CN112032048A - 一种涡旋机械的引压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡旋机械的引压方法，包括：动涡旋盘的背面引入第一背压力，第一背压力为Pθ1；静涡旋盘的背面引入第二背压力，第二背压力为Pθ2；动涡旋盘与静涡旋盘啮合形成压缩腔，压缩腔内用于压缩流体；流体的等熵指数为k；压缩腔的容积比为Vθ；动涡旋盘与静涡旋盘不发生分离的最小背压Pbmin所对应的容积比为Vbmin；容积比Vθ和容积比Vbmin均随涡旋机械工作呈周期性变化；且0＜Pθ1≤(Vbmin)k，Pθ2≥(Vbmin)k。等熵指数通过对本发明的应用，抵消了压缩腔内产生的部分或全部的轴向气体力，实现动涡旋盘与静涡旋盘沿轴方向向上保持最小间隙，减小动、静涡盘齿顶面的摩擦损耗，降低动涡旋盘盘与下压板间的摩擦损耗，适用于压缩机变工况运行能力要求。

Description

一种涡旋机械的引压方法
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种涡旋机械的引压方法。
背景技术
涡旋压缩机工作时，被压缩的流体在压缩腔内会产生的轴向气体力并作用于动涡旋盘和静涡旋盘上，造成动涡旋盘与静涡旋盘之间的轴向间隙增大，顶隙泄露量变大，容积效率降低。现有的的技术路线有引压进入动涡旋盘或静涡盘的背面，具体地说，动涡旋盘或静涡旋盘背面引入高压、中高压，用来抵消动涡旋盘与静涡旋盘之间的轴向气体力，从而使动涡旋盘与静涡旋盘的接触面相贴合，减小轴向间隙，达到降低顶隙泄露的目的。然而，这类技术方案虽可以解决部分涡旋压缩机的轴向泄露问题，但也不可避免地引发了涡旋压缩机功耗和可靠性的问题。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种涡旋机械的引压方法，包括：
动涡旋盘的背面引入第一背压力，所述第一背压力为Pθ1；
静涡旋盘的背面引入第二背压力，所述第二背压力为Pθ2；
所述动涡旋盘与所述静涡旋盘啮合形成压缩腔，所述压缩腔内用于压缩流体；
所述流体的等熵指数为k；
所述压缩腔的容积比为Vθ；
所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压Pbmin所对应的容积比为Vbmin；
所述容积比Vθ和所述容积比Vbmin均随所述动涡旋盘与所述静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化；
其中，0＜Pθ1≤(Vbmin)k，Pθ2≥(Vbmin)k。
在另一个优选的实施例中，所述第一背压力Pθ1为一定值压力。
在另一个优选的实施例中，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压为Pbmin，所述最小背压Pbmin随动涡旋盘与静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化，所述第一背压力Pθ1与所述最小背压Pbmin为等压差的压力，即Pθ1＝Pbmin-C1，C1为固定常数，且C1≥0。
在另一个优选的实施例中，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压为Pbmin，所述最小背压Pbmin随动涡旋盘与静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化，所述第一背压力Pθ1与所述最小背压Pbmin为等压比的压力，即Pθ1＝Pbmin/C2，C2为固定常数，且C2≥1.0。
在另一个优选的实施例中，所述第二背压力Pθ2为一定值压力。
在另一个优选的实施例中，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压为Pbmin，所述最小背压Pbmin随动涡旋盘与静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化，所述第二背压力Pθ2与所述最小背压Pbmin为等压差的压力，即Pθ2＝Pbmin+C3，C3为固定常数，且C3≥0。
