針對渦旋壓縮機齒端面介質(zhì)泄漏的特點，提出一種齒端面密封機構(gòu)模型，通過齒端面開設(shè)的密封槽內(nèi)安裝自潤滑材料密封條和彈簧，實現(xiàn)渦旋齒軸向間隙的密封。通過分析不同位置的密封條所受壓差力情況，將密封條的工作狀態(tài)分為無壓差和有壓差2 種工況，分別建立密封機構(gòu)的簡化力學(xué)模型，通過密封條和動渦盤的受力分析，研究彈簧力、壓差力和背壓氣體力3 種載荷對密封機構(gòu)工作過程的影響。結(jié)合受力分析結(jié)果，從密封槽深度、彈簧位移、背壓腔直徑等三方面，實現(xiàn)密封機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，獲得滿足密封機構(gòu)正常工作時的結(jié)構(gòu)參數(shù)取值范圍，渦旋齒端面密封機構(gòu)的設(shè)計提供了理論依據(jù)。

　　渦旋式壓縮機是一種新型高效的容積式壓縮機，與其他類型壓縮機相比具有許多不可替代的優(yōu)越性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于制冷、空調(diào)、氣體壓縮、增壓系統(tǒng)等領(lǐng)域。目前，大多數(shù)渦旋壓縮機在工作過程中采用油潤滑，壓縮氣體通過油氣過濾裝置過濾后再輸送到指定的工藝流程。但是，在一些工業(yè)過程中必須使用不被油污染的純凈壓縮氣體，無油潤滑形式的渦旋壓縮機產(chǎn)品應(yīng)運而生，目前具有廣泛的市場需求。無油渦旋壓縮機在工作過程中，通常發(fā)生介質(zhì)泄漏，主要是通過徑向間隙的周向泄漏和通過軸向間隙的徑向泄漏。大量的實踐經(jīng)驗表明，軸向間隙的泄漏線較長，軸向間隙的泄漏量遠(yuǎn)大于徑向間隙。因此，如何解決軸向間隙泄漏問題成為研究的重點，研究人員通過分析間隙內(nèi)介質(zhì)流動特性，建立了符合工作實際的泄漏數(shù)學(xué)模型并計算泄漏量，嘗試著提出了各種解決方案并付諸實踐。李超等人借助數(shù)值模擬研究了微間隙內(nèi)表面粗糙度對介質(zhì)泄漏的影響，提出了減小泄漏量的可行性措施。李海生等提出了齒端面的2 種可用密封模型，并對密封條的結(jié)構(gòu)和材料進行了詳細(xì)的描述。楊啟超等借助電渦流位移傳感器實現(xiàn)了軸向間隙測量實驗，提供了工作時間隙的可能變化范圍。李文華和褚紅艷以氣體流動的基本方程為基礎(chǔ)建立了泄漏模型，進行了實驗驗證。劉興旺等提出了運用迷宮密封方法解決渦旋齒切向密封，并進行了可行性實驗研究，實驗檢測方法具有一定的借鑒意義。Ishii 等提出了一種確定渦旋間隙的方法，有助于進一步研究間隙泄漏問題。

　　實現(xiàn)渦旋壓縮機的齒端面密封，可以在動、靜渦盤的渦旋齒頂部開設(shè)一定寬度的密封槽，將自潤滑材料制成的密封條放置于密封槽中，從而實現(xiàn)軸向間隙的徑向氣體密封。目前，這一密封技術(shù)方案逐漸被得到廣泛認(rèn)可，已應(yīng)用于無油潤滑渦旋壓縮機和汽車空調(diào)、車用增壓器等的渦旋壓縮機中。本文作者將重點分析由密封條和彈簧組成的密封機構(gòu)的受力情況，進一步研究各種力載荷對密封機構(gòu)零部件工作過程的影響，探索這種密封機構(gòu)設(shè)計的理論依據(jù)。

　　1、模型工作載荷渦旋齒工作過程中，依靠連續(xù)變化的容積腔實現(xiàn)

　　氣體的壓縮過程。在無油渦旋壓縮機齒端面開設(shè)密封槽，在槽內(nèi)安裝由自潤滑性能良好的非金屬材料制成的密封條和彈簧機構(gòu)，用于阻止通過渦旋齒頂部軸向間隙的徑向泄漏，減少摩擦功率損失，提高壓縮機的工作效率。無論是動盤或是靜盤，其齒端面密封條的工作狀態(tài)會發(fā)生周期性的變化。

　　圖1 描述了在不同曲軸轉(zhuǎn)角時刻，渦旋齒和密封條的位置變化關(guān)系。

圖1 渦旋齒嚙合過程中密封條壓差力變化示意圖

　　選取了密封條4 個不同位置作為研究對象，在曲軸旋轉(zhuǎn)一周過程中，密封條承受載荷情況如表1 所示。可以看出，密封條承受多種載荷作用力，壓差力和彈簧力是影響密封條工作的主要載荷，壓差力是保證密封效果的關(guān)鍵作用力，由于壓縮腔大小、位置、壓力等隨著渦旋齒旋轉(zhuǎn)運動發(fā)生變化，4 個不同位置的密封條在工作過程中承受的載荷作用差異大，密封條的工作狀態(tài)周期性變化。

表1 密封條各位置的壓差力分析

　　4、結(jié)論

　　(1) 通過渦旋壓縮機齒端面密封機構(gòu)的受力分析，可以看出壓差力、彈簧力和背壓氣體力是密封條頂部支持力的主要組成部分，亦是實現(xiàn)齒端面密封的關(guān)鍵載荷。

　　(2) 壓差力和彈簧力方向相同，互補作用明顯。在無壓差工況下，為保證密封條正常工作，頂部支持力大于0，彈簧力發(fā)揮了重要作用。而對于有壓差工況，由于壓差力的存在，彈簧力的作用逐漸減弱。通過分析兩種工況時的受力，根據(jù)無壓差工況時密封機構(gòu)的力系平衡關(guān)系，獲得了彈簧位移的變化范圍，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。

　　(3) 密封槽深度是重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它與密封機構(gòu)各幾何參數(shù)密切相關(guān)。通過分析各參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系，獲得了密封槽合理的幾何深度，從而保證密封條浮動變化過程中渦旋壓縮機的齒端面密封。

　　(4) 背壓腔氣體力是保證齒端面密封的間接作用力。背壓腔氣體力是動盤單方向唯一作用力，是力系平衡的關(guān)鍵，它可以保證彈簧受到壓縮作用，從而為密封條頂部提供部分支持力，保證密封機構(gòu)正常工作。