CN109931260B - 涡旋齿型线、涡旋盘结构和包含该涡旋盘结构的压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡旋齿型线、涡旋盘结构和包含该涡旋盘结构的压缩机。其中该涡旋齿型线母线包括由中心向外连续设置的中心渐开线、过渡渐开线和外侧渐开线，其中，所述中心渐开线为基圆渐开线、所述过渡渐开线为变径基圆渐开线、所述外侧渐开线为基圆渐开线，基圆半径为变径基圆渐开线的基圆半径最大值。本发明通过引入变径基圆渐开线，使得涡旋盘的壁厚得到了增加，有利于减少径向气体泄漏并提升了涡旋压缩比。

Description

涡旋齿型线、涡旋盘结构和包含该涡旋盘结构的压缩机
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种涡旋齿型线、涡旋盘结构和包含该涡旋盘结构的压缩机。
背景技术
涡旋压缩机最早诞生于1905年，是由法国工程师Leon Creux发明的，但是由于当时加工技术的局限性，并没有得到深入的研究和发展。直至20 世纪70年代，能源危机的加剧以及数控加工技术的发展，才使得涡旋压缩机获得了再一次的发展。
涡旋压缩机应用领域主要有空调、增压器、液体泵等。涡旋压缩机通过将低压气体压缩成高压气体(即压缩比特性)，以满足各种需要。而涡旋压缩机的压缩比与型线类型密切相关，不同的涡旋型线组成方式形成不同的压缩比。现阶段能源危机的加剧对涡旋压缩机提出了更高的要求，使用组合型线的涡旋压缩机可以拥有更大的行程容积以及更大的压缩比，即在同样的情况下，组合型线涡旋压缩机可以有更高的排气量(制冷量)。然而，在现有技术中，应用广泛的是等截面涡旋压缩机，型线类型通常是圆渐开线，其压缩比较小。
因此，需要对现有技术进行改进，以提供大压缩比的具有新型组合型线的涡旋盘结构和相应的压缩机。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种涡旋齿型线、涡旋盘结构以及包含该涡旋盘结构的压缩机。
根据本发明的第一方面，提供了一种涡旋齿型线，该涡旋齿型线母线包括由中心向外连续设置的中心渐开线、过渡渐开线和外侧渐开线，其中，所述中心渐开线为基圆渐开线、所述过渡渐开线为变径基圆渐开线、所述外侧渐开线为基圆渐开线，基圆半径为变径基圆渐开线的基圆半径最大值。
在一个实施例中，所述中心渐开线满足：
Figure BDA0002048305180000021
其中，a0为所述中心渐开线的基圆半径，α为所述中心渐开线与所述过渡渐开线的连接点处的展开角角度。
在一个实施例中，所述过渡渐开线满足：
Figure BDA0002048305180000022
其中：
Figure BDA0002048305180000023
β为所述过渡渐开线与所述外侧渐开线的连接点处的展开角角度，K 为所述过渡渐开线的基圆半径变化率，a0为所述中心渐开线的基圆半径，α为所述中心渐开线与所述过渡渐开线的连接点处的展开角角度。
在一个实施例中，所述外侧渐开线满足：
Figure BDA0002048305180000024
其中：
Figure BDA0002048305180000025
θ为所述外侧渐开线的终点处的展开角角度，β为所述过渡渐开线与所述外侧渐开线的连接点处的展开角角度，K为所述过渡渐开线的基圆半径变化率，a0为所述中心渐开线的基圆半径，α为所述中心渐开线与所述过渡渐开线的连接点处的展开角角度。
根据本发明的第二方面，提供一种涡旋体结构，该涡旋体结构包括内侧型线和外侧型线，所述外侧型线和所述内侧型线根据本发明提供的涡旋齿型线的母线采用等距线法生成。
根据本发明的第三方面，提供了一种涡旋盘结构，该涡旋盘包括互相配合的固定涡旋盘与运动涡旋盘，其中所述固定涡旋盘包括根据本发明实施例提供的涡旋体结构。
根据本发明的第四方面，提供一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机包括根据本发明实施例提供的涡旋盘结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在保证行程容积的情况下，通过引入变径基圆渐开线，使得涡旋盘的壁厚得到了增加，同时大幅度提升了涡旋压缩比，并降低了在使用过程中的最大应力。此外，本发明减少了涡旋体旋转圈数，并在一定程度上增加了涡旋齿的齿厚，有利于减少径向气体泄漏。
附图说明
以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：
图1是根据本发明一个实施例的涡旋齿型线母线的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的涡旋齿型线的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
在本文示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“内”、“外”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。
图1示出了本发明一个本实例所提供的涡旋齿型线的母线结构，该涡旋齿型线母线包括由基圆渐开线构成的中心渐开线，示意的起始点为J，终点为K；由变径基圆渐开线构成的过渡渐开线，其起始点为K，终点为 L；由基圆渐开线组成的外围渐开线，其起始点为L，终点为M，其中，所述中心渐开线、过渡渐开线、外围渐开线由中心向外依次连续设置，K 是中心渐开线和过渡渐开线的连接点，L为过渡渐开线和外围渐开线的连接点。