在另一个优选的实施例中，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压为Pbmin，所述最小背压Pbmin随动涡旋盘与静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化，所述第二背压力Pθ2与所述最小背压Pbmin为等压比的压力，即Pθ2＝Pbmin*C4，C4为固定常数，且C4≥1.0。
在另一个优选的实施例中，所述涡旋机械包括：所述静涡旋盘、所述动涡旋盘、壳体、主支架、上压板和下压板，所述主支架与所述壳体均为中空结构，所述壳体安装于主支架的上端，所述下压板呈环状结构设置，所述压板固定安装于所述主支架内，所述动涡旋盘安装于所述主支架内，且所述动涡旋盘可平动地安装于所述压板的上端，所述动涡旋盘啮合地安装于所述静涡旋盘的下端，所述动涡旋盘的背面朝下设置，所述静涡旋盘的背面朝上设置，所述上压板固定安装于所述壳体内，所述上压板设于所述静涡旋盘的上端，且所述主支架的内轮廓小于所述静涡盘的外轮廓，所述静涡旋盘设于所述主支架的上端，所述主支架的内轮廓大于所述动涡盘的外轮廓。
在另一个优选的实施例中，所述动涡旋盘的背面与所述下压板的上表面相抵并夹持形成一密闭的第一背压腔，所述动涡旋盘上开设有一第一引压孔，所述第一引压孔将所述压缩腔与所述第一背压腔相连通，所述动涡旋盘的背面在所述第一背压力的作用下始终抵于所述下压板上。
在另一个优选的实施例中，所述静涡旋盘的背面与所述上压板的下表面相抵并夹持形成一密闭的第二背压腔，所述静涡旋盘上开设有一第二引压孔，所述第二引压孔将所述压缩腔与所述第二背压腔相连通，所述静涡旋盘的背面在所述第二背压力的作用下始终抵于所述主支架上。
本发明由于采用了上述技术方案，使之与现有技术相比具有的积极效果是：通过对本发明的应用，抵消了压缩腔内产生的部分或全部的轴向气体力，实现动涡旋盘与静涡旋盘沿轴方向向上保持最小间隙，减小动、静涡盘齿顶面的摩擦损耗，降低动涡旋盘与下压板间的摩擦损耗，适用于压缩机的变工况运行能力要求。
附图说明
图1为本发明的一种涡旋机械的结构示意图；
图2为本发明当Pθ1为一定值压力时，Pbmin与Pθ1的变化关系图；
图3为本发明当Pθ1与Pbmin为等压差的压力时，Pbmin与Pθ1的变化关系图；
图4为本发明当Pθ1与Pbmin为等压比的压力时，Pbmin与Pθ1的变化关系图；
图5为本发明当Pθ2为一定值压力时，Pbmin与Pθ2的变化关系图；
图6为本发明当Pθ2与Pbmin为等压差的压力时，Pbmin与Pθ2的变化关系图；
图7为本发明当Pθ2与Pbmin为等压比的压力时，Pbmin与Pθ2的变化关系图；
图8为本发明的可靠性保证运转范围(a、b、c、d和e点)的示意图；
图9为本发明静涡旋盘处于正常的浮动状态且不发生倾覆的第二背压腔所需容积比的变化关系图。
附图中：
1、静涡旋盘；2、动涡旋盘；3、壳体；4、主支架；5、上压板；6、下压板；21、第一背压腔；22、第一引压孔；11、第二背压腔；12、第二引压孔；7、压缩腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1至图7所示，示出一种较佳实施例的一种涡旋机械的引压方法，其特征在于，包括：动涡旋盘2的背面引入第一背压力，第一背压力为Pθ1；静涡旋盘1的背面引入第二背压力，第二背压力为Pθ2；动涡旋盘2与静涡旋盘1啮合形成一压缩腔7，压缩腔7内用于压缩流体；流体的等熵指数为k；压缩腔的容积比为Vθ；动涡旋盘与静涡旋盘不发生分离的最小背压Pbmin所对应的容积比为Vbmin；容积比Vθ和容积比Vbmin均随动涡旋盘与静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化；其中，0＜Pθ1≤(Vbmin)k，Pθ2≥(Vbmin)k。进一步地，通过管路的设计，合理地把压缩腔7中的中低压引入动涡盘的背面处，保证了制冷剂或其他流体在压缩运转的过程，其中，动涡旋盘2的背面以及静涡旋盘1的背面均是指相对压缩腔7远离的一侧；动涡盘的下端被按压在与之相接触的背压面上，背压面设置在动涡旋盘2的下端，背压面用于与动涡旋盘2的下端相接触，从而使得动涡旋盘2不发生浮动和窜动现象，且存在有动涡旋盘2与静涡旋盘1不发生分离的最小背压为Pbmin，进而要求0＜Pθ1≤Pbmin，又考虑到机械效率ηm，Pθ1不设计为0，是因为在轴向气体力的作用下，动涡旋盘2与背压面之间的接触力变大，会导致背压面的摩擦损耗增大，进而使得压缩机