一种旋叶式压缩机缸体及其型线设计方法

技术领域

本公开涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种旋叶式压缩机缸体及其型线设计方法。

背景技术

旋叶式压缩机主要应用于汽车空调系统中，通过叶片在缸体的腔体内转动实现吸气压缩，在工作过程中，缸体腔体的线型起到至关重要的作用，不良的气缸型线会存在凸点，使得叶片在工作时产生强烈的刚性冲击或柔性冲击，不仅会造成叶片和气缸的磨损产生噪声，甚至会使叶片脱空并产生容腔泄漏，从而影响压缩机的容积效率和制冷功率等工作性能；

在本发明知晓的相关技术中，旋叶式压缩机气缸型线主要有简谐型线、抛物线，椭圆曲线和三角函数曲线等，这些曲线多通过调控曲线的部分参数了调整线型特征，从而间接地影响压缩机在吸气、压缩和排气过程的性能，然而囿于这类曲线的特性，无法直接有效的获得所需要的目标参数。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种旋叶式压缩机缸体及其型线设计方法，从压缩机压缩过程的压力曲线入手，反演推导出气缸目标型线，以实现对旋叶式压缩机型线的优化。

根据本公开的第一方面，提供一种旋叶式压缩机缸体，该缸体具有前后贯通的腔体，所述腔体中心对称设置，按照叶片转动的方向该腔体的内壁线型依次包括第一圆弧段、组合摆线段、反演型线段和第二圆弧段；

其中，所述第一圆弧段和第二圆弧段为圆弧线型；

所述组合摆线段为组合摆线，包括加速摆线段、运动摆线段、减速摆线段和过渡摆线段；

所述反演型线段的线型通过压缩过程的压力曲线反演推导得出。

在本公开的一些实施例中，所述反演型线段型线的坐标点通过对压缩过程的容腔压力-转角表达式进行基元容积差分迭代计算获得。

在本公开的一些实施例中，所述第二圆弧段与所述反演型线段的坐标交接位置，采用高阶多项式平滑处理。

根据本公开的第二方面，提供了第一方面任一项所述的旋叶式压缩机缸体的型线设计方法，包括以下步骤：

确定第一圆弧段和第二圆弧段的密封圆弧角度，建立其型线方程；

建立组合摆线段的组合摆线方程，通过基元容积计算模型计算组合摆线段基元容积-转角表达式；

确定最大基元容积和吸气结束角度；

设定压缩过程角度与开始排气角度，结合吸气压力和排气压力，获得反演型线段的容腔压力-转角表达式；

通过热力学计算获得反演型线段的基元容积-转角表达式；

通过基元容积差分迭代计算获得反演型线段的线型坐标；

对型线进行平滑过渡修正。

在本公开的一些实施例中，所述第一圆弧段和第二圆弧段的型线方程为：

式中：ρ为型线的极径，r为气缸转子的半径，θ为极角，θ

在本公开的一些实施例中，所述组合摆线段的组合摆线方程为：

式中：h

在本公开的一些实施例中，所述反演型线段的基元容积-转角表达式为：

式中，p

还包括设定差分角度步长，计算不同极角下的基元容积以及基元容积差分；

从压缩阶段开始，设定下一个计算角度极径值并带入至基元容积计算模型中迭代求解，并根据计算结果输出极径值。

本公开的有益效果为：本公开通过在吸气阶段采用组合摆线和过渡摆线，在保证密封段弧度的同时保证了曲线光滑，避免了凸点的产生。并且本公开通过在压缩阶段设定压缩过程结束角度，并根据容腔理论压力曲线，通过反演法推导气缸型线，可以充分延长压缩过程并改善型线特性，降低叶片在工作过程中与气缸的相互作用力，减少摩擦损耗和噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，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为本公开实施例中旋叶式压缩机缸体的结构示意图；

图2为本公开实施例中旋叶式压缩机缸体的型线结构示意图(包含转子和叶片)；

图3为本公开实施例中旋叶式压缩机缸体的型线结构示意图(包含转子示意图)；

图4为本公开实施例中旋叶式压缩机缸体的型线设计方法的步骤流程图；

图5为本公开实施例中第一圆弧段和第二圆弧段的型线结构示意图；

图6为本公开实施例中组合摆线段的型线的结构示意图；

图7为本公开实施例中反演型线段的型线结构示意图；

图8至图11为本公开实施例中叶片占据截面积差分示意图；

图12为本公开实施例中的压缩机缸体内的型线的压力曲线与参考型线的对比图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本公开发明人在研究时发现，如果能够从压缩机压缩过程的压力曲线入手，反演推导缸体的目标型线，即通过设计旋叶式压缩机压缩过程的压力曲线，反演推导气缸型线，使得叶片获得良好的特性；

