数学模拟是分析压缩机工作过程的一种有效方法

　　数学模拟是分析压缩机工作过程的一种有效方法，80年代以来，我国在这方面做了大量工作，并取得了一批成果。目前模拟分析已成为压缩机产品开发必不可少的工具与手段。作者在研制电动汽车空调用压缩机的过程中，建立了双工作腔滑片压缩机的计算机模拟模型。该模型以热力学**定律及质量守衡定律为基础，综合考虑了吸排气过程的质量交换，吸气加热损失，内部泄漏，排气阀运动规律，基元与外界的能量交换以及各运动部位的摩擦损失等实际因素，用研制出的样机的实测结果对该模型进行了验证，结果表明：计算机模拟求解的结果与实测结果基本吻合，证实了所构造的模拟模型的正确性。该模型能够方便地预测各种压缩机设计方案在给定工况下的性能，并能从中选出性能*优的设计方案。

　　本文利用作者建立的模拟模型，详细讨论了滑片倾角，滑片数及相对长度等主要结构参数对双工作腔滑片压缩机性能的影响，并优化分析出这些结构参数的适宜取值范围，分析结果可以直接用于实际工程实践，指导产品的设计与研制。

　　在模拟分析时，压缩机的尺寸取所试制样机的尺寸。通过模拟模型对多种设计方案进行分析比较发现，该组尺寸可以获得*高COP值。压缩机的工作条件采用汽车空调的典型工况，即吸气压力为02MPa表压（蒸发温度06），排气压力为15MPa表压（冷凝温度614），压缩机转速为2000r/min.为了清楚地观察压缩机性能的变化趋势，性能曲线图都尽可能采用较大的比例。

　　滑片倾角对压缩机性能的影响

　　滑片倾角是滑片压缩机重要的结构参数之一，它的选择关系到滑片与气缸及转子之间的摩擦，磨损，以及机器的性能及噪声。这里所说的滑片倾角是指滑片槽的倾斜角，滑片中心线与直线OA的夹角。是滑片压缩机的几何参数，不随转子的转动而变化。而滑片的倾斜角，即滑片中心线与连线OB之间的夹角，是随滑片位置不同而变化的。滑片朝转子转动方向倾斜，称为前倾，取+！值；滑片逆转子转动方向倾斜，称为后倾，取-！值；=0，表示滑片沿转子径向放置，即为常说的径向滑片压缩机。

　　在预测条件下滑片倾角的变化对压缩机制冷量几乎没有影响，随着滑片倾角从-30#变化到+30#，制冷量基本保持在385kW左右。这是因为滑片倾角的变化对基元的*大吸气容积影响不大的缘故。

　　指示功率随滑片倾角的变化而略微有些变化。指示功率取决于循环指示功，工作基元（滑片）数及转速，滑片倾角的变化改变了压缩过程中基元容积的变化率，即改变了压缩过程中压力的变化情况而影响到指示功的大小。在模拟研究条件下，指示功率从1612kW（-30#）降低到1603kW（+10#），再由1603kW增加到1605kW（+30#），变化幅度为0#滑片倾角时指示功率的06%，*小值出现在滑片倾角为+10#时。

　　与指示功率相比，摩擦功率受滑片倾角的影响比较大，预测到的摩擦功率从117kW（-30#）降低到073kW（0#），再由073kW增加到088kW（+ 30#），变化幅度为0#滑片倾角时摩擦功率的603%，*小值出现在滑片倾角为0#.这是由于滑片的斜置改变了滑片的端部及侧面的受力状况，而滑片端面及轴承的受力状况不受滑片安放情况的影响。从预测的结果来看，前倾滑片的受力状况比后倾滑片好，滑片沿转子径向安装时的受力情况*好。

　　滑片倾角为25#时，压缩机输入功率*小（233kW）。

　　预测到的COP从138（-30#）增加到165（+5#），再由165减小到155（+30#），变化幅度为0#滑片倾角时COP的12%，*大值出现在滑片倾角为+5#时。COP的变化与摩擦功率的变化紧密相连，这是因为制冷量与指示功率受滑片倾角的影响很小，可以忽略的缘故。总的来说，压缩机滑片前倾时的性能优于后倾。

　　18流体机械2000年第28卷第10期经过以上分析比较，从提高性能系数COP的角度来看滑片倾角的*佳值应为+5#.

        滑片数对压缩机性能的影响

　　在模拟计算时只改变滑片数，其它结构尺寸和工作条件保持不变。

　　摩擦功率随滑片数的增加而以比较快的速度增加，因此从降低压缩机功耗的角度考虑宜采用较少滑片，但是随着滑片数的减少，相邻基元间的压力差增大，致使压缩机的内泄漏量增加。滑片从4片进一步减少从结构上讲是完全可以做得到的，但是这样带来的效益却被内泄漏的增加所抵消，当滑片数小于4时，内泄漏量随滑片数的减少而急剧增加。

　　滑片数从9片减少到5片，COP大约增加20%，这是因为减少滑片数可使摩擦损失降低，所以减少滑片可以带来明显的效益。但是滑片数小于4时，再进一步减少滑片所带来的效益却被快速增加的内泄漏所抵消。滑片数从4减少到2，COP大约减少12%.在各种滑片倾角下，COP随滑片数的减少都有上述类似的变化趋势。因此从提高性能系数COP的角度来看，滑片数的适宜取值为4~6. 4滑片相对长度对压缩机性能的影响

　　滑片相对长度为滑片轴向长度与转子半径之比，下面用模拟模型来预测滑片相对长度对压缩机性能的影响。图4是压缩机其它结构尺寸和工作条件保持不变，只改变滑片相对长度时的模拟计算结果。

　　增加滑片相对长度对降低压缩机内泄漏量及摩擦功率有利。因为在其它参数不变时增加滑片相对长度可使气缸横截面尺寸减小，滑片压缩机的内泄漏主要发生在滑片端面间隙，截面尺寸的减小即意味着端面间隙长度的缩小，使内泄漏有所降低；另一方面，截面尺寸的减小也降低了滑片端部的滑动速度，减小了压缩机摩擦功率损失。

　　COP随滑片相对长度的增大而增加，但增加的速度逐步降低，当滑片相对长度大于20以后COP的增长速度很小，而另一方面随着滑片相对长度的增加，使滑片的弯曲变形量增大，致使压缩机的性能变坏。综合以上分析比较认为：滑片相对长度的适宜取值范围为15~20.

        结论

　　（1）滑片倾角对压缩机制冷量几乎没有影响，对指示功率的影响不大，而对摩擦功率影响较大；同样倾角时，前倾的摩擦功率小于后倾。

　　性能系数的*大值出现在滑片倾角为+5#时，因此，从提高性能系数的角度来看滑片倾角的*佳值应为+5#.（2）压缩机的摩擦功率随滑片数的增加而急剧增大，因此从降低功耗的角度考虑宜采用较少滑片，但是随着滑片数的减少，相邻基元间的压力差增大，导致内泄漏量增加，因此从提高性能系数的角度考虑，滑片数的适宜取值为4~6.

       （3）增加滑片相对长度可以降低压缩机内泄漏量及摩擦功率，压缩机COP亦随滑片相对长度的增大而增加，但增加的速度逐渐降低。另外随着滑片相对长度增加，滑片的弯曲变形量也增大，从而恶化了压缩机性能，因此滑片相对长度的适宜取值范围为15~20.