第六章蜗旋压缩机

第五章螺杆式制冷压缩机(SCROLLCOMPRESSOR)前言法国工程师LeonCreux发明，1905年取得美国专利；属回转容积式压缩机，已被广泛用于空调和制冷机组中初期问题：型线加工、啮合与泄漏、轴向力平衡应用70年代实用化•潜艇用氦气涡旋压缩机•美国A.D.L公司、瑞士开发的氟利昂、氨气等工质的涡旋压缩机、80年代在日本实现商业化•三电公司汽车空调用压缩机（1982）、日立制作所大批量生产有取替滚动转子式压缩机的趋势。主要品牌：日本日立、三菱、三电公司，美国凯利、卡布兰公司的产品第一节工作原理与总体结构一、工作原理1、结构（1）动盘和静盘布置：相错180o对置而成;基元容积：轴向在几条直线(在横截面上则是几个点)上接触并形成一系列月牙形容积;动盘驱动：由一个偏心距很小的曲柄轴驱动，绕固定涡旋盘平动，两者间的接触线在运转中沿涡旋曲面移动;动静盘间的相对位置（配合）保证：借安装在旋转涡旋盘与固定部件间的防自转环（如十字滑环）来保证。动盘上任一点的回转半径均为曲柄销的回转半径带动动盘旋转的转轴，为静盘的中心轴（1）动盘和静盘（2）曲柄轴（3）防自转机构----确保动盘相对静盘作回转平动与动盘底部滑块配合有十字滑环块、球形联轴节、柱形销联轴节等形式。（4）吸、排气口：吸气口设在固定涡旋盘的外侧面，径向布置；排气口为固定涡旋盘上的轴向中心孔。（5）机体12吸气终了开始压缩排气的动静盘位置如为三圈涡旋：气体从外围压缩直至排出，动盘需转动三圈；转动三圈，吸排气三次。动盘围绕静盘的中心逆时针方向作无自转的回转平动动盘二、总体结构图5-3为一空调用涡旋式制冷压缩机结构总图。制冷量1.8kW的卧式全封闭涡旋式压缩机，它适用于压缩机高度受到限制的机组。三、特点涡旋式制冷压缩机有如下特点（与活塞式比较）：1、效率高（比活塞式效率高10％）相邻两室的压差小，气体的泄漏量少；吸气、压缩、排气连续单向进行，直接吸气，吸入气体有害过热小；没有余隙容积中气体的膨胀过程，因而输气系数高；旋转涡旋盘上所有接触线转动半径小，摩擦速度低，损失小，吸、排气流动损失小；机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机的输气系数。涡旋式制冷压缩机的特点2、转矩变化幅度小、振动小、噪声低（比活塞式低5dB(A)）压缩过程较缓慢，并可同时进行两三个压缩过程，机器运转平稳，而且曲轴转动力矩变化小；其次，气体基本连续流动，吸、排气压力脉动小。无吸、排气阀，可靠性高，噪声低。涡旋式制冷压缩机的特点3、易损件少，可靠性好，体积小，重量轻。没有吸、排气阀，可靠性好；涡旋式压缩机同活塞式压缩机相比，体积小40％，重量减轻15％。4、采用轴向、径向间隙可调的柔性机构（气体支承），允许带液压缩。5、涡线体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加工设备及精确的调心装配技术。这就限制了它的制造及应用。6、密封要求高，密封机构复杂。第二节输汽量调节一、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ηtS及输汽系数λ的比较。变速调节时的振动与噪声特性比较二、多机并联运行调节并联运行特性曲线三、变容量旁通调节变容量涡旋式压缩机的调节特性曲线四、影响涡旋式压缩机性能的主要因素1、对电机输入功率的影响造成全封闭式涡旋压缩机电机输入功率偏大的原因，在压缩机实际工作过程中是非常复杂的，但主要有：电机损耗过大（包括铜损、铁损，这与电机材料和加工工艺有关）；压缩机工作过程引起的功率消耗。具体有:1）机械摩擦当压缩机工作时，动、定盘之间，防自转滑环与配合键槽之间，曲轴与各被驱动面(轴承)之间接触并发生相对滑动等，不可避免的产生摩擦损失。①动盘与定盘之间的摩擦损失动、定盘间的摩擦损失,即是压缩机工作腔内的摩擦损失,若动定盘的涡旋线、齿顶、底面,或镜板面因加工精度、平面度、位置度等没有达到要求,则会在这些地方产生异常摩擦;或者压缩机整机含尘量较高,又或者固体尘埃(如焊渣、加工余屑等)颗粒直径过大，也会造成压缩机工作腔内异常摩擦,严重时甚至影响压缩机正常工作。