转子与气缸壁的最大距离的集合，确定所述吸气腔第二集合；
根据所述吸气腔第一集合和吸气腔第二集合，确定所述吸气腔并集，所述吸气腔并集为所述吸气腔第一集合和吸气腔第二集合的并集。
进一步的，所述吸气腔第一集合满足：
L≤R-r+e (0-1)
其中，L为所述转子与气缸壁的最大距离，R为所述气缸的半径，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率。
进一步的，所述吸气腔第二集合满足：
L＝R-r+e (0-2)
其中，L为所述转子与气缸壁的最大距离，R为所述气缸的半径，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率。
进一步的，所述的根据转子偏心旋转时形成的压缩腔并集，确定所述喷射口位置的第三条件集合，进一步包括：
根据所述转子由所述吸气口的下边缘角位置向所述下止点位置偏心旋转时，所述转子与气缸壁的最大距离的集合，确定所述压缩腔第一集合，其中，所述下止点位置与所述滑板位置沿所述气缸的轴心对称设置；
根据所述转子由所述下止点位置向所述吸气口的下边缘角位置偏心旋转时，所述转子与气缸壁的最大距离的集合，确定所述压缩腔第二集合；
根据所述压缩腔第一集合和压缩腔第二集合，确定所述压缩腔并集，所述压缩腔并集为所述压缩腔第一集合和压缩腔第二集合的并集。
进一步的，在以所述气缸的内腔轴心为坐标原点、以所述滑板轴线为纵坐标的坐标系中，所述喷射口预设位置集合满足以下方程组：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (2)
y＝r+e-h (4)
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h。
进一步的，该方法还包括如下步骤：
判断所述吸气口的下边缘角与所述排气口的下边缘角之间的角度大小关系；
判断所述转子的厚度与偏心率的大小关系，其中，所述转子的厚度为转子在径向方向的厚度，所述偏心率为气缸的半径和转子的半径之差；
根据所述的吸气口的下边缘角与所述排气口的下边缘角之间的角度大小关系以及转子厚度和偏心率之间的大小关系，确定所述喷射口最终位置集合。
进一步的，所述吸气口的下边缘角大于所述排气口的下边缘角，且所述转子的厚度小于两倍偏心率时，即β＞θ且h<2e，所述喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (1-1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (1-2)
x＝0 (1-3)
其中，所述方程(1-1)和方程(1-2)的交点满足：
所述方程(1-1)和方程(1-3)的交点满足：
方程(1-2)和方程(1-3)的交点满足：
y＝r+e-h
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，β为吸气口的下边缘角，θ为排气口的下边缘角，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h。
进一步的，所述吸气口的下边缘角小于或等于所述排气口的下边缘角，且所述转子的厚度小于两倍偏心率时，即β＜θ且h<2e，所述喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (2-1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (2-2)
(x-x2)2+(y-y2)2＝r2 (2-3)
x＝0 (2-4)
其中，方程(2-1)和方程(2-2)的交点满足：
方程(2-1)和方程(2-3)的交点满足：
方程(2-2)和方程(2-4)的交点满足：
y＝r+e-h
方程(2-3)和方程(2-4)的交点满足：
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，(x2,y2)＝(-esinθ,ecosθ)，β为所述吸气口的下边缘角，θ为所述排气口的下边缘角，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h。
进一步的，所述吸气口的下边缘角大于所述排气口的下边缘角，且所述转子厚度大于两倍偏心率时，即β＞θ且h>2e，所述喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (3-1)
