Creating a scroll compressor using Archimedean spiral as generator (part 1)

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The first paper in this series describes the global history of scroll compressors (SCs), provides a brief analysis of the advantages of SCs over other compressor types, and defines the operating principle of scroll compressors. The paper presents the basic theoretical construction premises for elements of a scroll compressor based on the Archimedean spiral as a generator and reasons for selecting the Archimedean spiral as a generator. It describes some methods for constructing a spiral pen, including a correction method allowing to construct a mathematical algorithm that describes a way to obtain one generator of a spiral pen in the case where the second generator is an Archimedean spiral. This method allows for a high degree of conformity of compressor elements. The following parts of the study describe a theoretical method for obtaining the second generator of the spiral pen using the principles of differential geometry and the envelope curve method. It allowed to obtain equations describing the external generator of the SC element provided that the internal generator is an Archimedean spiral. The paper discusses methods for joining the ends of the scrolls in the central part of the compressor and determines the relative issues. Further, other methods of scroll profiling based on the Archimedeean curve will be presented. In conclusion, there are a brief overview of existing SC modeling methods and a review of relative publications and main areas and trends in this branch of technology.

作者简介

Valery Kosachevsky

编辑信件的主要联系方式.
Email: vakos32@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0006-1421-7413
SPIN 代码: 8473-7357

