涡旋式制冷压缩机制作人：司家斌涡旋式压缩机是回转式压缩机的一种，是指由一个固定的渐开线静涡旋盘和一个呈偏心回转平动的渐开线运动涡旋盘组成可 压缩容积的制冷压缩机。涡旋式制冷压缩机化学工业出版社www.cip.com.cn 一 总体结构1 1）全封闭立式涡旋式压缩机）全封闭立式涡旋式压缩机2）卧式全封闭 涡旋式压缩机3）空调用涡旋式制冷压缩机图5-6所 示的汽车 空调用涡 旋式压缩 机为开启 式压缩机 ，由汽车 的主发动 机通过皮 带轮驱动 压缩机运 转。 4）汽车用涡旋式制冷压缩机n单涡旋与双涡旋压缩机二 基本结构主要由静涡旋盘、动涡旋盘、机座、防自转机构十字滑环 及曲轴等组成。图 涡旋式制冷压缩机 结构简图 1静涡旋盘2动涡旋 盘 3机座4曲轴5 十字滑环 6吸气口7 排气口涡旋压缩机主要由两个涡旋盘相错 180o对置而成，其中一个是固定涡旋 盘，而另一个是旋转涡旋盘，它们在 几条直线(在横截面上则是几个点)上接 触并形成一系列月牙形容积。由固定蜗盘和旋转蜗盘构成压缩工作气腔。三 工作原理及分析涡旋式空气压缩机是在动涡旋体由偏心轴驱 动并由防自转机构制约，围绕静盘基圆中 心，作很小半径的平面回转平动时，外圈 月牙形空间便会不断向中心移动，使基元 容积不断缩小，气体在动静盘齿合所组成 的若干对月牙形压缩腔内被逐步压缩然后 由静盘部位的轴向孔连续排出。 旋转涡旋 盘之间的相对位置，借安装在旋转涡旋盘 与固定部件间的十字滑环来保证。工作过程涡旋压缩机在主 轴旋转一周的时间内 ，仅有的进气、压缩 、排气三个工作过程 是同时进行的，外侧 空间与吸气口相通， 始终处于吸气过程， 内侧空间与排气口相 通，始终处于排气过 程。 工作过程涡旋压缩机工作原理特点n无吸、排气阀，结构简单，噪声低n吸气排气同时进行，效率高n每三周完成一个工作循环n无余隙无膨胀过程，效率高n曲线形状复杂，加工精度高运动机构受力分析涡旋体受力：气体力、惯性力、摩擦力对压缩机影响：强度、刚度、摩擦、磨损、热力性能一、切向力及阻力矩1、 作用于涡旋体力：切向力Ft：曲轴，沿旋转方向成矩Mt径向力Fr：曲轴，沿旋转半径方向成矩Mr轴向力Fa：曲轴，沿轴方向成矩Ma2、切向力：同理3、切向力矩和自转力矩： 1）切向力矩（饶饶o公转转）2）自转转力矩（绕绕o自转转，用防自转机构消除）4、径向力：Fr() 作用于曲轴销、键可忽略二、轴向力及其平衡 1、轴向力： 轴向力Fa作用于各月牙形工作腔，是的函数 在吸气腔：在其它腔：S1由式5-9计计算2、轴向力平衡1）采用推力轴承，减少轴向摩擦，保证密封2）采用背压推力机构，泵压力自动补尝间隙3）在涡旋体背面加弹簧，自动补尝间隙4）在涡旋体背面加油压，补尝间隙三、倾覆力矩：轴承上受压力Fbt,Fbr与涡旋体上受力Fr,Fa,Ft不平衡，产生力矩使涡旋体产生倾覆绕t轴绕r轴四、涡旋体旋转惯性力及力矩平衡n思路：先将涡旋体质量采用传动到平面内进行平衡， 然后将涡旋体及曲轴连成一体行成二次平衡1、动涡旋体惯性力的一次平衡1）动涡旋体质心位置：将动涡旋体质量坐标质心，质心m为座标m(xm,ym)起始角，渐开线法端展角2）动涡旋体质量： h高度s涡旋体投影面积比重（密度）3）一次平衡质量mo平衡质量半径 R1涡旋体质量半径力矩平衡方程平衡质量4）动旋转体惯性力 a)平衡后动涡旋体总体质量：b)动涡旋体总体旋转惯性力为：m1-涡旋体质量 mo-一次平衡质质量 m2-动涡动涡 旋体底盘质盘质 量 m3-动涡动涡 旋体轴轴承质质量F1-涡旋体离心力 Fo-一次平衡离心力 F2-动涡动涡 旋体底盘盘离心力 F3-动涡动涡 旋体轴轴承离心力 