x2+y2＝(r-e)2 (3-2)
x＝0 (3-3)
其中，方程(3-1)和方程(3-2)的交点满足：
方程(3-1)和方程(3-3)的交点满足：
方程(3-2)和方程(3-3)的交点满足：
y＝r-e
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，β为所述吸气口的下边缘角，θ为所述排气口的下边缘角，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h。
进一步的，所述吸气口的下边缘角小于或等于所述排气口的下边缘角，且所述转子的厚度小于两倍偏心率时，即β＜θ且h>2e，所述喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (4-1)
x2+y2＝(r-e)2 (4-2)
(x-x2)2+(y-y2)2＝r2 (4-3)
x＝0 (4-4)
其中，方程(4-1)和方程(4-2)的交点满足：
方程(4-1)和方程(4-3)的交点满足：
方程(4-2)和方程(4-4)的交点满足：
y＝r-e
方程(4-3)和方程(4-4)的交点满足：
其中，(x1,y1)＝(-esinβ,ecosβ)，(x2,y2)＝(esinθ,ecosθ)，β为所述吸气口的下边缘角，θ为所述排气口的下边缘角，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h；
本发明还提供了一种滚动转子压缩机，包括气缸、转子、滑板、端板、吸气口、排气口和喷射口，所述转子安装在气缸内作偏心旋转，所述滑板垂直的沿所述气缸壁上的滑板槽上下滑动，以将所述气缸的内腔分割为吸气腔和压缩腔，所述吸气口设置于气缸壁上，所述排气口设置在气缸壁上、或者设置在位于所述气缸的上下两端中至少一端的法兰上，所述吸气口和排气口分别设置于所述滑板的两侧，在所述转子转动带动下，所述吸气口和排气口分别间歇的与吸气腔和压缩腔之间连通，所述端板设置于气缸的的至少一个端面上，所述端板上设有所述喷射口，所述喷射口的位置设置范围通过如上所述的方法确定。
进一步的，所述喷射口连接有喷射通道，所述喷射通道上设置有喷射单向阀。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的滚动转子压缩机喷射口位置的确定方法及滚动转子压缩机中，由于端面喷射是目前应用最为广泛的喷射方式，因此为了进一步对喷射口位置进行优化，本发明从单级滚动转子压缩机转动过程中的几何特征出发，通过结构优化确定了无回流端面喷射结构中喷射口的设置范围、最佳位置及大小，通过将喷射口按照所述公式的数学关系式所确定的位置设定，可以完全避免滚动转子压缩机在任何运行工况喷射制冷剂回流至吸气腔，实现最大量补气和压缩机制热量和性能提升；此外，本发明通过优化滚动转子压缩机端面喷射结构的喷射口位置的设置范围，可以完全避免该单缸滚动转子压缩机在补气过程中，喷射制冷剂气体向压缩腔的回流，有效增加补气量，提高压缩机的容积效率。
附图说明
图1为本发明实施例一的转子内圆的扫掠集合的几何示意图；
图2为本发明实施例一的第一条件集合的几何示意图；
图3为本发明实施例一的吸气腔第一集合的几何示意图；
图4为本发明实施例一的吸气腔并集的几何示意图；
图5为本发明实施例一的第二条件集合的几何示意图；
图6为本发明实施例一的第三条件集合的几何示意图；
图7为本发明实施例一的喷射口最终位置集合的几何示意图；
图8为本发明实施例二的喷射口最终位置集合的几何示意图。
其中，1、气缸；2、吸气口；3、滑板；4、排气口；5、喷射口；6、转子；7、吸气口的下边缘角；8、排气口的下边缘角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
如图1～图7所示，本实施例一提供的滚动转子压缩机，包括气缸1、转子6、滑板3、曲轴(图中未示出)、端板、吸气口2、排气口4和喷射口5，转子6安装在气缸1内，并作偏心旋转，带动滑板3垂直的沿气缸壁内的密封滑板槽滑动，以将气缸1的内腔分割为吸气腔和压缩腔，气缸壁上分别设有吸气口2和排气口4，吸气口2和排气口4分别设置于滑板3的两侧，在转子6的转动带动下，吸气口2和排气口4分别间歇的与吸气腔和压缩腔之间连通，而端板设置在气缸1的至少一个端面上，喷射口5设置在端板上，从而构成压缩机的端面喷射结构。其中，气缸壁即为气缸1的侧壁，排气口4优选设有排气阀，以便于气体可控排出。
