(19)中华 人民共和国 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 202111351666.8 (22)申请日 2021.11.16 (71)申请人 北京卫星制造厂 有限公司 地址 100086 北京市海淀区知春路6 3号 (72)发明人 周旭　赵健　谢文　杨东升　殷参　 胡晓楠　 (74)专利代理 机构 北京谨诚君睿知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 11538 代理人 延慧　武丽荣 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种换热压缩装置的设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种换热压缩装置的设计方法， 所述设计方法为： S1.通过给定的所述叶片的气 动参数， 并通过基本流动方程及流量方程对所述 叶片的形状进行确定； S2.通过动力学仿真软件 对所述叶轮轴系进行仿真计算， 对 所述叶轮轴系 进行设计； S3.通过建立密封组件的三维模型， 对 所述密封组件进行设计； S4.建立所述叶轮轴的 动力学模型， 分析所述蜗壳在载荷作用下的动力 学响应。 通过该方法设计的换热压缩装置可实现 高效节能， 温跨越小能效越高。 减少换热压缩装 置空间占用率和重量， 克服了高温环 境对发热器 件的不利影响。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 114218818 A 2022.03.22 CN 114218818 A 1.一种换热压缩装置的设计方法， 换热压缩装置包括蜗壳(1)、 缸体(2)、 叶轮(3)、 叶片 (31)及叶轮轴系(4)， 所述叶轮轴系(4)包括： 叶轮轴(41)、 密封组件(42)和轴承(43)， 所述 蜗壳(1)和缸体(2)相连接， 所述叶轮(3)设置在所述蜗壳(1)内并与所述叶轮轴(41)一体加 工， 所述叶片(31)设置在所述叶轮(3)上， 密封组件(42)和所述轴承(43)设置在所述缸体内 并沿远离所述叶轮的方向依次安装在所述叶轮轴(41)上； 其特 征在于， 所述设计方法为： S1.通过给定 的所述叶片(31)的气动参数， 并通过流量连续方程对所述叶片(31)的形 状进行确定； S2.通过动力学仿真软件对所述叶轮轴系(4)进行仿真计算， 对所述叶轮轴系(4)进行 设计； S3.通过建立密封组件(42)的三维模型， 对所述密封组件(42)进行设计； S4.建立所述叶轮轴(41 )的动力学模型， 分析所述蜗壳(1)在载荷作用下的动力学响 应。 2.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 在所述步骤S1中， 所述 叶片(31)的设 计方法为： A).根据叶轮对单位质量气体所做的理论功Wth构建建立所述叶轮流动计算模型； B).再采用流线曲率法根据假定的流线形状， 采用流线曲率与斜率作为参变量， 将 沿流 线的法向或准法向速度梯度方程沿气体通 流截面积分， 根据流 量方程得到新的流线形状； C).如此反复迭代， 直到获得收敛解， 得 出所述叶片(31)的形状； D).最后通过三维CFD数值分析最终确定所述叶片(31)的形状。 3.根据权利要求2所述的设计方法， 其特征在于， 在所述步骤A)中， 所述叶轮流动计算 模型根据叶轮对单位质量气体所做的理论功Wth构建： Wth＝c2uu2‑c1uu1 式中， c2u为叶轮叶片出口绝对速度c2的径向分速度(m/s)； u2叶轮叶片出口线速度(m/ s)； c1u为叶轮叶片出口绝对速度c1的径向分速度(m/s)； u1叶轮叶片进口线速度(m/s)。 4.根据权利要求2所述的设计方法， 其特 征在于， 在所述 步骤B)中， 所述 流量方程为： 式中， dm为单位时间dt内通过的流 量质量； qm为质量流量(kg/s)及能量方程 Wtot＝Wth+hL+hdf 式中， Wtot为叶轮对单位质量气体的总耗功(J/kg)； hL为内漏气损失(J/kg)； hdf为轮阻 损失(J/kg)。 5.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 在所述步骤S3中， 所述密封组件(42) 的设计方法为： A).首先建立密封组件(42)的三维模型， 明确边界条件， 对所述密封组件(42)进行干膜 接触分析； B).再分析影响所述密封组件(42)的密封性能的因素； C).然后分析空载和加载状态下所述密封组件(42)的接触应力分布， 利用比压判据确 定所述密封组件的初始接触 应力， 并构建合理的几何参数；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218818 A 2D)完成密封组件(42)的设计。 6.根据权利要求1或5所述的设计方法， 其特征在于， 所述密封组件(42)包括密封骨架 (44)和密封件(45)， 所述密封骨架(44)上设有凹槽， 所述密封骨架(44)与所述缸体(2)连 接， 所述密封件(45)的一端安装在所述凹槽中并紧密的配合凹槽的形状， 另一端紧密的贴 合在所述叶轮轴上(41)。 7.根据权利要求6所述的设计方法， 其特征在于， 所述密封件(45)为聚四氟乙烯或高分 子聚乙烯。 8.根据权利 要求1所述的设计方法， 其特征在于， 在所述步骤S4中， 分析所述蜗壳(1)在 载荷作用下的动力学响应的方法为： A).首先建立所述叶轮轴(41)的动力学模型； B).再利用有限元方法和多体动力学理论， 对所述叶轮(3)和蜗壳(1)进行有限元模念 分析， 获得 所述叶轮轴(41)和所述蜗壳(1)的固有频率和振型等模态特性 参数； C).通过对叶轮轴(41)多体动力学分析， 得到气体力载荷和蜗壳(1)承受主副轴承载荷 等相关参数； D).最终完成对所述蜗壳(1)在载荷作用下的动力学响应分析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218818 A 3