對稱圓弧加直線修正型線渦旋壓縮機(jī)脫嚙角與排氣角研究吳昊劉向農(nóng)王鐵軍劉正士（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院合肥230009）全不同。針對這兩種情形下的主軸轉(zhuǎn)角，由于沒有完整而清晰的闡述，導(dǎo)致計算渦旋壓縮機(jī)各壓縮腔容積時容易產(chǎn)生較大誤差。對此，通過研究采用對稱圓弧加直線修正渦旋壓縮機(jī)渦盤始端型線的幾何特性，定義了脫嚙角與實際排氣角，闡明了二者之間相互區(qū)別，詳細(xì)推導(dǎo)了脫嚙角計算公式并分析了影響脫嚙角的因素，且根據(jù)渦盤始端壁厚增加造成修正后中心壓縮腔容積減少的本質(zhì)特點，提供了修正后渦盤始端壁厚增加容積和實際排氣角的計算方法。通過運算實例驗證了脫嚙角與實際排氣角相差很大的結(jié)論，指出實際排氣角將影響排氣孔的設(shè)計。

　　用于傳統(tǒng)汽車空調(diào)的開啟式渦旋壓縮機(jī)和電動汽車空調(diào)的封閉渦旋壓縮機(jī)采用對稱圓弧加直線（EA-SAL）對渦盤始端進(jìn)行修正，增大了排氣角，提高了壓縮機(jī)的內(nèi)容積比和壓縮比，改善了渦盤始端切削受力特性，以滿足汽車空調(diào)工況、工質(zhì)要求和安裝空間限制的特殊要求。對稱圓弧加直線修正型線渦旋壓縮機(jī)的排氣過程，特別是排氣角的確定，在渦旋壓縮機(jī)的修正設(shè)計計算中尤為重要。國外汽車空調(diào)壓縮機(jī)主要生產(chǎn)廠家日本三電和電裝公司都生產(chǎn)這種齒形的渦旋壓縮機(jī)，但相關(guān)研究成果迄今為止未見有公開發(fā)表。國內(nèi)學(xué)者對修正型線渦旋壓縮機(jī)的排氣過程及排氣角也有一定研究。劉濤等分析了雙圓弧修正時的開始排氣角。高秀峰等簡單地分析了設(shè)有排氣閥的渦旋壓縮機(jī)排氣角的確定，并指出渦盤始端修正后容積的計算公式比較復(fù)雜；在計算壓縮機(jī)工作容積時，將排氣過程分為漸開線嚙合階段和修正部分嚙合階段。靳林芳等通過研究修正型線壓縮機(jī)的排氣過程，提出了排氣孔設(shè)計應(yīng)遵循的原則，同時指出要更正現(xiàn)行的熱力、動力計算中排氣角的大小。在有關(guān)對稱圓弧加直線修正的中，將排氣角等同于動靜渦盤相互脫嚙時主軸轉(zhuǎn)過的角度，這未能真實反映排氣狀況，導(dǎo)致在計算各壓縮腔容積時產(chǎn)生較大誤差；尤其沒有涉及中心壓縮腔容積計算方法，而這關(guān)系到對稱圓弧加直線修正型線渦旋壓縮機(jī)脫嚙角與排氣角研究2脫嚙角2.1主軸轉(zhuǎn)角bookmark2將動渦盤相對靜渦盤180°安裝時主軸轉(zhuǎn)角定義為0=0，即靜動渦盤基圓圓心連線與X軸正向夾角為0，那么，動渦盤在作平動時其基圓圓心繞靜渦盤基圓圓心轉(zhuǎn)過的角度為主軸轉(zhuǎn)角0，如所示。