在压缩机工作时，转子6在气缸1的内部作偏心转动，滑板3在转子6的转动带动下，在气缸壁内的滑板槽中轴向滑动，气缸1的内腔被滑板3和转子划分为吸气腔和压缩腔，随着滑板3和转子6的运动，气缸壁上的吸气口2和排气口4分别间隙的与吸气腔和压缩腔连通，当转子6转动至吸气口2和排气口4均与吸气腔连接的位置时，由于排气口4设有排气阀，排气阀能够保证排气口4与吸气腔之间连接但不连通，从而避免该瞬时状态下气体自吸气口2进入吸气腔后、直接从排气口4排出，实现气体的可控排出。
需要说明的是，排气口4除了可以设置在气缸壁上外，也可以设置在位于所述气缸的上下两端中至少一端的法兰上，只要保证吸气口2和排气口4分别设置于所述滑板3的两侧，在转子6的转动带动下，吸气口2和排气口4分别间歇的与吸气腔和压缩腔之间连通即可。
为了进一步有效避免自喷气口5出现气体回流现象，优选在喷气口5连接的喷气通道(图中未示出)内设置喷射单向阀。
为了保证完全避免单缸滚动转子压缩机在补气过程中出现喷射制冷剂气体向压缩腔的回流现象，本实施例一提供了一种滚动转子压缩机喷射口位置的确定方法，该方法通过优化喷射口5的位置设置范围，来确定并优化滚动转子压缩机的无回流端面喷射结构，即上述的压缩机喷射口5的位置设置范围通过本实施例一所述的方法确定。
本实施例一中，该喷射口5位置的确定方法包括以下步骤：
S1、根据转子6偏心旋转时其内圆在所有角度扫掠的并集，确定喷射口5位置的第一条件集合，以气缸1的内腔为全集，第一条件集合为内圆在所有角度扫掠的并集的补集。
S2、根据转子6偏心旋转时在所有角度形成的吸气腔并集，确定喷射口5位置的第二条件集合，第二条件集合为吸气腔并集的补集。
S3、根据转子6偏心旋转时在所有角度形成的压缩腔并集，确定喷射口5位置的第三条件集合。
S4、根据喷射口5的第一条件集合、第二条件集合和第三条件集合，确定喷射口预设位置集合，喷射口预设位置集合为第一条件集合、第二条件集合和第三条件集合的交集。
S5、判断吸气口的下边缘角7与排气口的下边缘角8之间的角度大小关系。
S6、根据吸气口的下边缘角7与排气口的下边缘角8之间的角度大小关系，确定喷射口最终位置集合；其中，喷射口最终位置集合为喷射口预设位置集合的子集。
在上述方法中，步骤S2进一步包括：
S201、根据转子6由吸气口的下边缘角7位置向所述下止点位置偏心旋转时，转子6与气缸壁的最大距离的集合，确定吸气腔第一集合，其中，下止点位置与滑板3位置之间沿所述气缸的轴心对称设置。
此时，吸气腔第一集合满足：
L≤R-r+e (0-1)
其中，L为转子6与气缸壁的最大距离，R为气缸1的半径，r为转子6的半径，e为转子6的离心率。
S202、根据转子6由下止点位置向吸气口的下边缘角7位置偏心旋转时，转子6与气缸壁的最大距离的集合，确定吸气腔第二集合。
此时，吸气腔的第二集合满足：
L＝R-r+e (0-2)
其中，L为转子6与气缸壁的最大距离，R为气缸1的半径，r为转子6的半径，e为转子6的离心率。
S203、根据吸气腔第一集合和吸气腔第二集合，确定吸气腔并集，吸气腔并集为吸气腔第一集合和吸气腔第二集合的并集。
步骤S3进一步包括：
S301、根据转子6由吸气口的下边缘角7位置向下止点位置偏心旋转时，转子6与气缸壁的最大距离的集合，确定压缩腔第一集合；
S302、根据转子6由下止点位置向吸气口的下边缘角7位置偏心旋转时，转子6与气缸壁的最大距离的集合，确定压缩腔第二集合；
S303、根据压缩腔第一集合和压缩腔第二集合，确定压缩腔并集，压缩腔并集为压缩腔第一集合和压缩腔第二集合的并集。
根据上述的方法，在以气缸1的内腔轴心为坐标原点、以滑板3轴线为纵坐标的坐标系中，喷射口预设位置集合满足以下方程组：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (2)
y＝r+e-h (4)
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，β为吸气口的下边缘角7，r为转子6的半径，e为转子6的离心率，h为转子6的厚度，b＝r+e-h。
求得的喷射口预设位置集合即为可以实现完全避免喷射制冷剂回流进吸气腔的压缩机喷射口5的位置设置范围。