的机械效率ηm下降，在理想状态下，Pθ1等于Pbmin为最佳，为适用于不同的制冷剂等流体的要求，设计推导动涡旋盘2在引入第一被压力时，可用变换公式Pθ1＝Pbmin＝(Vbmin)k代替；在压缩腔7内还形成有中高压，并通过第二引压孔12将上述的中高压引入至第二背压腔11中，背压腔2的中高压以及设置于静涡旋盘1的排气腔中的压力共同作用于抵消全部的动涡旋盘2和静涡旋盘1之间产生的轴向气体力，因而，静涡旋盘1被按在主支架4上，静涡旋盘1的背面引入中高压，但此时静涡旋盘1与主支架4之间压力不能过大，在理想状态下两者之间的压力应为0，为避免极限工况或者超高负荷工况条件，排温超高引起的动、静涡旋盘1的齿尖处热捧涨导致动涡旋盘2的齿尖顶起静涡旋盘1，造成运转咬死失效的情况，本方法涉及的静涡盘应预留有一定的轴向浮动空间，即通过结构的限制，使得静涡盘的背面的一侧沿轴向留有浮动间隙，且在静涡旋盘1处于压缩机的正常运行范围内的情况下，应保证静涡旋盘1被按压在支撑结构上，则需要引入的第二背压力为Pθ2≥Pbmin，即Pθ2≥(Vbmin)k，且存在着第一背压力Pθ1小于最小背压Pbmin，最小背压Pbmin小于第二背压力为Pθ2。
进一步，作为一种较佳的实施例，如图2所示，横坐标为压缩机的单个运转周期内的压缩角(0°～360°)，纵坐标为被引入的压力Pθ1，第一背压力Pθ1为一定值压力。
进一步，作为一种较佳的实施例，如图3所示，横坐标为压缩机的单个运转周期内的压缩角，纵坐标为被引入的压力Pθ1，动涡旋盘2与静涡旋盘1不发生分离的最小背压为Pbmin，最小背压Pbmin随动涡旋盘2与静涡旋盘1的匹配工作呈周期性变化，第一背压力Pθ1与最小背压Pbmin为等压差的压力，即Pθ1＝Pbmin-C1，C1为固定常数，且C1≥0。
进一步，作为一种较佳的实施例，如图4所示，横坐标为压缩机的单个运转周期内的压缩角，纵坐标为被引入的压力Pθ1，动涡旋盘2与静涡旋盘1不发生分离的最小背压为Pbmin，最小背压Pbmin随动涡旋盘2与静涡旋盘1的匹配工作呈周期性变化，第一背压力Pθ1与最小背压Pbmin为等压比的压力，即Pθ1＝Pbmin/C2，C2为固定常数，且C2≥1.0。
进一步地，在另一优选的实施例中，可对上述三种不同情况的第一背压力进行组合引入，至少包括其中的两种或三种。
进一步，作为一种较佳的实施例，如图5所示，横坐标为压缩机的单个运转周期内的压缩角，纵坐标为被引入的压力Pθ2，第二背压力Pθ2为一定值压力。
进一步，作为一种较佳的实施例，如图6所示，横坐标为压缩机的单个运转周期内的压缩角，纵坐标为被引入的压力Pθ2，动涡旋盘2与静涡旋盘1不发生分离的最小背压为Pbmin，最小背压Pbmin随动涡旋盘2与静涡旋盘1的匹配工作呈周期性变化，第二背压力Pθ2与最小背压Pbmin为等压差的压力，即Pθ2＝Pbmin+C3，C3为固定常数，且C3≥0。
进一步，作为一种较佳的实施例，如图7所示，横坐标为压缩机的单个运转周期内的压缩角，纵坐标为被引入的压力Pθ2，动涡旋盘2与静涡旋盘1不发生分离的最小背压为Pbmin，最小背压Pbmin随动涡旋盘2与静涡旋盘1的匹配工作呈周期性变化，第二背压力Pθ2与最小背压Pbmin为等压比的压力，即Pθ2＝Pbmin*C4，C4为固定常数，且C4≥1.0。进一步地，在另一优选的实施例中，可对上述三种不同情况的第二背压力进行组合引入，至少包括其中的两种或三种。
更进一步地，上述C1、C2、C3和C4之间无直接联系，各相互独立。并且，如图8结合图9所示，示出了一种涡旋机械在运行范围内(图8中a、b、c、d和e共同围绕形成的正常工作区间；其中，图8的横、纵坐标分别代表静涡旋盘1吸气侧和静涡旋盘1排气侧的相对状况，具体地讲，上述的相对状况可为温度或压力)时，上述的正常工作区间为压缩机的可靠性保证运转范围；也即a、b、c、d和e点，为压缩机的可靠运转的极限工作状态的边界点；超过运行区间(图中a、b、c、d和e边界以外区域)，压缩机的可靠性会出问题。
