专利名称：一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法
技术领域：
本发明涉及热泵用涡旋压缩机的最优补气孔区域的确定方法。
背景技术：
现在技术中，普通的定速空气源热泵的使用具有非常大的局限性，热泵的出力直接决定于环境温度。以制热为例，当环境温度较高时，建筑物的耗热量是比较低的，而此时定速空气源热泵的出力却处在一个较高的水平。当环境温度下降，此时建筑物的需热量是上升的，而空气源热泵的出力却随着环境温度的降低迅速下降，这样定速空气源热泵无法在较大范围满足建筑物的负荷要求。
随着涡旋压缩机的出现，80年代初日立公司研制出利用闪发器进行中间补气的涡旋压缩机注气系统改善空气源热泵的低温工况下的制热量，采取这一措施，在温度较低的工况下可以提高制热量约15％左右。
90年代随着对寒冷地区冬季采暖的需求，这种热泵系统的优点又开始得到关注。于2001年3月14日，申请人——清华同方股份有限公司和清华大学申请了申请号为01109633.0，名称为“一种适用于寒冷地区的热泵空调机组”的中国专利。该项专利技术是利用经济器进行中间补气的涡旋压缩机形成辅助补气回路来解决适于在温度较低的寒冷地区使用的热泵空调机组。2001年11月1日，申请人马国远申请了申请号为01270019.3，名称为“一种带辅路气体交换的涡旋压缩机”的中国专利。该项专利技术虽然揭示了一些关于涡旋压缩机的定盘上如何实现辅助进气孔的基本准则，但是并没有指出辅助进气孔的具体位置对系统性能的影响，没有指出最优的辅助进气孔的区域。
由于不同的涡旋压缩机的型线有非常大的差异，同时传统的系统模拟方法过于粗糙，难以揭示涡旋压缩机工作过程的本质特征，因而长期以来关于最优的涡旋压缩机辅助进气口的位置，理论和试验测试结果无法统一。
发明内容
针对上述现有技术的状况，本发明的目的是提供一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法。此方法步骤定义严谨，实现了带补气回路的涡旋压缩机在开设补气孔位置的理论和实际使用结果的统一。用此方法确定的补气孔位置，使得涡旋压缩机应用于热泵时可以最大限度保证系统的制热性能最优。
为达到上述的发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，其特点是它包括如下步骤对于动涡旋盘和定涡旋盘端部为平面结构、依靠动定盘端部之间的油膜进行密封的涡旋压缩机。
1)在涡旋压缩机的定涡旋盘上的涡旋型线的靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得出定涡旋盘上的A点；2)过定涡旋盘的圆心O点与A点做一条直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得出B点；3)将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’，直线A’B’交定涡旋盘上的型线于A’点和B’点；4)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和动涡旋盘的型线相交得出C点、D点。5)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和动涡旋盘的型线相交得出C’点、D’点。6)两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。
对于动涡旋盘和定涡旋盘端部有密封圈、依靠密封圈进行密封的涡旋压缩机。
1)在涡旋压缩机的定涡旋盘上的涡旋型线的靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得出定涡旋盘上的A点；2)过定涡旋盘的圆心O点与A点做一条直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得出B点；3)将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’，直线A’B’交定涡旋盘上的型线于A’点和B’点；4)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和密封圈的型线相交得出C点、D点。5)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和密封圈的型线相交得出C’点、D’点。6)两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。
按照上述的技术方案，所述的补气孔形状可以是圆形、椭圆形、月牙形或者是其它任何形状。
按照上述的技术方案，所述的补气孔在任何情况下均处于涡旋压缩机的一个工作腔内。
值得说明的是，为了表述问题方便，本发明从涡旋盘俯视图的角度进行详细的分析，这时涡旋压缩机的涡旋盘的侧面将退化为一些曲线，这些曲线在工程中称为型线，对于依靠密封圈进行密封的涡旋压缩机的密封圈的边界在涡旋盘俯视图上退化成的两组曲线也称为型线。