优选的，根据步骤S5对吸气口2下边缘角和排气口的下边缘角8的角度大小关系进行判断，可得吸气口的下边缘角7大于排气口的下边缘角8时，喷射口最终位置集合满足以下方程组：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (2)
y＝r+e-h (4)
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，β为吸气口的下边缘角7，r为所述转子6的半径，e为所述转子6的离心率，h为所述转子6的厚度，b＝r+e-h。
求得的喷射口最终位置集合即为能够实现完全避免喷射制冷剂回流进吸气腔的、定位更加准确的压缩机喷射口5的位置设置范围。
本实施例一的方法的具体推导过程如下：
根据滚动转子压缩机转子6的运动特征，端面喷射结构避免制冷剂回流的充分必要条件是：
(A)在转子6的所有转动角度内，喷射口5始终不能与转子6的内圆连通，这主要是因为转子6内圆通过油孔始终与吸气腔连通，转化为数学语言就是喷射口5不能设置在转子6内圆在所有角度所围成区域的并集内，换言之，喷射口5不能设置在本实施例的内圆的扫掠集合内；
(B)喷射口5在所有角度内始终不能与吸气腔连通，翻译成数学语言可表达为喷射口5不能设置在吸气腔在所有角度所围成区域的并集内，换言之，喷射口5不能设置在本实施例的吸气腔并集内；
(C)为了保证制冷剂能实现喷射，喷射口5必须在某一角度范围内与压缩腔连通，用数学语言可表示为喷射口5必须设置在压缩腔在所有角度扫过区域的并集内，换言之，喷射口5必须设置在本实施例的压缩腔并集内。
综上，为了使压缩机端面喷射结构能够避免制冷剂回流问题，需要同时满足上述三个条件，从数学角度而言，能使端面喷射结构避免制冷剂回流现象出现的喷射口5的位置范围应同时满足上述的三个条件。
以下在以所述气缸1的内腔轴心为坐标原点、以所述滑板3轴线为纵坐标的坐标系中，应用几何方法对上述的三个条件进行分析。
针对条件(A)，由于转子6围绕偏心圆转动，其转动一周的轨迹还是一个圆。对应圆的半径等于偏心圆的半径加上转子6内圆的半径。因此转子6内圆的扫掠集合可表示为圆心在原点、半径为偏心圆半径加上转子6内圆半径的圆，如图1所示。而由于条件(A)是喷射口5不能设置在转子6内圆扫过区域的并集内，以气缸1的内腔范围作为全集，则满足条件(A)的区域为转子6内圆的扫掠集合的补集，即本实施例所述的第一条件集合，如图2所示。
针对条件(B)，由于端面喷射避免回流的条件(B)是喷射口5不能设置在吸气腔扫过区域的并集内，下面先分析吸气腔并集。当转子6位于吸气口2下边缘角时，此时压缩机吸气过程刚好完成，在吸气腔内转子6与气缸1的最大距离位于吸气口2下边缘角与压缩机中心的连线的沿反方向的延长线上，其值可表示为：
L＝R-r+e (0)
式中，L表示转子6与气缸壁的最大距离，R表示气缸1的半径，r表示转子6的半径，e表示转子6的离心率。
经几何分析易知，在上述坐标系中，纵坐标轴为滑板3轴线所在的直线，以转子6转到滑板3位置为转子6的0°位置，则转子6从吸气口下边缘角转到180°之前，吸气腔中气缸1与转子6外圆的最大距离均小于式(0)的值；而在转子6从180°位置转到下一个循环的吸气口2下边缘角之间，吸气腔中气缸1与转子6外圆的最大距离都等于式(0)的值。
因此转子6从180°转到下一循环的吸气口2下边缘角之间最大距离的并集可表示成图3中的黑色区域。如图3所示，吸气腔的并集包括了从0°到吸气腔下边缘角对称位置之间转子6与气缸壁之间最大距离的并集，因此转子6位于吸气口2下边缘角到其对称位置之间的任意位置所形成的吸气腔都是图3中黑色区域的子集。
当转子6从吸气口2下边缘角对称位置转到下一个循环的吸气口2下边缘角之间所形成的吸气腔有一部分不在图3黑色区域内，这部分面积称之为剩余吸气腔面积。经过几何分析可知，转子6从吸气口2下边缘角对称位置转到下一循环的吸气口2下边缘角之间所形成的剩余吸气腔面积的并集等于转子6位于吸气口2下边缘角时所形成的剩余吸气腔的面积。
因此，转子6与气缸壁的最大距离所形成的面积的并集即为吸气腔第一集合，剩余吸气腔面积并集即为转子6由吸气口2下边缘角的对称位置向0°位置偏心旋转时，所述转子6与气缸壁的最大距离的集合，也就是吸气腔第二集合，吸气腔第一集合与吸气腔第二集合的并集就是吸气腔在所有角度内所形成区域的并集，即吸气腔并集，如图4所示。由于条件(B)是喷射口5不能设置在吸气腔并集内，因此满足条件(B)的区域即为吸气腔并集的补集，即第二条件集合，如图5所示。