图9通过折线示出了a、b、c、d和e点的工况下，静涡旋盘1处于正常的浮动状态且不发生倾覆的第二背压腔所需容积比Vi的变化情况，对应的需引入第二背压力Pθ2≥Pbmin，即上述的Pθ2≥(Vbmin)k；其中，第二背压力为Pθ2；压缩角θ为动涡旋盘2相对静涡旋盘1呈180°安装时，主轴转角为0，即静旋涡盘1与动旋涡盘2的基圆圆心连线与水平面上的X轴正向夹角为0，并定义动涡旋盘2在作平动时，其基圆圆心绕静涡旋盘1基圆圆心转过的角度为主轴转角，即压缩角θ。在图9所示的实施例中，根据在实际工作过程中测得数据，折线的第一个密集交汇点接近于压缩角120°左右，第二个密集交汇点接近于300°左右，上述第一个密集交汇点所对应的压缩角即为排气开始角度θ*，具体是指转角θ＝θ*时压缩机进入排气阶段，此时靠近静涡旋盘1中心的压缩腔7与排气腔联通，靠近中心压缩腔一侧的压力等于排气压力；第二密集交汇点处的转角为θ'。静涡旋盘1浮动且不发生倾覆的最小第二背压力和吸气压力的压力比为εi，，且εi＝Pbmin/PS，其中PS为吸气压力，且对于第二背压腔的容积比Vi还存在有εi＝(Vi)k；即推导Pθ2在运行范围内的一个运转周期内(0～360°)选取时，应满足以下关系：
0°≤θ≤θ*，Pθ2≥Pa,e,也即Vi≥(Va,e)k；
θ*≤θ≤θ'，Pθ2≥Pb,也即Vi≥(Vb)k；
θ'≤θ≤360°，Pθ2≥Pa,e,也即Vi≥(Va,e)k；
其中，Va,e为a、e工况点静涡旋盘1浮动，不发生倾覆的第二背压腔所需容积比，Vb为b工况点静涡旋盘1浮动，不发生倾覆的背压腔所需容积比。
因而，作为一种较佳的实施例，存在有如下的选用方式：
c点工况(最大压差点工况)，最优可选用为等压差引压法(Pθ2＝Pbmin+C3)；
b点工况(最大压比点工况)，最优为可选用等压比引压法(Pθ2＝Pbmin*C4)；
a、e点工况(等压比最小负荷点工况)，最优为可选用等压比引压法(Pθ2＝Pbmin*C4)；
d点工况(最大负荷点工况)，最优可选用为定压值引压法(定值压力Pθ2)。
此外，对于a、e、b、c点工况，也可同时选用等压差引压法，等压比引压法和定压值引压法，其中的一种、或多种的组合。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
如图1所示，本发明的进一步实施例中，涡旋机械包括：静涡旋盘1、动涡旋盘2、壳体3、主支架4、上压板5和下压板6，主支架4与壳体3均为中空结构，壳体3安装于主支架4的上端，下压板6呈环状结构设置，压板固定安装于主支架4内，动涡旋盘2安装于主支架4内，且动涡旋盘2可平动地安装于压板的上端，动涡旋盘2啮合地安装于静涡旋盘1的下端，动涡旋盘2的背面朝下设置，静涡旋盘1的背面朝上设置，上压板5固定安装于壳体3内，上压板5设于静涡旋盘1的上端，且主支架4的内轮廓小于静涡盘的外轮廓，静涡旋盘1设于主支架4的上端，主支架4的内轮廓大于动涡盘的外轮廓。进一步地，通过下压板6的上表面形成上述的用于与动涡旋盘2接触的背压面；即在上述的涡旋机械的工作过程中，随着对流体的压缩，以及根据流体的压力变化，压缩腔7内形成中低压部分以及中高压部分，中高压部分形成于靠近静涡旋盘1中心的位置处，中低压部分形成于远离静涡旋盘1中心的位置处。
本发明的进一步实施例中，动涡旋盘2的背面与下压板6的上表面相抵并夹持形成一密闭的第一背压腔21，动涡旋盘2上开设有一第一引压孔22，第一引压孔22将压缩腔7的中低压部分与第一背压腔21相连通，动涡旋盘2受到动涡盘2与静涡盘1之间的轴向气体力，以及第一背压力的作用下，被始终抵于下压板6上。
本发明的进一步实施例中，静涡旋盘1的背面与上压板5的下表面相抵并夹持形成一密闭的第二背压腔11，静涡旋盘1上开设有一第二引压孔12，第二引压孔12将压缩腔7的中高压部分与第二背压腔11相连通，静涡旋盘1，受到动涡盘2与静涡盘1之间的轴向气体力，以及第二背压力的作用下，始终抵于主支架4上。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种涡旋机械的引压方法，其特征在于，包括：
动涡旋盘的背面引入第一背压力，所述第一背压力为
Figure FDA0002674466030000011
静涡旋盘的背面引入第二背压力，所述第二背压力为
Figure FDA0002674466030000012
所述动涡旋盘与所述静涡旋盘啮合形成压缩腔，所述压缩腔内用于压缩流体；
所述流体的等熵指数为k；
所述压缩腔的容积比为Vθ；
所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压Pbmin所对应的容积比为Vbmin；