　　渦旋壓縮機(jī)動力分析與計算。這里就對稱圓弧加直線修正型線渦旋壓縮機(jī)渦盤始端的幾何特性作了深入分析，嚴(yán)格區(qū)分形成中心壓縮腔時主軸轉(zhuǎn)過的角度和壓縮機(jī)排氣時主軸轉(zhuǎn)過的角度，定義了脫嚙角和實際排氣角，詳細(xì)推導(dǎo)了脫嚙角計算公式，分析了影響脫嚙角大小的因素。針對修正后中心壓縮腔容積減少實際上是由于渦盤始端壁厚增加造成的本質(zhì)特點，提出了修正后渦盤始端壁厚增加的容積的計算方法，從而計算出中心壓縮腔容積和實際排氣角大小。這些對準(zhǔn)確計算各壓縮腔容積尤其是中心壓縮腔容積、動力分析與設(shè)計計算都十分重要。

　　1對稱圓弧加直線修正參數(shù)如所示，渦盤本體采用漸開線型線，基本幾何參數(shù)為：基圓半徑為rb，渦盤節(jié)距為八渦盤壁厚為（，漸開線起始角為，為漸開角。渦盤始端采用對稱圓弧加直線修正，修正角為心d點為修正圓弧與渦盤內(nèi)壁漸開線交點，6點為連接圓弧與渦盤外壁漸開線交點，為修正直線，與修正圓弧和連接圓弧5々分別相切于M、N點。連接圓弧半徑為r，修正圓弧半徑為幾修正圓弧中心2'與基圓切點C距離為汰2.2脫嚙角在圓弧加直線修正方法中，一般將次壓縮腔與中心腔連通時，主軸轉(zhuǎn)角定義為排氣角。實際上，由于壓縮終了內(nèi)容積比較小，內(nèi)壓力比也較小，還未達(dá)到外壓力比（汽車空調(diào)工況下，外壓力比接近6，而通過計算發(fā)現(xiàn)，內(nèi)壓力比僅僅34之間），顯然，盡管次壓縮腔與中心腔已經(jīng)連通，但還不能將制冷劑氣體排出，如果將此時主軸轉(zhuǎn)角定義為排氣角，則不能反映渦旋壓縮機(jī)內(nèi)部真實的排氣狀況，因此這種定義不盡合理。也有提出將次壓縮腔與中心壓縮腔連通時主軸轉(zhuǎn)角定義為脫嚙角，并且規(guī)定渦旋體*外側(cè)封閉時主軸轉(zhuǎn)角0=0，這不便于計算各壓縮腔容積。這里將中心壓縮腔與次壓縮腔連通瞬間動渦盤和靜渦盤齒端直線部分相互脫嚙時，動渦盤相對靜渦盤轉(zhuǎn)過的角度（即主軸轉(zhuǎn)過的角度）定義為脫嚙角，記為0，并且規(guī)定動渦盤相對靜渦盤180°安裝時主軸轉(zhuǎn)角定義為0=0，即靜動渦盤基圓圓心連線00'與X軸正向夾角為0，如所示。

　　那么，從初始位置動渦盤基圓中心位于過靜渦盤基圓中心的水平線上，且‘=P（回轉(zhuǎn)半徑），轉(zhuǎn)到此位置時，由于直線胃是修正圓弧與連接圓弧的公切作直線開0//胃，那么在A：actg―-MV為修正直線長度。

　　將公式（2）、（3）、（4）代入公式（1）中，得可以看出：r、R、d與漸開線渦旋體基本幾何參數(shù)、修正角及偏移量Ar有關(guān)。

　　的長度也與漸開線渦旋體基本幾何參數(shù)、修正角A及偏移量Ar有關(guān)。

　　因此，當(dāng)漸開線渦旋體幾何參數(shù)確定時，由公式（5）得到：脫嚙角0與修正角及偏移量Ar相關(guān)，隨后者變化關(guān)系如所示。

　　3實際排氣角中心壓縮腔與次壓縮腔連通后，由于壓力沒達(dá)到排氣壓力，制冷劑氣體在中心壓縮腔中繼續(xù)被壓縮直到達(dá)到排氣壓力，此時主軸轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角定義為實際排氣角，記為化。