针对条件(C)，为了实现制冷剂喷射，因此喷射口5必须要与压缩腔连通，即喷射口5必须设置在压缩腔并集内，应用与推导第二条件集合类似的方法，可得到压缩腔并集，即第三条件集合，如图6所示。
上述应用几何方法分析了避免制冷剂回流的三个条件，而避免制冷剂回流的区域即为同时满足上述三个条件，因此，本实施例一所述的喷射口预设位置集合为第一条件集合、第二条件集合和第三条件集合的交集。结合图2、图5和图6，求得其交集可表示为图7。该面积由规则图形组成，可应用解析法求得。
本实施例一求得的喷射口预设位置集合为一不规则扇形区域，由两段圆弧和纵坐标轴围成，该区域的左边界位于纵坐标轴上，上下边界由方程(1)和方程(2)决定，三段曲线围成的曲面即为预设的喷射口5位置区域，即本实施例一所述的喷射口预设位置集合；而三段曲线两两相交有三个交点，三个交点的坐标可分别表示为方程(3)、方程(4)和方程(5)；其中右边界的交点横坐标为方程(1)和方程(2)的交点方程(5)，其余两个交点分别为方程(1)和方程(2)与纵坐标的交点，可表示为方程(3)和方程(4)。
由于本实施例一的喷射口最终位置集合在确定时，需要判断排气口4与吸气口2的大小关系。如图7所示，图7中，β为吸气口2下边缘角，θ为排气口4下边缘角，当吸气口2下边缘角大于排气口4下边缘角时，在以气缸1的内腔轴心为坐标原点、以滑板3轴线为纵坐标的坐标系中，喷射口最终位置集合的几何图形表现为一不规则扇形区域，由两段圆弧和纵坐标轴围成，该区域的左边界位于纵坐标轴上，上下边界由圆方程(1)和方程(2)决定，三段曲线围成的曲面即为最佳喷射口5面积，而三段曲线两两相交有三个交点，三个交点的坐标可分别表示为方程(3)、方程(4)和方程(5)；其中右边界的界点横坐标为方程(1)和方程(2)的交点方程(5)，两个交点分别为方程(1)和方程(2)与纵坐标的交点，可表示为方程(3)和方程(4)。
实施例二
本实施例二的压缩机无回流端面喷射结构的确定方法和滚动转子压缩机的结构与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：通过步骤S5对吸气口2下边缘角和排气口的下边缘角8的大小关系进行判断，可得吸气口的下边缘角7小于或等于所述排气口的下边缘角8，此时所述喷射口最终位置集合除了满足上述方程组中的方程(1)、方程(2)、方程(4)和方程(5)以外，还要同时满足以下方程组：
(x-x2)2+(y-y2)2＝r2 (7)
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，(x2,y2)＝(-esinθ,ecosθ)，r为所述转子6的半径，e为所述转子6的离心率，h为所述转子6的厚度。
具体的，本实施例二的喷射口最终位置集合在确定时，根据步骤S5判断排气口4与吸气口2的大小关系为：吸气口2下边缘角小于或等于排气口4下边缘角，则应用与实施例一类似的分析方法进行解析，最后可求得喷射口最终位置集合如图8所示，该图形的面积位置同样可应用解析法求解。
如图8所示，当吸气口的下边缘角7小于或等于排气口的下边缘角8时，在以气缸1的内腔轴心为坐标原点、以滑板3轴线为纵坐标的坐标系中，此时喷射口最终位置集合的几何图像由四段曲线围成，四段曲线的轨迹方程分别为纵坐标轴线、方程(1)、方程(2)以及方程(7)；四段曲线形成四个交点，分别是纵坐标与方程(7)的交点、纵坐标与方程(2)的交点、方程(1)与方程(2)的交点以及方程(1)与方程(7)的交点；四个交点的横坐标或纵坐标可分别表示为方程(6)、方程(4)、方程(5)以及方程(8)。
实施例三
本实施例三所述的压缩机无回流端面喷射结构的确定方法和滚动转子压缩机的结构与实施例二基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例三的确定方法中，在步骤S5之后，将步骤S6替换为以下步骤：
S601、判断转子6的厚度与转子6的偏心率之间的大小关系，其中，转子6的厚度为转子6在径向方向的厚度，转子6的偏心率为气缸1的半径和转子6的半径之差；
S602、根据吸气口2的下边缘角与排气口4的下边缘角之间的角度大小关系、以及转子6的厚度和转子6的偏心率之间的大小关系，确定喷射口最终位置集合；其中，喷射口最终位置集合为喷射口预设位置集合的子集。