2、惯性力二次平衡设：平衡后涡旋体总质量为m，质心为R，安装曲轴后，曲柄质量为m4，半径为R方法：用两质量为mo和mo进行平衡各质量体产生惯性力为惯性力平衡：惯性力矩平衡：上述公式联立即可求出平衡质量m0“、m0“密封与防自转机构分析一、涡旋式压缩机的泄漏l泄漏途径1）由轴向间隙产生径向泄漏2）由径向间隙产生周向泄漏l泄漏长度周相接触长度大，泄漏小径相接触长度小，泄漏大结论：减少轴向间隙可有效减少径向泄漏二、密封机构考虑因素：可靠性高，补偿性强1、轴向密封机构：（密封轴向间隙）1）接触式密封：方法：在涡旋体顶端面镶嵌密封材料材料：工程热塑料，耐磨金属材料特点：结构简单，易加工，寿命短2）非接触式密封a)油沟密封：在涡旋体顶端开油沟并延长用以润滑端面， 同时在涡旋体的背面设背压腔，防止动静体脱开 特点：密封性好，寿命长，可靠性好，加工工艺困难2、轴向柔性密封机构方法：在涡旋体背面设置波形弹簧，设柔性止推环，在涡旋体顶面开油沟。二、径向密封机构：采取措施：形成动静涡旋体系在一起形成密封l单圆曲柄径向密封机构o1曲柄圆转中心，o2涡旋体中心，o3曲柄柄体中心，依靠曲柄销9与轴承8间的轴承间隙4控制动静涡旋体的接触情况。l偏心轴套式径向密封机构o1曲轴中心；o3曲柄中心；o2涡旋体中心；R1曲轴回转半径R2涡旋体回转半径；滞后角旋转时变化R2变化，从而使o1o2变化，间隙得到控制l滑动衬套式机构曲轴6内开槽，内有可滑动块2，由弹簧顶着，动涡旋体滑销2安装在滑块1内，弹簧5顶出R变化调节间隙三、防自转机构动涡旋体绕静涡旋体中心做无自转平动，需要设置防自转机构。防自转机构有：十字联接环、球形联轴节、圆柱联轴节l十字联接环结构：十字联接环上DC与机体槽连（可滑动）AB与动涡旋体连，原理：使动涡旋体绕o2转动特点：结构简单易磨损，加工困难l球形联轴节结构：两几何形状相同孔板，分别安在机体动涡旋体上，在孔板间设置钢球连接孔板原理：动涡旋体平动时，钢球可在孔内转动、要求：平动半径为R时， 孔板孔为2R，钢球半径为R特点：结构简单，易加工， 可实现滚动支撑，减少磨损l圆柱销联轴节 结构：在机座上开孔板6，动涡旋体上连轴销3原理：当动涡旋体平动时，销在孔内平动，半径R要求：销半径2R,孔径4R特点：受力好，结构简单，但无支撑作用输气量调节分析 一、变频调节1、调节性能：容积效率：涡旋式滚动转子式活塞式等熵效率：涡旋式滚动转子式活塞式2、噪声及振动振动：涡旋式滚动转子式活塞式噪声：涡旋式滚动转子式活塞式3、多机并联运行调节例：多机并联据系统要求而控制开机数量，效率 较高， 二、设变量旁通阀n原理：n启动：n运行：四 选型及性能分析一、涡旋体型线通常涡旋体型线为渐开线1、圆的渐开线方程基圆r,渐开角，渐开角，初始角x=rcos(+)+sin(+)y=rsin(+)-cos(+)2、涡旋体渐开线方程n内外涡旋体为+，-起始角；内壁方程x=rcos(i+)+isin(i+)y=rsin(i+)icos(i)外壁方程x=rcos(0)+0sin(0)y=rsin(0)0cos(0-)3、涡旋体参数基圆半径r，渐开角，涡旋体高h，涡旋体壁厚t2r，涡旋体节距P2r压缩腔气体数N，涡旋圈数m=N+1/44、加工方法：展成加工方法二、压气室容积及吸气室容积在动、静涡旋体之间围成三对月牙形工作基元其面积由标号所示压缩机工作时这三对工作基元由外向里平面运动形成吸排气过程工作基元的容积就是内外涡旋体所围成的渐开线面积之差 1、渐开线与基圆所围面积：2、基元投影面积及容积：1）工作基元投影面积a)对于基元S2=SL2-Ss2动体内渐开线夹角及面积静体外渐开线夹角及面积P2rt2rb)对基元：c)对任一基元：d)对基元 ：S11排气开始前后的面积S12两基圆之间的面积S14刀具铣销掉的面积2）吸气基元容积vs吸气时=0；有N对涡旋体基元将进入压缩此时体积3）压缩压缩 