由于带辅助补气孔的压缩机的主要作用在于提升系统的制热性能，因而本发明更加注重系统的制热性能。对于准二级压缩热泵系统而言，涡旋压缩机准二级压缩制冷系统一方面增加了流过冷凝器的制冷剂流量，一方面使得主回路的进入蒸发器的制冷剂过冷度增加，因而准二级压缩热泵系统制热模式下的制热量要比单级压缩热泵系统高。但是由于涡旋压缩机是一种固定容积比的压缩机，容积比的大小根据制冷制热综合确定，一般这一数值在2.5-3.0左右。当这种系统在制热工况下运行，尤其是低温制热工况下运行时，涡旋压缩机不可避免地要经历等容膨胀的过程，尽管经济器的投运可以适当减小等容膨胀在整个压缩过程中的比例发生变化，但是在低温制热的过程中，及时补气量达到最大系统仍然存在一部分等容膨胀过程，因而对于准二级压缩热泵系统而言，补气位置越靠前，越可以减小等容膨胀在整个压缩过程中的比例，系统的制热出力以及效率均可以更加增加。同现有技术相比，本发明首次公开了关于涡旋压缩机补气孔位置的最佳区域的确定方法，为进一步统一带补气回路的涡旋压缩机的使用标准，提高热泵系统的制热性能，提供了可靠的依据与保障。
图1为按本发明在定涡旋盘上确定的补气孔位置区域图；图2为图1的I处局部放大示意图；图3为图1的II处局部放大示意图；图4为按本发明在定涡旋盘上确定的补气孔位置图；图5为非按本发明在定涡旋盘上所确定的一个补气孔位置图；图6为非按本发明在定涡旋盘上所确定的另一个补气孔位置图；图7为按本发明确定的补气孔位置的涡旋压缩机与其它涡旋压缩机的制热量与环境温度函数关系比较图；图8为按本发明确定的补气孔位置的涡旋压缩机与其它涡旋压缩机的COP与环境温度函数关系比较图；图9为按本发明确定的补气孔位置的涡旋压缩机与其它涡旋压缩机的压缩机耗功与环境温度函数关系比较图；图10按本发明确定的补气孔位置的涡旋压缩机与其它涡旋压缩机的排气温度与环境温度函数关系比较图。
下面结合附图以及各附图的对比形式对本发明做进一步的描叙。
具体实施例方式
参看图1，一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，主要包括如下步骤1)在涡旋压缩机的定涡旋盘上的涡旋型线的靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得出定涡旋盘上的A点；2)过定涡旋盘的圆心O点与A点做一条直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得出B点；3)将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’，直线A’B’交定涡旋盘上的型线于A’点和B’点；4)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和动涡旋盘的型线或者是密封圈的型线相交得出C点、D点。5)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和动涡旋盘的型线或者是密封圈的型线相交得出C’点、D’点。6)两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。
最后在AA’C’CA和BB’D’DB围成的区域内打孔，补气孔在任何情况下均处于涡旋压缩机的一个工作腔内，如图4示。另外，按照图5、图6所示选取不同的补气孔位置打孔，而且补气孔的形状均采用完全相同的圆形孔，当然也可采用其它任何形状的补气孔。选用上述三种不同打孔位置的带补气孔的涡旋压缩机和未开补气孔的涡旋压缩机进行制热性能测试。测试中在辅助回路中使用的节流元件为热力膨胀阀。为了便于分析与叙述，设利用本发明方法确定补气孔位置的涡旋压缩机为#1改进机组。图5开补气孔位置的涡旋压缩机为#2改进机组。图6示开补气孔位置的涡旋压缩机为#3改进机组。未开补气孔的涡旋压缩机为原型机组。
图7～图10是由性能测试得出的各机组制热性能对比图。从各图的对比结果可以看出，随着开孔位置的后移，涡旋压缩机准二级压缩热泵系统的压缩机耗功、系统能效以及制热量均有所下降。再由分析可以看出，低温工况下准二级系统的性能随着补气量的增加有所改善，因而对于以改进热泵低温制热特性为目的的准二级压缩空气源热泵系统，最优的辅助回路补气孔位置应该位于吸气过程结束是第二工作腔的起始段，此时既可以充分保障系统的低温工况下的补气量，又不会发生抑制蒸发器来制冷剂的现象。通过这个方法可以最大限度保证系统低温制热工况的制热量以及系统效率均为最优。
权利要求
