第四章涡旋式制冷压缩机.

CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity第四章涡旋式制冷压缩机ScrollRefrigerationCompressorCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity第一节工作原理、总体结构及特点第二节涡旋式压缩机的啮合原理与型线第三节结构第四节密封与防自转机构第五节热力过程第六节动力过程*第七节安全保护主要内容CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity第一节工作原理、总体结构及其特点一、工作原理二、总体结构三、特点四、发展趋势及研究现状CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity容积型（回转式）压缩机；由法国人发明，1905年在美国取得专利，1982年日本三电公司生产出汽车空调用涡旋式压缩机；目前较新型的制冷压缩机，广泛用于5~70kW功率范围。涡旋式压缩机简介CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity由动、静涡旋体、曲轴、机座、防自转机构组成；由动、静两个涡旋盘相错180o对置而成，它们在几条直线(在横截面上为几个点)上接触并形成一系列月牙形容积（基元容积）；动涡旋盘由一个偏心距很小的曲柄轴驱动（图4-15)，绕静涡旋盘平动，两者间的相对位置靠安装在动涡旋盘与固定部件间的十字滑环保证。结构组成一、工作原理CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity动、静涡旋体型线均为螺旋形，动涡旋体相对静涡旋体偏心并相差180°对置安装。它们轴向在几条直线上接触，在动静涡旋体间形成一系列月牙形空间，即基元容积。动涡旋体以静涡旋体中心为旋转中心作无自转回转平动，外圈月牙形空间不断向中心移动，基元容积不断缩小。基元容积CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity工作原理静涡旋体最外侧开有吸气孔，其顶部端面中心开有排气孔。制冷剂气体从吸气孔进入动、静涡旋体间最外圈的月牙形空间，随着动涡旋体的运动，气体被逐渐推向中心空间，其容积不断缩小,压力不断升高，直至与中心排气孔相通，高压气体被排出压缩机。吸气孔排气孔CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity低压气体从机壳顶部吸气管直接导入涡旋板四周，封在月牙形容积中，然后被压缩；高压气体由静涡旋体的中心排气孔进入排气腔，然后由排气管排出;十字滑环是上、下两面设置互相垂直的两对凸键的圆环，其作用是防止动涡旋体倾斜和自转。润滑系统：压差供油结构与工作过程CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity工作过程（图4-3）动涡旋体中心静涡旋体中心静涡旋体动涡旋体动涡旋体中心位于静涡旋体中心的右侧，涡旋外圈部分刚好封闭，此时最外圈两个月牙形空间充满气体，完成了吸气过程。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity压缩腔排气孔随着曲轴转动，动涡旋体作回转平动，动静涡旋体保持良好啮合，外圈两个月牙形空间中的气体不断向中心推移，容积不断缩小，压力逐渐升高，进行压缩过程。工作过程CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity当两个月牙形空间汇合成一个中心腔室并与排气孔相通时，压缩过程结束，开始进入排气过程，直至中心腔室的空间消失，排气过程结束。工作过程排气孔CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity工作过程说明涡旋圈数为3圈，曲轴旋转3周(即曲轴转角1080°)，涡旋体外圈分别开启和闭合三次，完成3次吸气过程、1次压缩及排气过程。即每当最外圈形成两个封闭的月牙形空间并开始向中心推移成为内工作腔时，另一个新的吸气过程同时开始形成；不同的涡旋圈数，压缩过程的转角不同，涡旋圈数愈多转角愈大;吸气、压缩、排气等过程同时和相继在不同的月牙形空间中进行。外侧空间与吸气口相通，始终进行吸气过程，中心部位空间与排气孔相通，始终进行排气过程，中间月牙形空间一直进行压缩过程。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity涡旋式压缩机的特点吸、排气连续进行，从吸气开始至排气结束需经动涡旋体多次回转平动才能完成,故转矩较均衡，气流脉动小，振动小，噪声低；各月牙形空间之间压差较小，故泄漏少；进排气分别在涡旋外侧和内侧，减轻了吸气加热；采用排气冷却电动机，减少了吸气过热度，提高了压缩机效率；由于机壳内为高压排出气体，排气压力脉动小，振动、噪声小；余隙容积中气体没有向吸气腔的膨胀过程，不需进气阀，容积效率高，可靠性高。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity第二节涡旋式压缩机的啮合原理与型线1.渐开线和渐开线方程当一直线BK沿半径为rb的圆作纯滚动时，该直线上任一点K的轨迹就是该圆的渐开线。（1）渐开线的形成其中圆为基圆，直线为发生线，r为基圆半径发生线基圆基圆半径rBKCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity圆的渐开线方程B发生线KO基圆Axyαβφ当一直线BK沿半径为rb的圆作纯滚动时，该直线上任一点K的轨迹就是该圆的渐开线。rα为渐开线初始角，β为渐开线展角，φ为渐开角。渐开线方程为：)]cos()[sin()]sin()[cos(ryrxCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity2.