容积积随变变化曲线线a)=0，气室闭闭合b)=2，变为变为 c)=*时时,与连通三、涡旋式压缩机输气量 1、理论输气量2、实际输气量3、容积效率vn输汽量调节变转速调节涡旋式压缩机比活塞式和滚动转子式适用于更宽的速度范围四、涡旋式压缩机内压缩1、压缩过程p、v曲线：1）0 1吸气，v由0vx，p=ps02）1 *压缩压缩 ，v由vx，p由ps0pdk3）* 2排气，v，p=pdk2、容积积比与内容积积比1）容积积比：吸气容积积与任意转转工作基元容积积之比2）内容积比：吸气容积与压缩终了工作基元容积之 比基元的内容积比3、压力比，内压力比 1）压力比：工作基元压力与吸气压力之比 2）内压力比：工作基元压缩终了压力与吸气压力之比4、排气开始角*0干涉齿处渐齿处渐 开线线展角 渐渐开线线起始角 由排气口的流量所决定五、压缩机的排气孔口流量由气体的连续方程式中 A排气孔密面积 u气体流速 V工作基元容积六、涡旋压缩机的功率 1、指示功的计算2、指示功率3、轴功率n七、 多机并联运行调节 两台并联运行的涡 旋式压缩机共用一个 机壳，彼此独立运行 也可并联运行 ，具有 高效、可靠及成本低 的优点，有较高的 COP值。 n八、 变容量旁通调节 汽车空调中常用通过活塞式控制阀6 控制回流气体调节孔9 的开启度，以控制吸入 气体的回流量，从而实 现输汽量的调节。五 新型输汽量调节 一、变转速调节 图5-7示出了采 用变频调节的 三种压缩机(活 塞式、滚动转 子式、涡旋式) 的等熵效率 tS及输汽系 数的比较。 图5-8是涡 旋式压缩机 变速调节时 的振动与噪 声特性与活 塞式和滚动 转子式的比 较。从图中 看出，在任 何频率下涡 旋式压缩机 的振动和噪 声都比活塞 式及滚动转 子式低。涡旋式压缩机比活塞式和滚动转子式适用于更 宽的速度范围，在空调器或热泵中采用涡旋式 压缩机进行变频调节输气量是很有前途的。 多机并联运行调节两台运行 的涡旋式 压缩机共 用一个机 壳并联调 节的形式 ，其结构 如图5- 9 所示。与相同制冷 量的一台涡 旋式相比， 在较宽的制 冷量范围内 有较高的COP 值。变容量旁通调节在汽车空调 中通常采用 变容量涡旋 式压缩机进 行输气量调 节，其原理 是通过吸气 回流旁通输 气量。图5- 11 示出一种 变容量涡旋 式压缩机结 构。从图5- 12 给 出的上述变容 量涡旋式压缩 机的调节特性 曲线中看出， 在一定的转速 范围内，其制 冷量可根据空 调工况的要求 保持不变.变频技术存在一些不足之处1 容量输出.变频压缩机的工作频率在3-117Hz,当室内负荷突然 从小变大时,压缩机频率增加需要经过中间过渡段,这就意味着, 如室内负荷有所变化,压缩机则要对新的负荷有一响应的时间,不 能立即对应.2 旁通控制.压缩机安装有旁通装置.空调在低负荷情况下运行, 由于压缩机里的制冷剂热气旁通,能量会有损失,系统的COP降低 .此外还造成较高的蒸发温度和蒸发压力,除湿能力下降.3 室温控制.系统容量发生变化时(如在同一个制冷系统多开几个 室内机),变频器控制就需要逐渐地提高频率,在此过渡期间室内 温度控制不稳定.4 环保.变频控制器会产生高次谐波,可造成变压器/电容器过热, 精密仪器的精度降低以及干扰电视信号,移动信号和地铁站信号 的传送.数 码 涡 旋 技 术宽度脉冲调节式数码涡旋压缩机技术(PWM)数码涡旋压缩机工作原理压缩机容量是通过涡旋盘的周期性啮合与脱开来改变的.当外部电磁阀关闭时,数码涡旋象标准型压缩机一样工作,容量达到100%.当外部电磁阀打开时,两个涡旋盘稍微脱离,此时压缩机无制冷剂被压缩,从而无容量输出.所以,在一个10s的循环中,如果涡旋盘加载2s,卸载8s,其平均容量就是20%,加载时间占循环周期的比例可以在10%