则根据上述的方法，在以气缸1的内腔轴心为坐标原点、以滑板3轴线为纵坐标的坐标系中，吸气口下边缘角7与排气口的下边缘角8之间、以及转子6的厚度与转子6的偏心率之间的关系可分为以下四种情况：
当吸气口的下边缘角7大于排气口的下边缘角8，且转子6的厚度小于两倍偏心率时，即β＞θ且h<2e，喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (1-1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (1-2)
x＝0 (1-3)
其中，方程(1-1)和方程(1-2)的交点满足：
方程(1-1)和方程(1-3)的交点满足：
方程(1-2)和方程(1-3)的交点满足：
y＝r+e-h
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，β为吸气口的下边缘角7，θ为排气口的下边缘角8，r为转子6的半径，e为转子6的离心率，h为转子6的厚度，b＝r+e-h。
当吸气口的下边缘角7小于或等于排气口的下边缘角8，且转子6的厚度小于两倍偏心率时，即β＜θ且h<2e，喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (2-1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (2-2)
(x-x2)2+(y-y2)2＝r2 (2-3)
x＝0 (2-4)
其中，方程(2-1)和方程(2-2)的交点满足：
方程(2-1)和方程(2-3)的交点满足：
方程(2-2)和方程(2-4)的交点满足：
y＝r+e-h
方程(2-3)和方程(2-4)的交点满足：
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，(x2,y2)＝(-esinθ,ecosθ)，β为吸气口的下边缘角7，θ为排气口的下边缘角8，r为转子6的半径，e为转子6的离心率，h为转子6的厚度，b＝r+e-h。
当吸气口的下边缘角7大于排气口的下边缘角8，且转子6的厚度大于两倍偏心率时，即β＞θ且h>2e，喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (3-1)
x2+y2＝(r-e)2 (3-2)
x＝0 (3-3)
其中，方程(3-1)和方程(3-2)的交点满足：
方程(3-1)和方程(3-3)的交点满足：
方程(3-2)和方程(3-3)的交点满足：
y＝r-e
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，β为吸气口的下边缘角7，θ为排气口的下边缘角8，r为转子6的半径，e为转子6的离心率，h为转子6的厚度，b＝r+e-h。
当吸气口的下边缘角7小于或等于排气口的下边缘角8，且转子6的厚度小于两倍偏心率时，即β＜θ且h>2e，喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (4-1)
x2+y2＝(r-e)2 (4-2)
(x-x2)2+(y-y2)2＝r2 (4-3)
x＝0 (4-4)
其中，方程(4-1)和方程(4-2)的交点满足：
方程(4-1)和方程(4-3)的交点满足：
方程(4-2)和方程(4-4)的交点满足：
y＝r-e
方程(4-3)和方程(4-4)的交点满足：
综上所述，本实施例的滚动转子压缩机喷射口位置的确定方法及滚动转子压缩机中，由于端面喷射是目前应用最为广泛的喷射方式，因此为了进一步对喷射口5位置进行优化，本发明从单级滚动转子压缩机转动过程中的几何特征出发，通过结构优化确定了无回流端面喷射结构中喷射口5的设置范围、最佳位置及大小，通过将喷射口5按照所述公式的数学关系式所确定的位置设定，可以完全避免滚动转子压缩机在任何运行工况喷射制冷剂回流至吸气腔，实现最大量补气和压缩机制热量和性能提升；此外，本发明通过优化滚动转子压缩机端面喷射结构的喷射口5位置的设置范围，可以完全避免该单缸滚动转子压缩机在补气过程中，喷射制冷剂气体向压缩腔的回流现象，从而有效增加补气量，提高压缩机的容积效率。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (13)