1.一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，其特征在于，包括如下步骤1)在涡旋压缩机的定涡旋盘上的涡旋型线的靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得出定涡旋盘上的A点；2)过定涡旋盘的圆心0点与A点做一条直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得出B点；3)将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’，直线A’B’交定涡旋盘上的型线于A’点和B’点；4)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和动涡旋盘的型线或者是密封圈的型线相交得出C点、D点。5)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和动涡旋盘的型线或者是密封圈的型线相交得出C’点、D’点。6)两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。
2.按照权利要求1所述的带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，其特征在于，所述的补气孔形状可以是圆形、椭圆形、月牙形或者是其它任何形状。
3.按照权利要求1或2所述的带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，其特征在于，所述的补气孔在任何情况下均处于涡旋压缩机的一个工作腔内。
全文摘要
一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，属于空调压缩机技术。包括如下步骤在涡旋压缩机定涡旋盘上的涡旋型线靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得A点；过圆心O点与A点做直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得B点；将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’、A’点和B’点；当动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和动涡旋盘的型线相交得出C点、D点；当动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和动涡旋盘的型线相交得出C’点、D’点；两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。本发明实现了涡旋压缩机在开设补气孔位置的理论和实际使用结果的统一。
文档编号F04C18/02GK1607330SQ200310100419
公开日2005年4月20日 申请日期2003年10月16日 优先权日2003年10月16日
发明者柴沁虎, 马国远, 江亿 申请人:清华同方股份有限公司, 清华大学
技术领域：
本发明涉及热泵用涡旋压缩机的最优补气孔区域的确定方法。
背景技术：
现在技术中，普通的定速空气源热泵的使用具有非常大的局限性，热泵的出力直接决定于环境温度。以制热为例，当环境温度较高时，建筑物的耗热量是比较低的，而此时定速空气源热泵的出力却处在一个较高的水平。当环境温度下降，此时建筑物的需热量是上升的，而空气源热泵的出力却随着环境温度的降低迅速下降，这样定速空气源热泵无法在较大范围满足建筑物的负荷要求。
随着涡旋压缩机的出现，80年代初日立公司研制出利用闪发器进行中间补气的涡旋压缩机注气系统改善空气源热泵的低温工况下的制热量，采取这一措施，在温度较低的工况下可以提高制热量约15％左右。
90年代随着对寒冷地区冬季采暖的需求，这种热泵系统的优点又开始得到关注。于2001年3月14日，申请人——清华同方股份有限公司和清华大学申请了申请号为01109633.0，名称为“一种适用于寒冷地区的热泵空调机组”的中国专利。该项专利技术是利用经济器进行中间补气的涡旋压缩机形成辅助补气回路来解决适于在温度较低的寒冷地区使用的热泵空调机组。2001年11月1日，申请人马国远申请了申请号为01270019.3，名称为“一种带辅路气体交换的涡旋压缩机”的中国专利。该项专利技术虽然揭示了一些关于涡旋压缩机的定盘上如何实现辅助进气孔的基本准则，但是并没有指出辅助进气孔的具体位置对系统性能的影响，没有指出最优的辅助进气孔的区域。
由于不同的涡旋压缩机的型线有非常大的差异，同时传统的系统模拟方法过于粗糙，难以揭示涡旋压缩机工作过程的本质特征，因而长期以来关于最优的涡旋压缩机辅助进气口的位置，理论和试验测试结果无法统一。
发明内容
针对上述现有技术的状况，本发明的目的是提供一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法。此方法步骤定义严谨，实现了带补气回路的涡旋压缩机在开设补气孔位置的理论和实际使用结果的统一。用此方法确定的补气孔位置，使得涡旋压缩机应用于热泵时可以最大限度保证系统的制热性能最优。
为达到上述的发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，其特点是它包括如下步骤对于动涡旋盘和定涡旋盘端部为平面结构、依靠动定盘端部之间的油膜进行密封的涡旋压缩机。