②防自转滑环与各配合键槽之间的摩擦损失防自转滑环主要用于防止动盘的自转运动,在压缩机工作过程中,防自转滑环在机架和动盘上分别沿垂直方向上与键槽滑动配合,在滑动过程中产生滑动摩擦损失。若十字键或键槽的垂直度、平行度、光洁度、平面度超差较大时,则会增大摩擦,加大功耗。另外,因为对立式涡旋压缩机防自转滑环是直接与机架上的支撑面接触的,在运动过程中,也不可避免产生摩擦损失。③曲轴与各驱动面间的摩擦损失电动机驱动力是通过曲轴转动,从而带动动盘旋转来完成吸气、压缩、排气的过程。由于曲轴中心线与滑动轴承的中心线重合是非常困难的,而且由于加工误差和装配误差的影响,轴和轴承常常是偏心的,由此而产生的摩擦损失也是必然的,另外止推轴承与主轴承内圈之间也存在摩擦损失。④润滑油的影响以上各摩擦面、啮合面都必须有足够的润滑,才能保证压缩机安全、可靠、高效的工作。在制冷压缩机中,不论是强制冷却或是自然风冷,润滑油总是在降温后由上油孔或上油管进入各摩擦面,吸收十字环、工作腔、轴承等处的热,随高压气体经排气口排出,从而保证压缩机正常工作。但是如果润滑油量过多时,则会随排气进入系统且滞留在冷凝器、蒸发器等处,影响两器换热,严重时会影响压缩机正常工作。以上涡旋压缩机各零部件制作过程中主要质量监控点,若失控,将直接影响压缩机正常工作,或明显影响压缩机性能。2）流体阻力①动盘运动引起的流动阻力损失当动盘旋转时,因其背面受中间压力腔中流体(包括气体、油气混合物)阻碍,会产生流动阻力损失,阻力大小与动盘背部结构、几何尺寸、旋转角度及流体密度有关。②平衡块的流动阻力损失平衡块所在空间是具有一定压力的气体,油或油气混合物,当平衡块随曲轴一起旋转运动时,会产生阻力损失,阻力大小与平衡块几何尺寸、流体扰动系数、粘度、密度等有关。③吸、排气阻力损失气体流动时,由于气体内部的摩擦以及气体与管壁之间的摩擦,而导致流动阻力损失。当气体通过吸气管道和吸气阀(逆止阀)时,产生阻力损失,使吸气压力降低,既减少了吸气密度,相应地使实际排气量降低,降低了容积效率;同样地,排气孔口处的流动阻力,使得压缩机实际排气压力升高,而使功耗增加。2、气体泄漏1）气体泄漏种类气体泄漏可分为内泄漏和外泄漏。内泄漏是指压缩机各压缩腔之间,压缩腔与背压腔之间的气体泄漏,表现为高压气体向低压腔泄漏,再从低压腔压力压缩到泄漏前压力,造成重复压缩消耗功率,所以内泄漏直接结果为增加功耗。外泄漏是指压缩机在吸气过程中与外界(大于吸气压力的高压气体)进行气体交换。显然,高压气体进入到吸气腔内膨胀,并占据空间,使得实际吸气量减少。即外泄漏不仅使功耗增加,而且还减少吸入气体量,使排气量减少和制冷量降低。2）泄漏通道①内泄漏涡旋压缩机中,内泄漏的发生途径主要有工作腔之间的泄漏,工作腔与背压腔之间的泄漏,安全阀孔泄漏等。②工作腔之间的泄漏径向泄漏:气体或油中溶解的工质通过轴向间隙产生的泄漏。轴向泄漏:气体或油中溶解的工质通过径向间隙产生的泄漏。③工作腔与背压腔之间的泄漏中间压力腔与背压腔之间的气体、或油中溶解的工质的交换。背压腔与动盘端板面密封之间的气体或油气混合物的交换。④安全阀孔泄漏主要是排气缓冲腔内的高压气体通过安全阀孔泄漏到低压工作腔。所以,目前有些压缩机在确保正确使用的前提下,也采用取消安全阀的设计,以减少内泄漏,提高压缩机效率。外泄漏主要是指由于定盘吸气孔O型环密封性差,导致高压气体进入吸气腔的泄漏。3、吸气预热吸入气体受压缩机机体或环境加热,使吸入气体密度减少,实际吸气量减小,从而实际排气量减小,制冷量降低,功耗增加。有资料表明,吸气预热每增加3℃则能效比下降1%。4、总结综上所述可知,影响涡旋压缩机性能的因素是错综复杂的,它包括了设计、制造和使用等各个环节,除以上分析的因素外,还有如吸油管搅油损失,气体流动摩擦损失,动定盘材料(热膨胀系数)影响,动定盘齿高选配等。在涡旋压缩机生产过程中出现能效比偏低时,则应抓住主要矛盾,系统化分析原因,才能行之有效地解决问题。