CN114776587A - 一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构，具有非对称压缩腔，定涡旋渐开线展角大于动涡旋渐开线展角180°时，定涡旋心部外侧涡旋线起始角度较动涡旋心部外侧涡旋线起始角度增加60°～80°；定涡旋在角度增加处增加排气孔的面积；主轴转角至动涡旋脱啮点后，主轴转角继续旋转20°～40°时，动涡旋心部涡旋齿仍覆盖在排气孔上，动涡旋和定涡旋的心部外侧圆弧与内侧圆弧之间的最小间隙不超过0.2mm；主轴转角旋转超过20°～40°时，动涡旋心部外侧涡旋线划过排气孔，排气孔与第二压缩腔相通。本发明解决了排气气流脉动引发止回阀反复起落对压缩机产生的不良影响的问题，使压缩机具有低振动、低噪声、高可靠性优势。

Description

一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构

技术领域

本发明涉及涡旋压缩机技术领域，具体而言是一种涡旋压缩机消弱排气脉动的涡旋结构。

背景技术

现有的涡旋压缩机，由一对参数相同、相位相差180°、基圆中心相距r的涡旋盘组成，形成数对对称或非对称的月牙形封闭压缩腔，由内向外，分别为第一(中心腔压缩)、第二、第三压缩腔；压缩机工作时，压缩腔容积随主轴转角发生变化，当压缩终了时，第二压缩腔与中心压缩腔相通，通过排气孔排出气体，因此，涡旋压缩机无需设置吸排气阀，也能形成封闭压缩腔，是一种定容积比的压缩机。

涡旋压缩机虽然可实现无阀运转，但需要在排气口处设置止回阀，防止压缩机停机时逆转。止回阀一般采取两种结构：自由浮动圆片阀和有一定弹性的舌簧阀。自由浮动圆片阀的方案如图1所示，包括：动涡旋1、定涡旋2、限位板3、阀片4；限位板3设置在定涡旋2的背板上，通过螺栓固定；阀片4一般为圆片阀，在限位板3内自由上下浮动；排气时，气流推动阀片4抬起，靠在限位板3上；有一定弹性的舌簧阀的方案如图 2所示，限位板3设置在定涡旋2的背板上，通过螺栓固定；阀片4为舌簧阀片，一端通过螺栓与限位板3固定在定涡旋背板2上，另一端为自由状态，在排气时受到排气孔内气流压力抬起，靠在限位板3上；

如图3所示，现有的传统排气孔S一般为圆形，传统排气孔S一般开设在定涡旋2背板并贯通，动涡旋1的传统排气孔S一般开设在齿底面，形状与定涡旋2的传统排气孔S相同，深度为1-3mm；为获得较大的传统排气孔S的理论流通面而降低传统排气孔S口处的气体瞬态流速，一般将传统排气孔S的面积最大化，如图3a所示，当脱啮瞬间，中心压缩腔与第二压缩腔连通时，动涡旋1的心部涡旋齿覆盖在传统排气孔S上；当主轴继续旋转，如图3b所示，传统排气孔S越过动涡旋心部涡旋线，传统排气孔S与第二压缩腔连通，实现快速排气；但当发生欠压缩时，在欠压缩工况时，当压缩终了，气体压力小于中心腔气体压力，在脱啮瞬间，由于中心压缩腔中气体瞬时膨胀，引起气流脉动，止回阀会有下落趋势，下落程度视内外压比不等程度而定。当中心压缩腔压力上升至大于排气腔压力时，阀片再次上升。这种阀片的反复起落对阀片寿命产生很大影响，并可能产生异常音，应尽量避免此情况发生。

针对当发生欠压缩时，中心腔压力大于压缩终了压力，脱啮瞬间会产生较大的瞬间压力突变，产生较大的气流脉动这个问题时，一般会缩小排气孔的形状和尺寸，对排气孔进行改进，如图4所示，脱啮时动涡旋心部涡旋齿覆盖在改进排气孔S'上，改进排气孔S'不会越过动涡旋心部涡旋线，当主轴继续旋转一定角度后，动涡旋心部外侧涡旋线划过改进排气孔S'，改进排气孔S'与第二压缩腔相通，这样可减小瞬间压力突变，降低气流脉动；但是由于缩小了排气孔尺寸又导致了排气阻力增加的问题，因此如何消弱排气时气流脉动，又不会造成排气阻力增加，同时避免引发止回阀反复起落对压缩机产生影响是一个重大难题。