在一个实施例中，将中心渐开线的参数方程组设置如下，其中设：
a0为中心渐开线的基圆半径；
α为中心渐开线与过渡渐开线的连接点处的展开角角度，则中心渐开线满足：
Figure BDA0002048305180000041
在本实施例中，过渡渐开线的参数方程组设置如下，其中设：
β为过渡渐开线与外侧(外围)渐开线的连接点处的展开角角度，K为过渡渐开线的基圆半径变化率，则过渡渐开线满足：
Figure BDA0002048305180000042
其中：
Figure BDA0002048305180000043
在本实施例中，外围渐开线的参数方程组设置如下，其中设：
θ为外侧渐开线的终点处的展开角角度，则外侧渐开线满足：
Figure BDA0002048305180000044
其中：
Figure BDA0002048305180000045
在上述实施例中，三段渐开线，即中心渐开线、过渡渐开线和外侧渐开线共同组成所设计的涡旋齿型线母线。需要说明的是，上述实施例涉及的中心渐开线的基圆半径α0、中心渐开线与过渡渐开线的连接点处的展开角的角度α、过渡渐开线的基圆半径变化率K、过渡渐开线与外侧渐开线的连接点处的展开角的角度β、外侧渐开线的终点处的展开角的角度θ等参数可根据压缩机的行程容积、压缩过程时间或压缩比需求等设置适当的值，本发明对此不作限制。
基于图1示意的母线结构，本发明实施例还提供一种涡旋齿型线结构，参见图2所示。该涡旋齿型线的形成方式例如是：首先将已获得的母线C1关于坐标原点中心对称，得到另一条母线，两条母线在两个法向方向均取距离为Ror/2的等距线获得动静涡旋体的内外壁曲线方程，其中Ror为动涡旋盘与静涡旋盘基圆中心的相对距离。中心区域可采用PMP(Perfect Mesh Profile)型线进行修正。
参见图2所示的涡旋齿型线，其包括内侧型线和外侧型线，内侧型线与外侧型线共同构成涡旋齿，其中1号线段为由基圆渐开线构成的中心渐开线(图1中JK段)等距得出的涡旋盘外壁中心段曲线，A为起点，B 为终点；2号线段为由变径基圆渐开线构成的过渡渐开线(图1中KL段) 等距得出的涡旋盘外壁过渡段曲线，B为起点，C为终点；3号线段为由基圆渐开线组成的外围渐开线(图1中LM段)等距得出的涡旋盘外壁外围段曲线，C为起点，D为终点；4号线段为由基圆渐开线构成的中心渐开线(图1中JK段)等距得出的涡旋盘内壁中心段曲线，E为起点，F为终点；5号线段为由变径基圆渐开线构成的过渡渐开线(图1中KL段) 等距得出的涡旋盘内壁过渡段曲线，F为起点，G为终点；6号线段为由基圆渐开线组成的外围渐开线(图1中LM段)等距得出的涡旋盘内壁外围段曲线，G为起点，H为终点。
本发明实施例还提供一种涡旋盘结构，包括互相配合的运动涡旋盘和固定涡旋盘，其中，固定涡旋盘包括如上所述的涡旋齿型线结构，运动涡旋盘包括由渐开线构成的能与固定涡旋盘的涡旋齿型线相啮合的运动齿型线，例如，运动涡旋盘上的涡旋齿由固定涡旋盘上的涡旋齿绕基圆中心旋转180°形成，运动齿型线与涡旋齿型线相错180。
本发明实施例还提供一种涡旋压缩机，包括具有上述涡旋齿型线的运动涡旋盘和能与该运动涡旋盘啮合的固定涡旋盘。
综上所述，通过引入变径基圆渐开线，所构成的涡旋齿的外侧型线和内侧型线形成的涡旋齿的齿厚由中心向外逐渐增大，减小了运动涡旋盘和固定涡旋盘之间的最大应力，并且提升了涡旋压缩比。此外，本发明涡旋体旋转圈数减小，并在一定程度上增加了涡旋齿的齿厚，有利于减少径向气体泄漏，从而提高压缩机的整体性能。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种涡旋齿型线，其特征在于，该涡旋齿型线母线包括由中心向外连续设置的中心渐开线、过渡渐开线和外侧渐开线，其中，所述中心渐开线为基圆渐开线、所述过渡渐开线为变径基圆渐开线、所述外侧渐开线为基圆渐开线，基圆半径为变径基圆渐开线的基圆半径最大值；
所述过渡渐开线满足：
Figure FDA0002663345150000011
其中：
Figure FDA0002663345150000012
β为所述过渡渐开线与所述外侧渐开线的连接点处的展开角角度，K为所述过渡渐开线的基圆半径变化率，a0为所述中心渐开线的基圆半径，α为所述中心渐开线与所述过渡渐开线的连接点处的展开角角度。
2.根据权利要求1所述的涡旋齿型线，其特征在于，所述中心渐开线满足：
Figure FDA0002663345150000013
其中，a0为所述中心渐开线的基圆半径，α为所述中心渐开线与所述过渡渐开线的连接点处的展开角角度。
3.根据权利要求1所述的涡旋齿型线，其特征在于，所述外侧渐开线满足：
Figure FDA0002663345150000014
其中：
Figure FDA0002663345150000015
θ为所述外侧渐开线的终点处的展开角角度，β为所述过渡渐开线与所述外侧渐开线的连接点处的展开角角度，K为所述过渡渐开线的基圆半径变化率，a0为所述中心渐开线的基圆半径，α为所述中心渐开线与所述过渡渐开线的连接点处的展开角角度。
4.一种涡旋体结构，其特征在于，该涡旋体结构包括内侧型线和外侧型线，所述外侧型线和所述内侧型线根据权利要求1至3任一项所述的涡旋齿型线的母线采用等距线法生成。
5.一种涡旋盘结构，其特征在于，包括互相配合的固定涡旋盘与运动涡旋盘，所述固定涡旋盘包括根据权利要求4所述的涡旋体结构。
6.一种涡旋压缩机，其特征在于，包括根据权利要求5所述的涡旋盘结构。
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