|
|
|
转缸旋转压缩机的动力性能 |
HFC类制冷剂不含氯原子，会使压缩机润滑性能降低，因此在开发新一代R410A旋转压缩时，要求运动机构简单，滑板的滑动速度和承受的压力差尽可能低，以保证机器具有较高的可靠性和效率。根据这一思路，二十世纪90年代末开发出了转缸旋转压缩机[1]。本文旨在建立转缸旋转压缩机的力学模型，并对其力学特性进行分析。
1 转缸旋转压缩机
与传统的旋转压缩机相比，转缸旋转压缩机的最大特点是省去了滑板，气缸随滚动活塞一起转动，其基本结构如图1所示。它主要由带偏心轮的主轴、滚动活塞、转动气缸和缸壳等四个基本零件组成，气缸同心地装入缸壳内孔中，其外表面为圆形，内表面呈椭圆形（腰形孔），套在偏心轮上的滚动活塞安装在气缸内孔中，吸、排气孔分别对称地布置在气缸内孔短轴两侧的气缸端盖上。结构上做成主轴中心Os与气缸中心Oc的距离等于主轴的偏心距，活寒半径理论上等于气缸内孔的半短轴。这样一来，活塞外表面与气缸内表面之间就出现两个对称的切点，将气缸内孔分为两部分，即吸气腔和压缩腔。主轴带动活塞旋转时，活塞拨动气缸体在缸壳内孔中绕其轴线转动，由于结构尺寸的保证，气缸相对其中心线转动的速度仅为主轴转速的一半，于是活塞相对气缸内孔作往复运动，使吸气腔和压缩腔的容积连续发生变化。
图1 基本结构
转缸旋转压缩机制工作过程如图2所示。在θ=π时，滚动活塞中心Op与气缸中心Oc重合，这时活塞对气缸的推动力矩为0，此时会出现"卡死"现象，即此时活塞无法拨动气缸转动。为了能够连续运转，这种机构理论上要求两缸或多缸错开一定角度布置。
图2 工作过程
2 运动与受力分析
2.1 工作腔的几何关系
转缸旋转压缩机的几何关系如图3所示，由于OcOs=OsOp1,于是气缸绕其中心的转角ψ与主轴转角之间θ的关系为：
ψ=θ/2 （1）
从图1可以看出，气缸内孔长轴的长度L为：
L=2（2e+rp） (2)
式中 e--主轴中心偏离气缸中心的距离
rp--滚动活塞的半径，理论上等于气缸内孔的半短轴
图3 运动机构的几何关系
由图4可知，滚动活塞中心Op1在OcXcYc坐标系中的坐标为：
式中 r--偏心轮的旋转半径，即r=e
滚动活塞中心Op1与气缸中心Oc之间的距离s1为：
将θ=0即滚动活塞片于止点作为位移计算的参考位置，则滚动活塞的位移为：
s=2r-s1=2r[1-cos(θ/s)] (5)
滚动活塞的行程为：
S=4r=4e （6）
吸气腔容积为：
Vs=2rpHs=4eHrp[1-cos(θ/2)] （7）
式中 H--气缸轴向高度
图4作用于气缸体上的侧向力
最大吸气容积为：
Vsmax=2rpHs=8eHrp (8)
压缩腔的容积为：
Vc=Vsmax-Vs=4eHrp[1+cos(θ/2)] (9)
压缩机的理论容积流量为：
qVth=VsmaxnZ=8eHrpnZ (10)
式中 n--主轴的每分钟转数
Z--气缸数
假设压缩腔内的压缩过程为多方过程，则其内的压力Pc为：
式中 Ps--吸气压力
m--多方压缩指数
2.2 运动分析
转缸旋转压缩机中，只有主轴、气缸和滚动活塞三个运动件。通过上述分析可知，主轴和气缸均绕其中心作匀速转动，主轴绕Os的转动角度速度为ω（=nπ/30）,气缸绕Oc的转动角速度ωc为：
ω=ω/2 （12）
滚动活塞的运动为复合运动：相对运动为绕偏心轮中心的转动，牵连运动为绕主轴中心的转动，绝对运动为绕主轴旋转中心的转动。
若以气缸体为参照物，滚动活塞沿气缸内孔作往复运动，其沿气缸内孔滑动的速度为：
滚动活塞沿气缸内孔滑动的加速度为：
滚动活塞沿气缸内孔滑动的平均速度为：
2.3 受力分析
（1）作用于滚动活塞的气体力如图5（a）所示，以滚动活塞与气缸的切点为界，滚动活塞的两半部分分别处于吸气腔和压缩腔中，气体力显然是沿着气缸长袖方向作用的，于是作用于滚动活塞1的气体力为：
作用于滚动活塞2的气体力为：
图 5 滚动活塞的受力分析 |
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
