自散热无油润滑空气涡旋压缩机的研究*彭斌M麦嘉伟谢小正

　　1――静涡旋盘；2――动涡旋盘；3――支架；4――防自转机构；5――曲轴；6――皮带轮和平衡机构；7――主要平衡机构；8――托架；9――风轮；10――风道国家自然科学基金资助项目（51275226），浙江省自然科学基金资助项目（LY12E05010），甘肃省青年基金资助项彭斌，男，976年9月生，教授。甘肃省兰州市，30050.涡旋压缩机是一种新型的容积式流体机械，具有效率高、体积小、噪音低、结构简单及运转平稳等特点，被广泛应用于动力工程、空调制冷及交通运输等领域。散热是影响空气压缩机性能的主要因素之。如果散热充分，压缩过程就接近等温过程，压缩机功耗较小；反之，压缩过程就接近绝热过程，功耗较大。此外，空气涡旋压缩机转速不同，内部传热情况也不一样，转速越高，压缩机对外散热效果越差。而通过风轮对压缩机动、静盘进行冷却，可明显改善其散热效果。

　　近年来，人们对无油涡旋压缩机的研究越来越多。ZhaoYY等把他们设计的新型无油涡旋压缩机作为气泵，对它进行了测试，结果表明，该压缩机性能满足工作需求H；此外，ZhaoYY等构建的无油密封涡旋压缩机模型的模拟结果和测试结果平均偏差小于10H.无油润滑涡旋压缩机的工作原理和普通涡旋压缩机基本相同，不同的是无油润滑涡旋压缩机的动、静盘所构成的压缩腔内没有润滑油。笔者针对无油润滑空气涡旋压缩机的散热问题，对它进行了结构上的改造与建模，避免压缩机因温度过高，对其工作性能和使用寿命造成影响5. 1无油涡旋压缩机结构无油润滑空气涡旋压缩机结构如所示。

　　2.3排气量的计算涡旋压缩机的排气量Q为该压缩机的动、静涡旋盘偏心定距离且相对旋转180°对插在一起，形成一个多点啮合、多组月牙形封闭的工作腔H，静涡旋盘固定在支架上，主轴带动动涡旋盘做围绕固定中心公转的平动，动、静涡旋盘接触点跟随型线移动，压缩机工作过程中，风轮将产生风能并带走动、静涡旋盘的热量，降低两盘温度，实现无油润滑自散热。

　　2数学模型为了使建立的无油润滑空气涡旋压缩机的数学模型简单易求解，以突出主要影响因素、淡化微小影响因素为原则，提出以下基本假设：在任何瞬时，各工作压缩腔内的介质是均匀的，即任意两点的状态参数相同；忽略各工作腔内介质的动能和位能，认为各工作腔内气体的总能量为内能或焓；主轴转速恒定。

　　2.1吸气换热模型气体经过连接管道进入吸气腔，由于管道和气体之间有温度差，因此两者发生热量交换。吸气过程按照管内对流换热计算，采用Dittus-Boelter方程，则换热系数h.为：排出吸气管道温度，即气体进入吸气腔的温度Ts为：Lp―吸气管道长度；m进入吸气管道的气体质量；Pr――普朗特数；Re―雷诺数；Tp―吸气管道温度；Ts，。―气体进入吸气管温度。

　　2.2涡旋盘传热模型介质在压缩过程中会产生大量的热量，工作腔内介质会通过壁面与外界发生热量传递，其换热系数h.为：其中，当量半径ra胃定义为：稳态条件下肋片向冷却风传递的热量与肋基截面上导入的热量相等。

　　由傅里叶定律可知：肋片的实际散热量为08 -传热面积；-矩形管的当量直径；-渐开线基圆半径；中间温度；-第k工作腔在6.时的温度；-体积；-导热系数；-工作腔两端的渐开角；-传热效率。

　　-压缩机齿高；-压缩机转速；-圈数；一节距；一齿厚；―吸气容积；―吸气角；容积效率。

　　2.4气体力和电动机功率计算涡旋盘受到的切向气体力F，径向气体力和轴向气体力Fa分别为：样机性能测试系统示意图曲轴转角/md曲柄转角/rad由于王轴受到的力与涡旋盘受到的切向力相等，可求出轴功率P2：则电动机输出功率P为：N―压缩腔数量；Ps吸气压力；r―回转半径；0――曲轴转角；0―排气角；Pi――压缩比；nm电机效率。

　　3实验测试与结果分析根据热力学基本定律，涡旋压缩机中排气温度Td为：Ts――吸气温度；在没有风轮散热的情况下，当吸气温度为20°C时，排气温度能达到187°C，过高的排气温度易造成容积效率下降、电功率升高等不利影响