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螺旋叶片压缩机研究

螺旋叶片压缩机研究 2011年12月09日 来源： 　Study on Helical Blade CompressorGao Xiufeng　　The essential geometrical theory of the helical blade compressor is analyzed in detail,in consequence,the range,the choosing principle and the restricting correlation of the basic parameters as well as the volume of the compression chambers,the length of the leakage line related to the rotation angle are presented.An aborative investigation results in a kind of perfect profile based on the exponential function being put forward.The analytical design method and an instant employing this method are given.The constructional scheme for the whole and the part is propunded.Furthermore,the assembly chart of the 5HP refrigeration compressor is published.In addition,several key-problems that influence the practicality of the machine are studied as well.　　Keywords:helical blade compressor,geometrical theory,profile,construction design1　引言　　在1992年和1996年的普渡会议上，日本东芝公司提出了一种新型压缩机——螺旋叶片压缩机，简要阐述了其工作原理和工作特性［1］，并发表了工作过程压力变化的实测结果［2］，文献［3］将文献［1］译成中文介绍到国内。这种新型压缩机具有优良的热力、动力和机械性能，尤其适用于制冷空调，东芝公司的实测结果表明，其各项性能指标均优于滚动转子压缩机。此外未见其它有关这方面研究的文献，本文针对这种压缩机的几何理论、型线确定及结构设计等进行了一定的探讨，为研究工作的进一步深化奠定了基础。2　基本几何理论2.1　基本几何参数分析　　螺旋叶片压缩机的基本几何参数如图1所示，各符号的意义为：R为气缸内半径(即螺旋叶片外半径)，mm；r为转子活塞外半径，mm；Ri为螺旋叶片内半径，mm；ri为转子螺旋槽底半径，mm；M为螺旋叶片圈数；e为转子与气缸的偏心距，mm；t为螺旋叶片厚度，mm；δ为螺旋叶片与转子槽的最小搭边宽度，mm；为从吸气侧起始端算起的螺旋角，rad；e为螺线末端的螺旋角，rad；z()为螺线上螺旋角为的点相对于吸气侧起始端零平面的距离，mm；H()为螺线上螺旋角为的点对应的螺距，mm；ht()为螺旋叶片外表面上螺旋角为的点对应的叶片轴向厚度，mm。图1　螺旋叶片压缩机基本参数　　从图上可看出：　(1)　(2)ri=Ri-e　(3)Ri=R-2e-δ　(4)　　叶片厚度t由强度、刚度及选材、加工等因素决定，一般可取t=5mm左右。δ的作用是密封和止推，其值影响气缸外径，故在满足使用要求的前提下应尽量取小，一般可取δ=1.5～2mm。令ε=e/R为相对偏心量，则ri≥0时ε≤(1-δ/R)/3，可见理论上ε最大只能达到1/3。考虑到转子刚度、叶片加工、轴承安装等问题，其实际值大致可取在0.15～0.25范围内。要形成完整的封闭吸气腔，则要求螺旋叶片的圈数M不小于2，要保证吸、排气腔不直接相邻，则要求M不小于3。实际设计中，M=4～5圈。吸气闭合至排气开始的内压缩过程持续转角为：θ*=2π(M-2)　(5)2.2　工作腔容积计算　　本文将θ=0～θ*作为一个完整过程来分析工作腔容积的计算式。假设螺旋叶片的厚度为零，则转角为θ时，由叶片、转子和气缸所围成的封闭容积的形状和位置如图2所

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