對(duì)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(duì)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(jì)算渦旋壓縮機(jī)各壓縮腔容積時(shí)容易產(chǎn)生較大誤差。對(duì)此，通過研究采用對(duì)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(shí)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(jì)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(diǎn)，提供了修正后渦盤始端壁厚增加容積和實(shí)際排氣角的計(jì)算方法。通過運(yùn)算實(shí)例驗(yàn)證了脫嚙角與實(shí)際排氣角相差很大的結(jié)論，指出實(shí)際排氣角將影響排氣孔的設(shè)計(jì)。

　　用于傳統(tǒng)汽車空調(diào)的開啟式渦旋壓縮機(jī)和電動(dòng)汽車空調(diào)的封閉渦旋壓縮機(jī)采用對(duì)稱圓弧加直線（EA-SAL）對(duì)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(duì)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(jì)計(jì)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(duì)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(shí)的開始排氣角。高秀峰等簡(jiǎn)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(jì)算公式比較復(fù)雜；在計(jì)算壓縮機(jī)工作容積時(shí)，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(jì)應(yīng)遵循的原則，同時(shí)指出要更正現(xiàn)行的熱力、動(dòng)力計(jì)算中排氣角的大小。在有關(guān)對(duì)稱圓弧加直線修正的中，將排氣角等同于動(dòng)靜渦盤相互脫嚙時(shí)主軸轉(zhuǎn)過的角度，這未能真實(shí)反映排氣狀況，導(dǎo)致在計(jì)算各壓縮腔容積時(shí)產(chǎn)生較大誤差；尤其沒有涉及中心壓縮腔容積計(jì)算方法，而這關(guān)系到對(duì)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(dòng)渦盤相對(duì)靜渦盤180°安裝時(shí)主軸轉(zhuǎn)角定義為0=0，即靜動(dòng)渦盤基圓圓心連線與X軸正向夾角為0，那么，動(dòng)渦盤在作平動(dòng)時(shí)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(dòng)力分析與計(jì)算。這里就對(duì)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(shí)主軸轉(zhuǎn)過的角度和壓縮機(jī)排氣時(shí)主軸轉(zhuǎn)過的角度，定義了脫嚙角和實(shí)際排氣角，詳細(xì)推導(dǎo)了脫嚙角計(jì)算公式，分析了影響脫嚙角大小的因素。針對(duì)修正后中心壓縮腔容積減少實(shí)際上是由于渦盤始端壁厚增加造成的本質(zhì)特點(diǎn)，提出了修正后渦盤始端壁厚增加的容積的計(jì)算方法，從而計(jì)算出中心壓縮腔容積和實(shí)際排氣角大小。這些對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算各壓縮腔容積尤其是中心壓縮腔容積、動(dòng)力分析與設(shè)計(jì)計(jì)算都十分重要。

　　1對(duì)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(duì)稱圓弧加直線修正，修正角為心d點(diǎn)為修正圓弧與渦盤內(nèi)壁漸開線交點(diǎn)，6點(diǎn)為連接圓弧與渦盤外壁漸開線交點(diǎn)，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(diǎn)。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(diǎn)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(shí)，主軸轉(zhuǎn)角定義為排氣角。實(shí)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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)主軸轉(zhuǎn)角0=0，這不便于計(jì)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(dòng)渦盤和靜渦盤齒端直線部分相互脫嚙時(shí)，動(dòng)渦盤相對(duì)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(dòng)渦盤相對(duì)靜渦盤180°安裝時(shí)主軸轉(zhuǎn)角定義為0=0，即靜動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(shí)主軸轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角定義為實(shí)際排氣角，記為化。

　　3.1中心壓縮腔容積經(jīng)對(duì)稱圓弧加直線修正后，渦旋壓縮機(jī)的中心壓縮腔容積計(jì)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(jì)算方法，但實(shí)際排氣開始時(shí)，中心壓縮腔投影面積S如所示，此時(shí)修正部分未能相互嚙合。因此，公式不能適用于實(shí)際排氣時(shí)中心腔容積計(jì)算。鑒于未修正時(shí)中心壓縮腔容積由漸開線渦旋壁和動(dòng)靜渦盤端面所形成，且易于計(jì)算，如果修正后渦盤始端相比較未修正時(shí)壁厚增加的容積能計(jì)算出來，那么中心壓縮腔的容積也對(duì)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(jì)算了。

　　修正后始端壁厚增加的容積通過對(duì)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(diǎn)￡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(duì)于未修正時(shí)中心壓縮腔投影面積，經(jīng)對(duì)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(jì)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(shí)際排氣角計(jì)算實(shí)際排氣角的計(jì)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(yùn)算實(shí)例高度14mm，三對(duì)壓縮腔，對(duì)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(jì)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(shí)際排氣角0d=6.368rad.即主軸轉(zhuǎn)過272°時(shí)動(dòng)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(shí)，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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)算方法，為中心壓縮腔容積的計(jì)算及動(dòng)力分析計(jì)算提供了依據(jù)。

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

　　由于實(shí)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(dòng)靜渦盤脫嚙后中心壓縮腔實(shí)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(dòng)阻力和功損耗，這些因素影響到排氣孔口的設(shè)計(jì)，相關(guān)內(nèi)容有待于進(jìn)一步探討。