1)在涡旋压缩机的定涡旋盘上的涡旋型线的靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得出定涡旋盘上的A点；2)过定涡旋盘的圆心O点与A点做一条直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得出B点；3)将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’，直线A’B’交定涡旋盘上的型线于A’点和B’点；4)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和动涡旋盘的型线相交得出C点、D点。5)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和动涡旋盘的型线相交得出C’点、D’点。6)两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。
对于动涡旋盘和定涡旋盘端部有密封圈、依靠密封圈进行密封的涡旋压缩机。
1)在涡旋压缩机的定涡旋盘上的涡旋型线的靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得出定涡旋盘上的A点；2)过定涡旋盘的圆心O点与A点做一条直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得出B点；3)将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’，直线A’B’交定涡旋盘上的型线于A’点和B’点；4)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和密封圈的型线相交得出C点、D点。5)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和密封圈的型线相交得出C’点、D’点。6)两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。
按照上述的技术方案，所述的补气孔形状可以是圆形、椭圆形、月牙形或者是其它任何形状。
按照上述的技术方案，所述的补气孔在任何情况下均处于涡旋压缩机的一个工作腔内。
值得说明的是，为了表述问题方便，本发明从涡旋盘俯视图的角度进行详细的分析，这时涡旋压缩机的涡旋盘的侧面将退化为一些曲线，这些曲线在工程中称为型线，对于依靠密封圈进行密封的涡旋压缩机的密封圈的边界在涡旋盘俯视图上退化成的两组曲线也称为型线。
由于带辅助补气孔的压缩机的主要作用在于提升系统的制热性能，因而本发明更加注重系统的制热性能。对于准二级压缩热泵系统而言，涡旋压缩机准二级压缩制冷系统一方面增加了流过冷凝器的制冷剂流量，一方面使得主回路的进入蒸发器的制冷剂过冷度增加，因而准二级压缩热泵系统制热模式下的制热量要比单级压缩热泵系统高。但是由于涡旋压缩机是一种固定容积比的压缩机，容积比的大小根据制冷制热综合确定，一般这一数值在2.5-3.0左右。当这种系统在制热工况下运行，尤其是低温制热工况下运行时，涡旋压缩机不可避免地要经历等容膨胀的过程，尽管经济器的投运可以适当减小等容膨胀在整个压缩过程中的比例发生变化，但是在低温制热的过程中，及时补气量达到最大系统仍然存在一部分等容膨胀过程，因而对于准二级压缩热泵系统而言，补气位置越靠前，越可以减小等容膨胀在整个压缩过程中的比例，系统的制热出力以及效率均可以更加增加。同现有技术相比，本发明首次公开了关于涡旋压缩机补气孔位置的最佳区域的确定方法，为进一步统一带补气回路的涡旋压缩机的使用标准，提高热泵系统的制热性能，提供了可靠的依据与保障。
图1为按本发明在定涡旋盘上确定的补气孔位置区域图；图2为图1的I处局部放大示意图；图3为图1的II处局部放大示意图；图4为按本发明在定涡旋盘上确定的补气孔位置图；图5为非按本发明在定涡旋盘上所确定的一个补气孔位置图；图6为非按本发明在定涡旋盘上所确定的另一个补气孔位置图；图7为按本发明确定的补气孔位置的涡旋压缩机与其它涡旋压缩机的制热量与环境温度函数关系比较图；图8为按本发明确定的补气孔位置的涡旋压缩机与其它涡旋压缩机的COP与环境温度函数关系比较图；图9为按本发明确定的补气孔位置的涡旋压缩机与其它涡旋压缩机的压缩机耗功与环境温度函数关系比较图；图10按本发明确定的补气孔位置的涡旋压缩机与其它涡旋压缩机的排气温度与环境温度函数关系比较图。
下面结合附图以及各附图的对比形式对本发明做进一步的描叙。
具体实施例方式
参看图1，一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，主要包括如下步骤1)在涡旋压缩机的定涡旋盘上的涡旋型线的靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得出定涡旋盘上的A点；2)过定涡旋盘的圆心O点与A点做一条直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得出B点；3)将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’，直线A’B’交定涡旋盘上的型线于A’点和B’点；4)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和动涡旋盘的型线或者是密封圈的型线相交得出C点、D点。5)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和动涡旋盘的型线或者是密封圈的型线相交得出C’点、D’点。6)两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。
最后在AA’C’CA和BB’D’DB围成的区域内打孔，补气孔在任何情况下均处于涡旋压缩机的一个工作腔内，如图4示。另外，按照图5、图6所示选取不同的补气孔位置打孔，而且补气孔的形状均采用完全相同的圆形孔，当然也可采用其它任何形状的补气孔。选用上述三种不同打孔位置的带补气孔的涡旋压缩机和未开补气孔的涡旋压缩机进行制热性能测试。测试中在辅助回路中使用的节流元件为热力膨胀阀。为了便于分析与叙述，设利用本发明方法确定补气孔位置的涡旋压缩机为#1改进机组。图5开补气孔位置的涡旋压缩机为#2改进机组。图6示开补气孔位置的涡旋压缩机为#3改进机组。未开补气孔的涡旋压缩机为原型机组。
图7～图10是由性能测试得出的各机组制热性能对比图。从各图的对比结果可以看出，随着开孔位置的后移，涡旋压缩机准二级压缩热泵系统的压缩机耗功、系统能效以及制热量均有所下降。再由分析可以看出，低温工况下准二级系统的性能随着补气量的增加有所改善，因而对于以改进热泵低温制热特性为目的的准二级压缩空气源热泵系统，最优的辅助回路补气孔位置应该位于吸气过程结束是第二工作腔的起始段，此时既可以充分保障系统的低温工况下的补气量，又不会发生抑制蒸发器来制冷剂的现象。通过这个方法可以最大限度保证系统低温制热工况的制热量以及系统效率均为最优。
权利要求
1.一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，其特征在于，包括如下步骤1)在涡旋压缩机的定涡旋盘上的涡旋型线的靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得出定涡旋盘上的A点；2)过定涡旋盘的圆心0点与A点做一条直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得出B点；3)将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’，直线A’B’交定涡旋盘上的型线于A’点和B’点；4)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和动涡旋盘的型线或者是密封圈的型线相交得出C点、D点。5)当涡旋压缩机的动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和动涡旋盘的型线或者是密封圈的型线相交得出C’点、D’点。6)两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。
2.按照权利要求1所述的带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，其特征在于，所述的补气孔形状可以是圆形、椭圆形、月牙形或者是其它任何形状。
3.按照权利要求1或2所述的带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，其特征在于，所述的补气孔在任何情况下均处于涡旋压缩机的一个工作腔内。
全文摘要
一种带补气回路的涡旋压缩机补气孔位置的确定方法，属于空调压缩机技术。包括如下步骤在涡旋压缩机定涡旋盘上的涡旋型线靠圆心侧的最远端M点向圆心移动360°得A点；过圆心O点与A点做直线相交于定涡旋盘上的涡旋型线得B点；将A点与B点的直线AB逆时针旋转30°，得出直线A’B’、A’点和B’点；当动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线AB和动涡旋盘的型线相交得出C点、D点；当动涡旋盘的型线处于和定涡旋盘的型线中心对称的位置时，直线A’B’和动涡旋盘的型线相交得出C’点、D’点；两个对称的补气孔位置分别确定在位于AA’C’CA、BB’D’DB构成的区间内。本发明实现了涡旋压缩机在开设补气孔位置的理论和实际使用结果的统一。
文档编号F04C18/02GK1607330SQ200310100419
公开日2005年4月20日 申请日期2003年10月16日 优先权日2003年10月16日
发明者柴沁虎, 马国远, 江亿 申请人:清华同方股份有限公司, 清华大学
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