中国机械工程第
21
卷第
16
期
2010
年
8
月下半月
基于泛函的制冷涡旋压缩机变
壁厚涡旋型线理论及形状优化
王立存
1
,
2
,
3
陈
进
2
张贤明
1
陈国强
1
1.重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心,重庆,
400067
2.
重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆,
400030
3.
西安交通大学流体机械及压缩机国家工程研究中心,西安,
710049
摘要:针对涡旋型线形状在整机设计中的重要性,提出了基于泛函理论的变壁厚涡旋型线设计理论
及其优化设计方法,分析了涡旋体壁厚、动涡旋盘的最大外径、涡旋压缩机的轴向间隙、涡旋型线节距、
涡旋体高度、公转半径等约束限制范围,建立了变壁厚涡旋型线优化数学模型,给出了变壁厚通用涡旋
型线形状优化实例,通过与传统涡旋型线相比,得出了能满足性能较优要求、形状性态良好的涡旋型线。
关键词:涡旋压缩机;涡旋型线;变壁厚型线;形状优化;建模仿真
中固分类号
:TH45
文章编号
:1004--132X(2010)16--1898--04
Study on Geometry Theory
of
Variable
Wall Thickness Scroll Profiles
and
Shape
Optimization
Based on
Functional
Theory
Wang
Li
cun
I.
2.3
Chen
Jin
2
Zhang
Xianming
1
Chen
Guoqiang
1
1.
Engineering
Research
Center
for
Waste
Oil
Recovery
Technology
and
Equipment
of
Ministry
of
Education
,
Chongqing
Technology
and
Business
U
niversity.
Chongqing
, 400067
2.
State
Key
Lab
of
Mechanical
Transmission
,
Chongqing
U
niversity.
Chongqing
, 400030
3.
National
Engineering
Reseach
Center
of
Fluid
Machinery
and
Compressor.
Xi'
an
Jiaotong
University
,
Xi'
an.
710049
Abstract:
Aiming
at
significance of
the
shape
of scroll profiles in
the
machine
design
,
the
theory
of
variable
wall
thickness
scroll profiles
and
its
shape
optimization
methodology
based
on
functional
theory
was
presented.
The
restriction
conditions
for
the
optimization
mathematic
model
were
analyzed,
including
the
wall
thickness
of
scroll
compressor.
the
maximal
diameter
of
the
moving
scroll
disc.
the
axial
distance
,
the
pitch
of
scroll
profiles.
the
height
of
scroll disc
and
the
revolution
radius. A
optimization
mathematic
model
of
variable
wall
thickness
scroll
profiles
was
built.
And
the
shape
optimization
example
of
variable
wall
thickness
scroll profiles
was
given.
The
excellent
performance
and
favorable
shape
characteristics
for scroll
profiles
are
obtained.
Key words: scroll
compressor;
scroll
profile;
variation
thickness
scroll;
optimized
design;
modeling
simulation
O
引言
涡旋原理由法国工程师
Creux
于
1905
年提
出
[IJ
,
20
世纪
70
年代末数控加工技术的发展使
涡旋型线的加工成为可能
[2-5J
。相对于其他类型
的压缩机,涡旋压缩机具有结构紧凑、高效节能、
微振低噪、可靠性高等诸多优点
[3]
,在制冷和空调
等领域被广泛应用。
涡旋压缩机是以型腔容积变化为工作原理的
机械,静涡旋盘和动涡旋盘相位差为
180
0
•
相位
偏置不发生自转,一个绕另一个作圆周平动的涡
旋盘相扣组装在一起,形成一系列的接触点和月
收稿日期:
2010-04-08
基金项目
z
国家自然科学基金资助项目
(50805149);
中国博士后
科学基垒资助项目
(20090450166);
机械传动国家重点实验室
2011
年度开发基金资助项目;重庆市科技攻关重点项目
(2009AB3234)
;重庆市教委科技资助项目
(KJZH08212)
• 1898 •
牙形型腔。制怜剂从涡旋盘的外缘被吸入型腔,
随着运动的进行,啃合点的发生从外向内,压缩腔
的体积逐渐变小,制冷剂被逐步压缩
[6
叫,最后,
制冷剂从静旋盘中心附近的排气口排出,完成一
个工作循环。
由于传统涡旋型线受到单一涡旋型线固有特
性的限制,故其压缩效率、体积利用系数和应用范
围也受到一定约束,同时,涡旋型线的形状对整机
结构尺寸、性能参数有着显著的影响,因此在整机
设计中显得尤为重要。本文提供了一种基于泛函
理论的变壁厚涡旋型线形状优化设计方法,采用
多日标优化设计方法,以期获得具有最优性能的
新型涡旋型线。
1
基于泛函的变壁厚涡旋型线
根据
Taylor
级数思想,任意函数曲线的数