所述容积比Vθ和所述容积比Vbmin均随所述动涡旋盘与所述静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化；
其中，
Figure FDA0002674466030000013
2.根据权利要求1所述的涡旋机械的引压方法，其特征在于，所述第一背压力
Figure FDA0002674466030000014
为一定值压力。
3.根据权利要求1所述的涡旋机械的引压方法，其特征在于，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压为Pbmin，所述最小背压Pbmin随动涡旋盘与静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化，所述第一背压力
Figure FDA0002674466030000015
与所述最小背压Pbmin为等压差的压力，即
Figure FDA0002674466030000016
C1为固定常数，且C1≥0。
4.根据权利要求1所述的涡旋机械的引压方法，其特征在于，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压为Pbmin，所述最小背压Pbmin随动涡旋盘与静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化，所述第一背压力
Figure FDA0002674466030000017
与所述最小背压Pbmin为等压比的压力，即
Figure FDA0002674466030000018
C2为固定常数，且C2≥1.0。
5.根据权利要求1所述的涡旋机械的引压方法，其特征在于，所述第二背压力
Figure FDA0002674466030000019
为一定值压力。
6.根据权利要求1所述的涡旋机械的引压方法，其特征在于，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压为Pbmin，所述最小背压Pbmin随动涡旋盘与静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化，所述第二背压力
Figure FDA00026744660300000110
与所述最小背压Pbmin为等压差的压力，即Pθ2＝Pbmin+C3，C3为固定常数，且C3≥0。
7.根据权利要求1所述的涡旋机械的引压方法，其特征在于，所述动涡旋盘与所述静涡旋盘不发生分离的最小背压为Pbmin，所述最小背压Pbmin随动涡旋盘与静涡旋盘的匹配工作呈周期性变化，所述第二背压力
Figure FDA0002674466030000021
与所述最小背压Pbmin为等压比的压力，即
Figure FDA0002674466030000022
C4为固定常数，且C4≥1.0。
8.根据权利要求1所述的涡旋机械的引压方法，其特征在于，所述涡旋机械包括：所述静涡旋盘、所述动涡旋盘、壳体、主支架、上压板和下压板，所述主支架与所述壳体均为中空结构，所述壳体安装于主支架的上端，所述下压板呈环状结构设置，所述压板固定安装于所述主支架内，所述动涡旋盘安装于所述主支架内，且所述动涡旋盘可平动地安装于所述压板的上端，所述动涡旋盘啮合地安装于所述静涡旋盘的下端，所述动涡旋盘的背面朝下设置，所述静涡旋盘的背面朝上设置，所述上压板固定安装于所述壳体内，所述上压板设于所述静涡旋盘的上端，且所述主支架的内轮廓小于所述静涡盘的外轮廓，所述静涡旋盘设于所述主支架的上端，所述主支架的内轮廓大于所述动涡盘的外轮廓。
9.根据权利要求8所述的涡旋机械的引压方法，其特征在于，所述动涡旋盘的背面与所述下压板的上表面相抵并夹持形成一密闭的第一背压腔，所述动涡旋盘上开设有一第一引压孔，所述第一引压孔将所述压缩腔与所述第一背压腔相连通，所述动涡旋盘的背面在所述第一背压力的作用下始终抵于所述下压板上。
10.根据权利要求8所述的涡旋机械的引压方法，其特征在于，所述静涡旋盘的背面与所述上压板的下表面相抵并夹持形成一密闭的第二背压腔，所述静涡旋盘上开设有一第二引压孔，所述第二引压孔将所述压缩腔与所述第二背压腔相连通，所述静涡旋盘的背面在所述第二背压力的作用下始终抵于所述主支架上。
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