旋压空压机线型预设规则和他从优预设决策

　　1准则数的提出

　　涡旋压缩机型线形状复杂，描述它需要三个独立的参数。习惯上为了表示形象直观，检测方便，一般选取型线高度h，节距p和厚度t为独立参数。考虑到节距p实际上已经包含有壁厚t，为了使每个参数代表的意义更加单一，我们用槽宽B来代替节距p，*后选择h，B，t为独立参数。

　　由于每台压缩机都是与一定的行程容积相关联的，为了寻求一个与行程容积有关的统一的参照量，在这里引入涡旋压缩机的等效缸径的概念。

　　定义：涡旋压缩机的等效缸径D v为以涡旋压缩机的行程容积Vh为容积，以涡旋压缩机的型线高度h为行程的往复式压缩机的缸径。

　　这样可以定义三个准则数：

　　（1）齿高准则数h = h D v

　　（2）槽宽准则数

　　B = B D v = p-t D v

　　（3）齿厚准则数

　　t = t D v

　　2准则数与型线结构参数的关系

　　在已知涡旋压缩机的行程容积V h和三个准则数h、B、t的条件下，可以确定型线所有的结构参数（推导过程见文献）。

　　（1）等效缸径D v = 3 4V h 14

　　（2）型线高度h= 3 4V h 2 h（3）型线厚度t= t 3 4V h（4）型线槽宽B= B 3 4V h（5）压缩腔对数N= 1 8（2 B - 2 t）+ 1 2（6）型线节距p=（B + t）D v（7）回转半径r= B - t 2 D v（8）基圆半径a= B + t 2 D v（9）渐开线起始角= t B + t在齿厚准则数分别为004、005、006时压缩腔对数随槽宽准则数的变化关系。可以看到槽宽准则数对压缩腔对数起决定性的作用，随槽宽准则数的增大，压缩腔对数在减少；齿厚准则数对压缩腔对数影响较小，随齿厚准则数的增大，压缩腔对数稍有增加。

　　3准则数对压缩机动力性能的影响

　　在涡旋压缩机运动部件中，我们比较关心的是动涡盘和曲柄轴的受力情况。其中作用在动涡盘上的力主要包括：轴向气体力、切向气体力和动涡盘的旋转惯性力；作用在曲柄轴上的力主要是曲柄轴承、主轴承和副轴承对曲柄轴的作用力。

　　关于涡旋压缩机的动力学模型参见文献。

　　31齿高准则

　　在（a）中，随着齿高准则数的增加，型线高度增大、型线质量增加，由于行程容积为定值，则型线的*大半径就减小、动涡盘外径减小，动盘底板质量减小。由于动盘外径较大且型线质量增加与型线高度增加量成线性关系，而动盘底板质量减小与动涡盘外径减小量成二次方关系，所以动涡盘的旋转惯性力减小。

　　准则数对涡旋压缩机动力性能的影响F a轴向气体力；F p曲柄轴承力；F t切向气体力；F m主轴承力；F c旋转惯性力；F s副轴承力同样，随着齿高准则数的增加，由上述的公式可知型线的槽宽和壁厚均减小，使得高压气体作用面积减小，因而轴向气体力也减小。

　　随着齿高准则数的增加，对于切向气体力，由于型线的高度与h 2/3成正比，而槽宽和壁厚均与h1/3成正比，使得气体作用面积增大，所以切向气体力随着齿高准则数的增加而稍有增加。

　　在（b）中，齿高准则数从03增加到06，曲柄轴承力约减小25%，而主轴承力约增加17%，副轴承力基本保持不变。

　　32槽宽准则

　　在（c）中，随着槽宽准则数的增加，槽宽在增大、压缩腔对数在减小，使得动涡盘外径变化很小，因而动盘旋转惯性力基本不变。

　　当槽宽准则数从021增加到023时，压缩腔对数约从35减小到30，型线的长度减小较快。虽然槽宽增大了，但是轴向气体作用面积还是在减小，因而轴向气体力在减小；当槽宽准则数从023增加到025时，槽宽在增大，压缩腔对数约从30减小到25，型线长度的减小相对较慢，轴向气体作用面积变化不大，因而轴向气体力基本不变。

　　随着槽宽准则数的增大，切向气体作用面积在线性增加，所以切向气体力也线性增加并且斜率很大，当槽宽准则数从021增加到025时，切向气体力增加约115%.

　　在（d）中，齿高准则数从021增加到025，曲柄轴承力约增加27%，主轴承力约增加102%，副轴承力约增加80%.

　　33齿厚准则

　　在（e）中，随着齿厚准则数的增加，型线厚度在增大、压缩腔对数稍有增加，使得动涡盘外径增大、型线质量增大、轴向气体作用面积大大增加而切向气体作用面积增长不大，因而动盘旋转惯性力和轴向气体力增长很快而切向气体力增长较慢。

　　在（f）中，齿厚准则数从003增加到007，曲柄轴承力约增加23%，主轴承力约增加42%，副轴承力约增加40%.

　　综上所述可见：轴向气体力和动盘旋转惯性力随准则数的变化趋势相近。它们随着齿高准则数的增大而迅速减小、随着齿厚准则数的增大而迅速增大，受槽宽准则数的影响较小。

　　切向气体力随准则数的增加而线性增加。其中受槽宽准则数的影响*大，齿高准则数次之，齿厚准则数影响*小。

　　齿高准则数对轴承力的影响主要是通过改变动盘旋转惯性力和切向气体力以及它们的作用力臂的大小来实现的。当齿高准则数太大时，作用在动盘上的倾覆力矩太大，动盘会发生失稳现象并且主轴承受力太大，摩擦功耗大；当齿高准则数太小时，压缩机体积太大。所以齿高准则数一般应在042052范围内选择。

　　槽宽准则数对轴承力的影响*大，考虑到一般压缩机的压力比较高，必须要有足够的压缩腔对数，且槽宽准则数太大时，轴承力太大，摩擦功耗很大；槽宽准则数太小则压缩腔对数太大，导致压缩机体积太大。所以槽宽准则数一般应在021024范围内选择。

　　齿厚准则数对轴承力的影响较大，随着齿厚准则数的增加，各力均增大。在保证型线强度的范围内，齿厚准则数尽可能取小值，一般应在004006范围内选择。

　　4准则数的优选策略在工程设计中，一般均给定或通过简单计算可得工质的吸、排气压力和行程容积。如果没有特殊要求，转速为同步转速。这样在不同的设计条件下准则数在给定的范围内选取也应有所差别。一般来说，三个准则数对压力比的敏感程度依次为：B、h、t；对排气量的敏感程度依次为：h、B、t。随着压力比的增大，B应减小，h也减小，t应适当增大；随着排气量的增大，h应增大，B也增大，t应适当减小。在具体选择中，h的选择主要由排气量决定，B的选择主要由压力比决定，t的选择是在保证型线的强度条件下尽量取小值。准则数随压力比和排气量变化的优选策略。

　　5结论

　　（1）提出了涡旋压缩机等效缸径的概念并利用等效缸径把型线的高度、槽宽和厚度化为三个独立的型线设计的准则数，给出了准则数与结构参数的数学关系。

　　（2）详细分析了准则数对压缩机动力性能的影响，提出了准则数的优选范围为：042h 052、021B023、004t006.

　　（3）分析了压力比和排气量对准则数的影响，给出了在不同设计条件下准则数的优选策略。