为了便于对本公开的理解，先对旋叶式压缩机进行介绍，如图1至图3中所示的旋叶式压缩机缸体，该缸体具有前后贯通的腔体1，如图2中所示，腔体1中心对称设置，这里的中心对称是指以转子的旋转中心为对称点对称，如图3中所示，按照叶片转动的方向该腔体1的内壁线型依次包括第一圆弧段10、组合摆线段20、反演型线段30和第二圆弧段40；在本公开实施例中，请参照图1和图2，在缸体的侧壁上具有采用弹片贴合的排气孔，当压力达到设定值时排气孔打开；在缸体的第一圆弧段10位置处，一般在压缩机的前轴承上具有进气孔，在叶片转动时气体进入至该空腔内部；随着叶片的转动，开始对进入腔体1内的气体进行压缩，直至排气孔打开进入制排气阶段；

在本公开实施例中，仅对该腔体1中心对称的其中一部分进行介绍，请结合图2和图3，随着叶片的逆时针转动，依次经过第一圆弧段10、组合摆线段20、反演型线段30和第二圆弧段40四个阶段，而这四个阶段依次连接构成腔体1内壁的一半型线；

具体如图3中所示，第一圆弧段10和第二圆弧段40为圆弧线型；此处为了保持密封，需要和转子的外壁贴合，因此设置为圆弧形状，以保证密封性；

组合摆线段20为组合摆线，包括加速摆线段21、运动摆线段22、减速摆线段23和过渡摆线段24；在本公开实施例中，上述组合摆线段20也被依次称为第一至第四段摆线；反演型线段30的线型通过压缩过程的压力曲线反演推导得出。

为了详细理解本公开实施方式中的压力曲线反演推导过程，下面结合该旋叶式压缩机缸体的型线设计方法进行介绍；

如图4中所示的上述旋叶式压缩机缸体的型线设计方法，包括以下步骤：

S10：确定第一圆弧段10和第二圆弧段40的密封圆弧角度，建立其型线方程；

S20：建立组合摆线段20的组合摆线方程，通过基元容积计算模型计算组合摆线段20基元容积-转角表达式；

S30：确定最大基元容积和吸气结束角度；

S40：设定压缩过程角度与开始排气角度，结合吸气压力和排气压力，获得反演型线段30的容腔压力-转角表达式；

S50：通过热力学计算获得反演型线段30的基元容积-转角表达式；

S60：通过基元容积差分迭代计算获得反演型线段30的线型坐标；

S70：对型线进行平滑过渡修正。

下面结合附图对上述设计方法进行详细介绍，如图5中所示，由于在缸体的第一圆弧段10和第二圆弧段40为圆弧形状，其半径接近转子的半径，在本公开实施例中，第一圆弧段10和第二圆弧段40的型线方程为：

式中：ρ为型线的极径，r为气缸转子的半径，θ为极角，θ

如图6中所示，吸气过程的型线方程采用组合摆线，共分为四段，为别为第一段摆线(加速段)、第二段摆线(运动段)，第三段摆线(减速段)，第四段摆线(过渡段)，其型线方程为：

式中：h

其中k

相应的速度和加速度表达式为：

计算所得最大基元容积为V

在本公开实施例中，如图7中所示，设定压缩过程结束角度θ

式中：p

在获得反演型线段30的基元容积-转角表达式后，在本公开实施方式中，设定合适的差分角度步长δθ，取值获得不同极角下的基元容积V

由矢径oa

式中：ρ

请继续参照图8，在本公开实施例中，矢径oa

如图10中所示，由线段a2b2、a2c2和圆弧b2c2围成区域的截面积差分：

式中：e为转子偏心距；

请继续参照图10，由线段a1b1、a1c1和圆弧b1c1围成区域的截面积差分：

式中：

在上述计算公式的基础上，如图11中所示，叶片占据的截面积差分：

由此，任意位置处基元容积差分可表示为：

式中：B为气缸高度，在本公开实施例中，B＝19mm。

从压缩阶段开始，假设下一个计算角度的极径值为ρ

此外，在本公开实施例中，在第二圆弧段40和反演型线段30的型线坐标交接位置，采用采用高阶多项式进行平滑处理。

在本公开实施例中，通过在吸气阶段采用组合摆线和过渡摆线，在保证密封段弧度的同时保证了曲线光滑，避免了凸点的产生。并且本公开通过在压缩阶段设定压缩过程结束角度，并根据容腔理论压力曲线，通过反演法推导气缸型线，可以充分延长压缩过程并改善型线特性，降低叶片在工作过程中与气缸的相互作用力，减少摩擦损耗和噪音。

如下表1所示，本公开实施例中的旋叶式压缩机缸体线型与参考线型的特性对比：

由表1和图12中所示，本公开中旋叶式压缩机缸体的型线可以缩短排气过程，延长压缩过程，充分降低压缩过程的降低叶片在工作过程中与气缸的相互作用力，减少摩擦损耗和噪音，同时可以提高旋叶式压缩机的最大基元容积，提升工作性能。

本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。本公开要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。