发明内容

根据上述技术问题，本发明提供了一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构。

本发明采用的技术手段如下：

一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构，涡旋结构包括定涡旋、动涡旋和排气孔；

定涡旋的型线、动涡旋的型线分别由内侧渐开线、心部过渡线和外侧渐开线组成；

定涡旋的渐开线展角大于动涡旋的渐开线展角(非对称压缩腔)；

定涡旋的心部外侧涡旋线起始角度较动涡旋的心部外侧涡旋线起始角度增加，即定涡旋的心部外侧涡旋线起始角度大于动涡旋的心部外侧涡旋线起始角度；

排气孔为开设在定涡旋的背板，且连通高压腔(气体从涡旋盘的外侧的低压状态逐步压缩到心部的高压状态，形成一个封闭的腔体外侧叫低压腔，内侧叫高压腔。)的排气通道；

当定涡旋的渐开线展角大于动涡旋的渐开线展角180°时，定涡旋的心部外侧涡旋线起始角大于动涡旋的心部外侧涡旋线起始角度60°～80°；当主轴旋转至定涡旋的脱啮点时，其中一个第二压缩腔与中心压缩腔开始连通，先进行排气，主轴继续旋转60°～80°，至动涡旋脱啮点时，另外一个第二压缩腔与中心压缩腔连通，进行排气。

排气孔在定涡旋心部外侧涡旋线起始角度增加处增加面积，使排气孔的尺寸增加，排气孔形状为异形(非圆形)。同时，为进一步减小瞬间压力突变，动涡旋齿底取消加工排气孔。

排气孔满足：

1)在主轴转角转至定涡旋的脱啮点时，其中一个第二压缩腔N与中心压缩腔连通，动涡旋的心部涡旋齿覆盖在排气孔上，排气孔不越过动涡旋的心部涡旋线；

2)在主轴转角转至动涡旋的脱啮点时，另外一个第二压缩腔M与中心压缩腔连通，动涡旋的心部涡旋齿仍然覆盖在排气孔上，且排气孔不越过动涡旋的心部涡旋线；

3)在主轴转角转至动涡旋的脱啮点后，主轴转角继续旋转20°～40°时，动涡旋的心部涡旋齿仍覆盖在排气孔上，排气孔不会越过动涡旋的心部涡旋线，此时，动涡旋的心部外侧圆弧与定涡旋的心部内侧圆弧之间的最小间隙不超过0.2mm；

4)在主轴转角转至动涡旋脱啮点后，主轴转角继续旋转超过20°～40 °时，动涡旋的心部外侧涡旋线划过排气孔，排气孔与第二压缩腔M相通。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构，在涡旋压缩机中，设计非对称压缩腔结构，定涡旋的渐开线展角大于动涡旋的渐开线展角，定涡旋的心部外侧涡旋线起始角度增加，并在起始角度增加处增加排气孔的面积，使排气孔尺寸增加，获得最大的流通面积，并且，在主轴旋转至脱啮点以及之后的20°～40°时，动涡旋的心部涡旋齿仍覆盖在排气孔上，不与中心压缩腔连通，使气体不发生瞬间突变，从而减小气流脉动对止回阀的影响；

2、本发明由于动、定涡旋的外侧涡旋型线起始角相差60°～80°，一对第二压缩腔中的一个第二压缩腔先与中心压缩腔连通，先进行排气，主轴继续旋转60°～80°后，阀片未发生下落前，另一个第二压缩腔与中心压缩腔连通，进行排气；这种交错排气方式，减小了欠压缩工况时，阀片下落的可能性。

基于上述理由本发明可在涡旋压缩机等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明背景技术中自由浮动圆片阀的方案示意图。

图2为本发明背景技术中有一定弹性的舌簧阀的方案示意图。

图3为本发明背景技术中传统排气孔示意图。

图4为本发明背景技术中改进排气孔示意图。

图5为本发明具体实施方式中一种涡旋压缩机消弱排气脉动的涡旋结构结构示意图。

图6为本发明具体实施方式中排气孔示意图。

图7为本发明具体实施方式中其中一个第二压缩腔与中心压缩腔连通状态示意图。

图8为本发明具体实施方式中另外一个第二压缩腔与中心压缩腔连通状态示意图。

图中：1、动涡旋；2、定涡旋；3、阀片限位板；4、阀片；11、动涡旋基圆；21、定涡旋基圆；∠A、动涡旋心部外侧涡旋线起始角；∠B、定涡旋心部外侧渐开线起始角；∠C、脱啮后主轴转角；D、动涡旋心部外侧圆弧与定涡旋心部内侧圆弧之间最小间隙；N、其中一个第二压缩腔；M、另外一个第二压缩腔；P、动涡旋脱啮点；Q、以往的定涡旋脱啮点；Q’、定涡旋脱啮点；S、传统排气孔；S'、改进排气孔；S”、排气孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、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授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向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示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图5～8所示，一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构，涡旋结构包括定涡旋2和动涡旋1和排气孔S”；