　　3.1中心壓縮腔容積經(jīng)對稱圓弧加直線修正后，渦旋壓縮機(jī)的中心壓縮腔容積計算比較繁瑣，至今未見有作相關(guān)闡明。高秀峰等給出了排氣過程的修正部分嚙合階段封閉工作腔容積計算方法，但實際排氣開始時，中心壓縮腔投影面積S如所示，此時修正部分未能相互嚙合。因此，公式不能適用于實際排氣時中心腔容積計算。鑒于未修正時中心壓縮腔容積由漸開線渦旋壁和動靜渦盤端面所形成，且易于計算，如果修正后渦盤始端相比較未修正時壁厚增加的容積能計算出來，那么中心壓縮腔的容積也對稱圓弧加直線修正型線渦旋壓縮機(jī)脫嚙角與排氣角研究容易計算了。

　　修正后始端壁厚增加的容積通過對中心壓縮腔的幾何特性深入研究后發(fā)現(xiàn)，修正后渦盤始端由于壁厚增加導(dǎo)致其投影面積增加，增加部分可以用義（巧表示：圍面積，扇形2'似面積，三角形似D'面積，扇形ODF面積，三角形DOD'面積，三角形0C02'面積，扇形面積。

　　包圍的面積，扇形i'NS面積，三角形Oi'ND'面積，三角形C'i'面積，扇形OC'D'面積，漸開線內(nèi)壁從起始點￡到G包圍的面積。

　　修正后由于壁厚增加而增大的容積：v'=s'（e）xh（17）這部分增加的容積直接導(dǎo)致中心壓縮腔容積減少。

　　相對于未修正時中心壓縮腔投影面積，經(jīng)對稱圓弧加直線修正后，中心壓縮腔投影面積S可以用下式計算：的投影面積。

　　根據(jù)推導(dǎo)出的直線方程，可以求解出上述各面積。從而，已知渦盤基本參數(shù)節(jié)距八壁厚，高度A，渦旋圈數(shù)m的情形下，中心壓縮腔容積：3.2實際排氣角計算實際排氣角的計算，可以利用外壓比反推得到。根據(jù)汽車空調(diào)工況，易知壓縮機(jī)排氣壓力，吸氣壓力夂。那么，渦旋壓縮機(jī)吸氣容積容積比v=（「h/即：令0=，代入（22），通過數(shù)值解法可以求解化。

　　3.3運算實例高度14mm，三對壓縮腔，對稱圓弧加直線修正，修正角為1.908rad，汽車空調(diào)工況下，制冷劑R134a，排氣壓力1804kPa，吸氣壓力293kPa，計算結(jié)果為：內(nèi)容積比V1=2.744，內(nèi)壓力比e1=3.035，脫嚙角儼=4.744rad，實際排氣角0d=6.368rad.即主軸轉(zhuǎn)過272°時動靜渦盤修正直線部分相互脫嚙，次壓縮腔與中心壓縮腔連通；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)過365°時，中心壓縮腔里制冷劑氣體壓力才達(dá)到外壓比（e=6.16），開始排氣。顯然，脫嚙角和實際排氣角有相當(dāng)大的區(qū)別。

　　4結(jié)論EA-SAL修正渦旋齒方法中，脫嚙角是計算各壓縮腔容積的關(guān)鍵參數(shù)，這里定義了脫嚙角并詳細(xì)推導(dǎo)了脫嚙角的計算公式，分析了影響脫嚙角大小的因素。

　　提出了經(jīng)EA-SAL修正后渦盤始端壁厚增加的容積的計算方法，為中心壓縮腔容積的計算及動力分析計算提供了依據(jù)。

　　準(zhǔn)確定義了實際排氣角，利用外壓比反推出實際排氣角。通過運算實例對比了脫嚙角與實際排氣角相差很大。

　　由于實際排氣過程的推遲，中心壓縮腔容積繼續(xù)變小，不僅增大了內(nèi)容積比，還將影響兩相鄰壓縮腔由于壓差變化所產(chǎn)生的泄漏、動靜渦盤脫嚙后中心壓縮腔實際存在的減容壓縮過程中的傳熱特性、排氣開始和結(jié)束階段工質(zhì)的流動阻力和功損耗，這些因素影響到排氣孔口的設(shè)計，相關(guān)內(nèi)容有待于進(jìn)一步探討。