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor

俄罗斯联邦

参考

  1. US Patent 801,182. Rotary engine. Creux Léon. 1905.
  2. Uchikawa N, Terada H, Arata T. Scroll compressors for air conditioners. Hitachi Rev. 1987;36(3):155.
  3. High efficiency and lightweight railway vehicle air conditioners using inverter-driven scroll compressors. Hitachi Rev. 1988;37(6):427.
  4. Kosachevskii VA. On the geometry of working elements of a scroll compressor. Kompressionaia Tekhnika i Pnevmatika. 1994;(4-5):49. (In Russ.)
  5. Bush JW, Beagle WP. Derivation of a general relation governing the conjugacy of scroll profiles. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 1992:1079.
  6. Karpukhin GV, Sakun IA. Construction of configurations of working elements of a scroll compressor. Kompressionaia Tekhnika i Pnevmatika. 1994;(4-5):45. (In Russ.)
  7. Scroll compressor FX-80 for automotive air-conditioner. Mitsubishi Heavy Ind Tech Rev. 1987;24(3):233.
  8. Elagin MIu, Sakun IA. Mathematical modeling of unsteady processes in a spiral refrigeration compressor. In: Povyshenie Effektivnosti Protsessov Kholodil’nykh Mashin i Ustanovok Nizkopotentsial’noi Energetiki. St. Petersburg: SPbTIKhP; 1992:29. (In Russ.)
  9. Vernyi AL, Ibragimov ER, Ibragimov NB, et al. Test results of a prototype scroll compressor. Kompressionaia Tekhnika i Pnevmatika. 1996;1-2(10-11):70. (In Russ.)
  10. Vernyi AL, Ibragimov ER, Ibragimov NB, et al. Automated refrigeration unit with a scroll compressor. Paper presented at: Seminar “Scientific, Technical and Production Problems of Refrigeration Compressor Engineering”; October 9-10, 1997; St. Petersburg, Russia. (In Russ.)
  11. Kosachevskii VA. On modeling the central region of a scroll compressor. Vestnik Mezhdunarodnoi Akademii Kholoda. 2018;(3):49–52. (In Russ.) doi: 10.17586/1606-4313-2018-17-3-45-52 EDN: YPGYBV
  12. Kosachevskii VA, Sysoev VL. A variant of the profile of the end section of the working element of a scroll compressor. In: Povyshenie Effektivnosti Protsessov Kholodil’nykh Mashin i Ustanovok Nizkopotentsial’noi Energetiki. St. Petersburg: SPbTIKhP; 1992:41. (In Russ.)
  13. Kochetova GS, Sakun IA. The status and direction of development of scroll compressors. Moscow: TsINTIkhimneftemash; 1988. (In Russ.)
  14. Burdanov NG, Kanyshev GA. Scroll compressors for refrigeration machines. Moscow: TsINTIkhimneftemash; 1991. (In Russ.)
  15. Zharov AA, Borisenko AV, Valiakina AV, et al. Profiling of spirals of refrigeration scroll compressors. Kholodil’naia Tekhnika. 2022;111(4):253–262. (In Russ.) doi: 10.17816/RF115253 EDN: JWVFIL
  16. Wang Z. A new type of curve used in the wrap design of the scroll compressor. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 1992:1089.
  17. Karpukhin GV, Sakun IA. Generalized principle of finding envelopes of analytically homogeneous curves used for spirals in refrigeration compressors. In: Povyshenie Effektivnosti Protsessov Kholodil’nykh Mashin i Ustanovok Nizkopotentsial’noi Energetiki. St. Petersburg: SPbTIKhP; 1992:103. (In Russ.)
  18. Karpukhin GV, Sakun IA. Construction of the initial sections of the working elements of a scroll compressor. Kompressionaia Tekhnika i Pnevmatika. 1996;1-2(10-11):73. (In Russ.)
  19. Kosachevskii VA. On the mathematical model of the working process of a scroll compressor. Kompressionaia Tekhnika i Pnevmatika. 1997;1-2(14-15):40. (In Russ.)
  20. Vess K. Spiralverdichter für kompressible Medien. German Patent Application DE4215038. May 7, 1992.
  21. Spinnler F. Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip. Swiss Patent CH673680. March 30, 1990.
  22. Kosachevskii VA, Sysoev VL. On the method of calculating the shape of the working element of a scroll compressor. In: Povyshenie Effektivnosti Protsessov Kholodil’nykh Mashin i Ustanovok Nizkopotentsial’noi Energetiki. St. Petersburg: SPbTIKhP; 1992:39. (In Russ.)
  23. Bush JW, Haller DK, Galante CR. General stability and design specification of the back-pressure supported axially compliant orbiting scroll. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 1992:853.
  24. Caillat J-L. Modified wrap scroll-type machine. US Patent 4,781,549. November 1, 1988.
  25. Li L, Shu P, Yu Y. Effect of scroll wraps on performances of scroll compressor. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 1996:579.
  26. Hiraga M, Sakaki M, Shimizu S, et al. Scroll compressors for vehicle air conditioning. Refrigeration. 1987;62(720):1106.
  27. Bush JW, Elson JP. Scroll compressor design criteria for residential air conditioning and heat pump applications. Part I: Mechanics. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 1988:83.
  28. Bush JW, Elson JP. Scroll compressor design criteria for residential air conditioning and heat pump applications. Part II: Design criteria. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 1988:93.
  29. Bush JW, Beagle WP. Minimum diameter scroll component. US Patent 5,091,824. February 25, 1992.
  30. Hagiwara S, Ueda S, Shibamoto Y, et al. Development of Scroll Compressor of Improved High-Pressure-Housing. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 1998;Paper 1288.
  31. Bukac H. The Theory of a Scroll Profile. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 2006;Paper 1747.
  32. Ishii N, Tsuji T, Takuma N, et al. Empirical Calculation Method of Bypass Leakage in Scroll Compressors. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 2016;Paper 2491.
  33. Hesse J, Andres R. CFD Simulation of a Dry Scroll Vacuum Pump Including Leakage Flows. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 2016; Paper 2498.
  34. Prezelj J, Cerkovnik N. Numerical calculation of scroll compressor geometry and assessment of its delivery. Front Mech Eng. 2023;9:1226857. doi: 10.3389/fmech.2023.1226857 EDN: OGLYME
  35. Zhang Y, Peng B, Zhang P, et al. Key Technologies and Application of Electric Scroll Compressors: A Review. Energies. 2024;17(7):1790. doi: 10.3390/en17071790
  36. Chen Y, Halm NP, Groll EA, Braun JE. A comprehensive model of scroll compressors: Part 1—Compression process modeling. Proc Int Compress Eng Conf Purdue Univ. 2000;Paper 1455.
  37. Zhang Y, Peng B, Zhang P, et al. Key Technologies and Application of Electric Scroll Compressors: A Review. Energies. 2024;17(7):1790. doi: 10.3390/en17071790

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Plan view of the scroll system. A, fixed scroll; B, orbiting scroll; O and O’ are the starting points of the internal generators of the scrolls A and B, respectively; ε is the eccentricity; H1 and H2 are the sealed cavities.

下载 (139KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Three-way scroll compressor. H, working spaces.

下载 (163KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Correction method. A, fixed scroll; B, orbiting scroll; O, pole; OO’, eccentricity, S, internal generator of the scroll; L, external generator; H1, H2, working spaces.

下载 (141KB)
索引源数据
5. Fig. 4. SC center before re-profiling. A, fixed scroll, B, orbiting scroll; O, pole, OO’, eccentricity equal to ε; θ, orbital angle.

下载 (58KB)
索引源数据
6. Fig. 5. A scroll system with a removed center. A, fixed scroll; B, orbiting scroll; R, radius of the cut-out circular section.

下载 (168KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Profiles generated using the correction method. A, fixed scroll; B, orbiting scroll; O, pole, OO’, radius of the scroll B orbit; S, mutual generation areas of the scroll bodies.

下载 (78KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Envelopes of a circle family generated by the orbiting curve L. 1, top envelope; 2, bottom envelope.

下载 (65KB)
索引源数据

版权所有 © Eco-Vector, 2025

许可 URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».