Study on Helical Blade Compressor
Gao Xiufeng
The essential geometrical theory of the helical blade compressor is analyzed in detail,in consequence,the range,the choosing principle and the restricting correlation of the basic parameters as well as the volume of the compression chambers,the length of the leakage line related to the rotation angle are presented.An aborative investigation results in a kind of perfect profile based on the exponential function being put forward.The analytical design method and an instant employing this method are given.The constructional scheme for the whole and the part is propunded.Furthermore,the assembly chart of the 5HP refrigeration compressor is published.In addition,several key-problems that influence the practicality of the machine are studied as well.
Keywords:helical blade compressor,geometrical theory,profile,construction design
1 引言
在1992年和1996年的普渡會議上，日本東芝公司提出了一種新型壓縮機——螺旋葉片壓縮機，簡要闡述了其工作原理和工作特性［1］，並發表了工作過程壓力變化的實測結果［2］，文獻［3］將文獻［1］譯成中文介紹到國內。這種新型壓縮機具有優良的熱力、動力和機械性能，尤其適用於製冷空調，東芝公司的實測結果表明，其各項性能指標均優於滾動轉子壓縮機。此外未見其它有關這方面研究的文獻，本文針對這種壓縮機的幾何理論、型線確定及結構設計等進行了一定的探討，為研究工作的進一步深化奠定了基礎。
2 基本幾何理論
2.1 基本幾何參數分析
螺旋葉片壓縮機的基本幾何參數，各符號的意義為：R為氣缸內半徑(即螺旋葉片外半徑)，mm；r為轉子活塞外半徑，mm；Ri為螺旋葉片內半徑，mm；ri為轉子螺旋槽底半徑，mm；M為螺旋葉片圈數；e為轉子與氣缸的偏心距，mm；t為螺旋葉片厚度，mm；δ為螺旋葉片與轉子槽的最小搭邊寬度，mm；為從吸氣側起始端算起的螺旋角，rad；e為螺線末端的螺旋角，rad；z為螺線上螺旋角為的點相對於吸氣側起始端零平面的距離，mm；H為螺線上螺旋角為?的點對應的螺距，mm；ht為螺旋葉片外表面上螺旋角為?的點對應的葉片軸向厚度，mm。
螺旋葉片壓縮機基本參數
從圖上可看出：
ri=Ri-e (3)
Ri=R-2e-δ (4)
葉片厚度t由強度、剛度及選材、加工等因素決定，一般可取t=5mm左右。δ的作用是密封和止推，其值影響氣缸外徑，故在滿足使用要求的前提下應盡量取小，一般可取δ=1.5～2mm。令ε=e/R為相對偏心量，則ri≥0時ε≤(1-δ/R)/3，可見理論上ε最大隻能達到1/3。考慮到轉子剛度、葉片加工、軸承安裝等問題，其實際值大致可取在0.15～0.25範圍內。要形成完整的封閉吸氣腔，則要求螺旋葉片的圈數M不小於2，要保證吸、排氣腔不直接相鄰，則要求M不小於3。實際設計中，M=4～5圈。吸氣閉合至排氣開始的內壓縮過程持續轉角為：
θ*=2π(M-2) (5)
2.2 工作腔容積計算
本文將θ=0～θ*作為一個完整過程來分析工作腔容積的計算式。假設螺旋葉片的厚度為零，則轉角為θ時，由葉片、轉子和氣缸所圍成的封閉容積的形狀和位置如圖2所