1.一种滚动转子压缩机喷射口位置的确定方法，其特征在于，该滚动转子压缩机包括气缸、转子、滑板、端板、吸气口、排气口和喷射口，所述转子安装在气缸内作偏心旋转，所述滑板垂直的沿所述气缸壁上的滑板槽上下滑动，以将所述气缸的内腔分割为吸气腔和压缩腔，所述吸气口设置于气缸壁上，所述排气口设置在气缸壁上、或者设置在位于所述气缸的上下两端中至少一端的法兰上，所述吸气口和排气口分别设置于所述滑板的两侧，在所述转子转动带动下，所述吸气口和排气口分别间歇的与吸气腔和压缩腔之间连通，所述端板设置于气缸的的至少一个端面上，所述端板上设有所述喷射口；
所述喷射口位置的确定方法包括以下步骤：
根据所述转子偏心旋转时其内圆在所有角度扫掠的并集，确定所述喷射口位置的第一条件集合，以所述气缸的内腔为全集，所述第一条件集合为所述内圆在所有角度扫掠的并集的补集；
根据所述转子偏心旋转时在所有角度形成的吸气腔并集，确定所述喷射口位置的第二条件集合，所述第二条件集合为所述吸气腔并集的补集；
根据所述转子偏心旋转时在所有角度形成的压缩腔并集，确定所述喷射口位置的第三条件集合；
根据所述喷射口的第一条件集合、第二条件集合和第三条件集合，确定所述喷射口预设位置集合，所述喷射口预设位置集合为所述第一条件集合、第二条件集合和第三条件集合的交集。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据转子偏心旋转时在所有角度形成的吸气腔并集，确定所述喷射口位置的第二条件集合，所述第二条件集合为所述吸气腔并集的补集，进一步包括：
根据所述转子由所述吸气口的下边缘角位置向所述下止点位置偏心旋转时，所述转子与气缸壁的最大距离的集合，确定所述吸气腔第一集合，其中，所述下止点位置与所述滑板位置之间沿所述气缸的轴心对称设置；
根据所述转子由所述下止点位置向所述吸气口的下边缘角位置偏心旋转时，所述转子与气缸壁的最大距离的集合，确定所述吸气腔第二集合；
根据所述吸气腔第一集合和吸气腔第二集合，确定所述吸气腔并集，所述吸气腔并集为所述吸气腔第一集合和吸气腔第二集合的并集。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述吸气腔第一集合满足：
L≤R-r+e (0-1)
其中，L为所述转子与气缸壁的最大距离，R为所述气缸的半径，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述吸气腔第二集合满足：
L＝R-r+e (0-2)
其中，L为所述转子与气缸壁的最大距离，R为所述气缸的半径，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据转子偏心旋转时形成的压缩腔并集，确定所述喷射口位置的第三条件集合，进一步包括：
根据所述转子由所述吸气口的下边缘角位置向所述下止点位置偏心旋转时，所述转子与气缸壁的最大距离的集合，确定所述压缩腔第一集合，其中，所述下止点位置与所述滑板位置沿所述气缸的轴心对称设置；
根据所述转子由所述下止点位置向所述吸气口的下边缘角位置偏心旋转时，所述转子与气缸壁的最大距离的集合，确定所述压缩腔第二集合；
根据所述压缩腔第一集合和压缩腔第二集合，确定所述压缩腔并集，所述压缩腔并集为所述压缩腔第一集合和压缩腔第二集合的并集。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以所述气缸的内腔轴心为坐标原点、以所述滑板轴线为纵坐标的坐标系中，所述喷射口预设位置集合满足以下方程组：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (2)
y＝r+e-h (4)
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，β为吸气口的下边缘角，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
判断所述吸气口的下边缘角与所述排气口的下边缘角之间的角度大小关系；
判断所述转子的厚度与转子的偏心率的大小关系，其中，所述转子的厚度为转子在径向方向的厚度，所述转子的偏心率为气缸的半径和转子的半径之差；