涡旋的渐开线方程)]cos()[sin()]sin()[cos(iiiiiiiiryrx)]cos()[sin()]sin()[cos(00000000ryrx由于涡旋体有一定的壁厚，因此内外壁是有不同初始角+α和-α的渐开线构成：内壁：外壁：)]cos()[sin()]sin()[cos(ryrx圆渐开线方程为：CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity基圆半径渐开线起始角涡旋体壁厚涡旋体节距涡旋体高压缩腔室对数涡旋圈数3.主要涡旋参数rrt2rp2hN4/1NmCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity目前仅有小型全封闭及开启式两种机型，采用氟利昂工质。主要用于汽车空调及家用及商用热泵型空调器中。第三节结构CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity1.立式全封闭型－机壳内低压1、吸气冷却：吸气后直接冷却电机。2、润滑系统：油泵供油。通过偏心油道和曲轴上的径向供油孔分配到润滑部位。3、底部设有挡油板：防止压缩机启动时油起泡油雾大量进入压缩室。4、机壳：低压机壳。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity2.卧式全封闭型•适用于高度受到限制的压缩机。•采用高压机壳，排气用于冷却电机。•采用摆线形转子油压泵供油•装有两个排油抑制器，用以分离油雾。•采用主、副轴承对主轴进行支撑。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity3.CO2涡旋式压缩机•设置了排气阀，防止高压气体回流造成效率降低。•采用球形联接器防止动涡旋盘自转并承受动涡旋体上的轴向力。•采用径向柔性机构调节两涡旋盘间的间隙，确保密封。•结构更加紧凑。4.喷气增焓涡旋式压缩机为了解决空调器在寒冷地区冬季制热时制热量的不足、效率低下、排气温度过高等问题而开发出来的一种技术。典型的喷气增焓系统有两种类型：经济器系统和闪发器系统。喷气增焓，在排气温度不高的情况下，可以控制节流阀优化经济器的换热性能，获得最大换热量；在排气温度较高时，可以通过调节节流装置控制排气温度，保证可靠运行。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity效率高吸气、压缩、排气连续单向进行，直接吸气，因而吸入气体的有害过热小；没有余隙容积中气体的膨胀过程，容积效率高（高达95％以上）；两相邻压缩腔中的压差小，气体泄漏少；动涡旋体上所有接触线转动半径小，运动速度低，摩擦损失小；无吸气阀，也可不设置排气阀，气流的流动损失小；涡旋式压缩机的效率比往复式约高l0％。涡旋式压缩机特点CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity力矩变化小，振动小，噪声低压缩过程较慢，可同时进行两三个压缩过程，机器运转平稳，且曲轴转动力矩变化小，其转矩为滚动转子式和往复式的1/10；气体基本连续流动，吸、排气压力脉动小，因此振动、噪声小。涡旋式压缩机特点CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity结构简单，体积小，重量轻，可靠性高•构成压缩室的零件数与滚动转子式及往复式之比为1:3:7，其体积比往复式小40％，重量轻15％；•没有吸、排气阀，易损件少；有轴向、径向间隙可调的柔性机构，能避免液击，可靠性高；由于采用气体支承机构，故允许带液压缩，一旦压缩腔内压力过高，可使动盘与静盘端面脱离，压力立即得到释放。•在高转速下运行可保持高效率和高可靠性，其最高转速可达13000r／min。制造需高精度的加工设备、检验设备和精确的装配技术，制造成本高于其他类型的压缩机。涡旋式压缩机特点CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity涡旋式压缩机的优点压缩室由一对涡旋盘组成扭矩变化小振动小、噪声低同时对称地形成几个压缩室反复冲击部分少效率高不需要吸气阀、排气阀零部件数量少可靠性高回转半径很小只有几毫米相对滑动速度低体积小重量轻没有余隙容积内部泄漏、通道损失少、容积效率高CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity优化结构，简化生产工艺，降低生产成本涡旋体型线研究，提高密封性能，减少磨损双作用压缩机：采用双作用涡旋盘，动涡盘的两面有完全对称的型线，分别与两侧的静涡旋盘型线啮合。此结构两侧气体力完全平衡，可减少轴向磨损和气体泄漏。扩大应用范围（低温领域、新工质）计算机仿真优化设计采用新材料、新机构，减少机械摩擦损失、气体泄漏损失、传热损失和气流阻力损失，提高涡旋压缩机的工作效率和工作可靠性变容量调节新技术：数码涡旋压缩机发展趋势及研究现状CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity第四节密封与防自转机构CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity一、涡旋式压缩机的泄漏泄漏途径•通过轴向间隙的径向泄漏•通过径向间隙的周向泄漏轴泄漏长度•径向泄漏：涡旋线长度•周向泄漏：涡旋体高度CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity二、密封机构1、轴向密封装置（1）接触式密封在涡旋体的端面开涡旋槽，内嵌密封元件。使涡旋体之间保持精密接触。材料可使用热压塑料或工程树脂条，也可使用层状耐磨金属。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity（2）非接触式密封涡旋体端面开油沟。润滑油通过供油孔充满油沟和轴向间隙，形成油膜。不仅起到阻止动静涡旋体接触，也能起到密封的作用。该结构需要在动涡旋背面设置背压腔，依靠背压腔内的气体压力防止动静涡旋体脱离。油沟密封CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversit