(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210883839.9 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 中国科学院理化 技术研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村东路2 9 号 (72)发明人 胡忠军　王炳明　李强　龚领会　 刘立强　 (74)专利代理 机构 深圳市科进知识产权代理事 务所(普通 合伙) 44316 专利代理师 麦穗 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) F04C 18/08(2006.01)F04C 29/02(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于小分子量气体压缩的螺杆转子型 线设计方法 (57)摘要 本发明涉及能源动力技术领域， 具体涉及一 种用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计 方法， 旨在提高压缩效率， 包括： 构建小分子量气 体螺杆式压缩机性能预测模型， 模拟热力学和动 力学过程； 通过压缩机性能预测模 型指导螺杆转 子型线设计， 对转子内部各特征参数进行权重分 析： 通过热力学分析， 型线设计结合喷油雾化设 计， 在转子 热弹变形的基础上， 基于冷、 热态机械 间隙的比较施行补偿法设计， 提高运转的可靠 性。 本发明以整体优化法解决复杂多变量系统的 耦合关联问题， 以压缩机性能预测模 型指导型线 设计， 对转子型线各特征参数进行权重分析。 型 线的啮合间隙相对传统型线大大减小， 以提高气 体工质压缩的容积效率。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115329480 A 2022.11.11 CN 115329480 A 1.一种用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 构建小分子量气体螺杆式压缩机性能预测模型， 模拟热力学和动力学 过程； 通过压缩机性能预测模型指导螺杆转子型线设计， 对转子内部各特征参数进行权重分 析： 通过热力学分析， 型线设计结合喷油雾化设计， 在转子热弹变形的基础上， 基于冷、 热态 机械间隙的比较施行补偿法设计。 2.根据权利要求1所述的用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特征在 于， 根据压比、 高低压绝对压差、 容积排量的压缩工况来确定型线基本方案， 包括阳转子与 阴转子的齿数比和齿形的基本包络线。 3.根据权利要求2所述的用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特征在 于， 齿形包络线基本构型根据气体压缩方向改变曲线弧度： 在吸气侧采用流线 型设计， 为前 圆后尖， 弧度先由低到高， 再由高到低； 在基元容积排气侧， 弧度的变化相反； 型线光滑连 续； 在型线 进行精磨加工 工艺时采用自动补偿功能。 4.根据权利要求3所述的用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特征在 于， 根据所需要的容积排量， 确定合适的转速和阳转子直径， 阳转子的齿顶线速度控制在 25‑70m/s； 齿形线的最佳圆周速度取决于压比和绝对压差、 阴阳转子的相对间隙和油量； 氢 氦小分子量的最佳圆周速度， 远低于按下式计算的理论数值： ur≈uB{[kr/(kr+1)]Rr/[kB/(kB+1)]RB}0.5 式中ur、 uB——压缩气体时的最佳圆周速度； kr、 Rr和kB、 R B——压缩气体的绝热指数和气体常数。 5.根据权利要求4所述的用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特征在 于， 型线几何弧线形状的设计， 结合气液两相流体动力学模拟， 形成10 ‑50um的润滑油膜， 油 的粘度选择为 ISO32或46粘度等级的合成烃润滑油。 6.根据权利要求5所述的用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特征在 于， 以复杂系统多变量参数 的整体优化方式进行型线设计， 不以单独一个或几个参数 的优 化为目标， 控制啮合间隙在冷态下为20 ‑40um。 7.根据权利要求6所述的用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特征在 于， 压缩机性能预测模型被配置为： 在几何特性值计算的基础上,利用传热学和流体力学的 知识,计算各种泄漏、 流动阻力损失,建立从开始吸气 到排气过程结束的整个工作过程的数 学模型,分析基元容积内压力、 温度、 质量随转子转角变化的微观特性及排气量、 轴功 率、 绝 热效率、 容积效率宏观性能,定量比较不同型线的容积效率、 绝热效率性能指标,对型线结 构参数进行优化,并针对具体情况设计出性能最佳的型线。 8.根据权利要求7所述的用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特征在 于， 转子型线设计结合传热传质计算热弹变形， 在型线设计时， 进 行预留变形量的补偿设计 方法。 9.根据权利要求8所述的用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特征在 于， 在机壳的转子气缸孔与转子接触线顶点设计出一个在机壳长度方向上延伸的小缺口， 形成泄漏三角形， 对小分量气体工质， 型线构型设计要减小泄漏三角形。 10.根据权利要求9所述的用于小分子量气体压缩的螺杆转子型线设计方法， 其特征在 于， 基于喷油雾化的传热传质学， 喷油位置在接近吸气端转子α主轴角为0 ‑15度， 油气质量权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115329480 A 2比30‑60， 喷油粒径为10 0‑200 μm。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115329480 A 3