根据所述的吸气口的下边缘角与所述排气口的下边缘角之间的角度大小关系以及转子厚度和偏心率之间的大小关系，确定所述喷射口最终位置集合。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述吸气口的下边缘角大于所述排气口的下边缘角，且所述转子的厚度小于两倍偏心率时，即β＞θ且h<2e，所述喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (1-1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (1-2)
x＝0 (1-3)
其中，所述方程(1-1)和方程(1-2)的交点满足：
所述方程(1-1)和方程(1-3)的交点满足：
方程(1-2)和方程(1-3)的交点满足：
y＝r+e-h
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，β为吸气口的下边缘角，θ为排气口的下边缘角，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述吸气口的下边缘角小于或等于所述排气口的下边缘角，且所述转子的厚度小于两倍偏心率时，即β＜θ且h<2e，所述喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (2-1)
x2+y2＝(r+e-h)2 (2-2)
(x-x2)2+(y-y2)2＝r2 (2-3)
x＝0(2-4)
其中，方程(2-1)和方程(2-2)的交点满足：
方程(2-1)和方程(2-3)的交点满足：
方程(2-2)和方程(2-4)的交点满足：
y＝r+e-h
方程(2-3)和方程(2-4)的交点满足：
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，(x2,y2)＝(-esinθ,ecosθ)，β为所述吸气口的下边缘角，θ为所述排气口的下边缘角，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述吸气口的下边缘角大于所述排气口的下边缘角，且所述转子厚度大于两倍偏心率时，即β＞θ且h>2e，所述喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (3-1)
x2+y2＝(r-e)2 (3-2)
x＝0 (3-3)
其中，方程(3-1)和方程(3-2)的交点满足：
方程(3-1)和方程(3-3)的交点满足：
方程(3-2)和方程(3-3)的交点满足：
y＝r-e
其中，(x1,y1)＝(esinβ,ecosβ)，β为所述吸气口的下边缘角，θ为所述排气口的下边缘角，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述吸气口的下边缘角小于或等于所述排气口的下边缘角，且所述转子的厚度小于两倍偏心率时，即β＜θ且h>2e，所述喷射口最终位置集合满足：
(x-x1)2+(y-y1)2＝r2 (4-1)
x2+y2＝(r-e)2 (4-2)
(x-x2)2+(y-y2)2＝r2 (4-3)
x＝0 (4-4)
其中，方程(4-1)和方程(4-2)的交点满足：
方程(4-1)和方程(4-3)的交点满足：
方程(4-2)和方程(4-4)的交点满足：
y＝r-e
方程(4-3)和方程(4-4)的交点满足：
其中，(x1,y1)＝(-esinβ,ecosβ)，(x2,y2)＝(esinθ,ecosθ)，β为所述吸气口的下边缘角，θ为所述排气口的下边缘角，r为所述转子的半径，e为所述转子的离心率，h为所述转子的厚度，b＝r+e-h。
12.一种滚动转子压缩机，其特征在于，包括气缸、转子、滑板、端板、吸气口、排气口和喷射口，所述转子安装在气缸内作偏心旋转，所述滑板垂直的沿所述气缸壁上的滑板槽上下滑动，以将所述气缸的内腔分割为吸气腔和压缩腔，所述吸气口设置于气缸壁上，所述排气口设置在气缸壁上、或者设置在位于所述气缸的上下两端中至少一端的法兰上，所述吸气口和排气口分别设置于所述滑板的两侧，在所述转子转动带动下，所述吸气口和排气口分别间歇的与吸气腔和压缩腔之间连通，所述端板设置于气缸的的至少一个端面上，所述端板上设有所述喷射口，所述喷射口的位置设置范围通过权利要求1-11中任一项所述的方法确定。
13.根据权利要求12所述的滚动转子压缩机，其特征在于，所述喷射口连接有喷射通道，所述喷射通道上设置有喷射单向阀。
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