定涡旋2的型线、动涡旋1的型线分别由内侧渐开线、心部过渡线和外侧渐开线组成；定涡旋2的渐开线展角大于动涡旋1的渐开线展角(非对称压缩腔)；定涡旋2的心部外侧涡旋线起始角度∠B较动涡旋1的心部外侧涡旋线起始角度∠A增加，即定涡旋2的心部外侧涡旋线起始角度∠B大于动涡旋1的心部外侧涡旋线起始角∠A；当定涡旋2的渐开线展角大于动涡旋1 的渐开线展角180°时，定涡旋2的心部外侧涡旋线起始角∠B大于动涡旋1 的心部外侧涡旋线起始角∠A 60°～80°，即∠B-∠A＝60°～80°；所以定涡旋脱啮点由以往的定位销脱啮点Q变更为定涡旋脱啮点Q’。因此可以在角度增加位置在定涡旋2的背板增加排气孔的面积，使改进排气孔S'的面积形成排气孔S”，排气孔S”为连通高压腔的排气通道，排气孔S”较图5中的改进排气孔S'面积增加；排气孔S”形状为异形(非圆形)。

当主轴旋转至定涡旋2的脱啮点Q'时，其中一个第二压缩腔N与中心压缩腔开始连通，先进行排气，主轴继续旋转60°～80°，至动涡旋脱啮点时，另外一个第二压缩腔M与中心压缩腔连通，进行排气。

如图7和8所示，排气孔S”的位置满足：

1)在主轴转角转至定涡旋2的脱啮点Q'时，其中一个第二压缩腔N与中心压缩腔连通，动涡旋1的心部涡旋齿覆盖在排气孔S”上，排气孔S”不越过动涡旋1的心部涡旋线；

2)在主轴转角转至动涡旋1的脱啮点P时，另外一个第二压缩腔M与中心压缩腔连通，动涡旋1的心部涡旋齿仍然覆盖在排气孔S”上，且排气孔 S”不越过动涡旋1的心部涡旋线；

3)在主轴转角转至动涡旋1的脱啮点P后，主轴转角继续旋转∠C时，∠C为20°～40°时，动涡旋1的心部涡旋齿仍覆盖在排气孔S”上，排气孔 S”不会越过动涡旋1的心部涡旋线，此时，动涡旋1的心部外侧圆弧与定涡旋2的心部内侧圆弧之间的最小间隙D不超过0.2mm；

4)在主轴转角转至动涡旋1的脱啮点P后，主轴转角继续旋转超过∠C 时，动涡旋1的心部外侧涡旋线划过排气孔S”，排气孔S”与第二压缩腔M相通。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构，其特征在于，所述涡旋结构包括定涡旋、动涡旋和排气孔；

所述定涡旋的渐开线展角大于所述动涡旋的渐开线展角；

所述定涡旋的心部外侧涡旋线起始角度较所述动涡旋的心部外侧涡旋线起始角度增加；

所述排气孔为开设在所述定涡旋的背板，且连通高压腔的排气通道；

当所述定涡旋的渐开线展角大于所述动涡旋的渐开线展角180°时，所述定涡旋的心部外侧涡旋线起始角大于所述动涡旋的心部外侧涡旋线起始角度60°～80°；当主轴旋转至所述定涡旋的脱啮点时，其中一个第二压缩腔与中心压缩腔开始连通，先进行排气，主轴继续旋转60°～80°，至动涡旋脱啮点时，另外一个第二压缩腔与中心压缩腔连通，进行排气。

2.根据权利要求1所述的一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构，其特征在于，所述排气孔在定涡旋心部外侧涡旋线起始角度增加处增加面积。

3.根据权利要求2所述的一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构，其特征在于，所述排气孔满足：

1)在主轴转角转至所述定涡旋的脱啮点时，其中一个第二压缩腔N与中心压缩腔连通，所述动涡旋的心部涡旋齿覆盖在所述排气孔上，所述排气孔不越过所述动涡旋的心部涡旋线；

2)在主轴转角转至所述动涡旋的脱啮点时，另外一个第二压缩腔M与中心压缩腔连通，所述动涡旋的心部涡旋齿仍然覆盖在所述排气孔上，且所述排气孔不越过所述动涡旋的心部涡旋线；

3)在主轴转角转至所述动涡旋的脱啮点后，主轴转角继续旋转20°～40°时，所述动涡旋的心部涡旋齿仍覆盖在所述排气孔上，所述排气孔不会越过所述动涡旋的心部涡旋线，此时，所述动涡旋的心部外侧圆弧与所述定涡旋的心部内侧圆弧之间的最小间隙不超过0.2mm；

4)在主轴转角转至所述动涡旋脱啮点后，主轴转角继续旋转超过20°～40°时，所述动涡旋的心部外侧涡旋线划过所述排气孔，所述排气孔与第二压缩腔M相通。

4.根据权利要求2所述的一种涡旋压缩机消弱气流脉动的涡旋结构，其特征在于，所述排气孔的形状为异形。

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