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《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡旋式压缩机《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机主要内容发展历史基本原理涡旋压缩机的特点及应用涡旋压缩机几何理论、型线及其修正柔性补偿机构防自转机构《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡旋压缩机的发展历史1905年由法国人LeonCreux提出涡旋机械的概念,并在美国注册专利上世纪70年代,高精度数控铣床的出现,给涡旋机械技术的发展带来了机遇1975年美国ADL公司首次开发了涡旋式氦气压缩机,并应用在远洋海轮上,标志着涡旋压缩机实用化年代的到来,迈出了工程开发关键性的一步80年代初,涡旋机械首先在空调技术领域取得了商业应用,生产了涡旋式汽车空调压缩机(Sanden,1982)和柜式空调全封闭涡旋压缩机(Hitachi,1983)《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机谷轮(Copeland)公司于1987年开始生产涡旋压缩机开利公司,特灵公司于1992年开始生产涡旋压缩机80年代后期,涡旋机械在我国逐渐成为研究热点,先后有西安交通大学、甘肃工业大学、机械部通用机械研究所等。1987年试制出第一台涡旋空气压缩机1990s,涡旋压缩机系列化产品相继问世。日本松下电器生产出家用空调用小型全封闭压缩机;东芝推出列车空调压缩机;开利推出冷水机组上并联用的涡旋压缩机;涡旋空气压缩机也得到一定的发展。《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡旋压缩机应用空调压缩机全封闭结构,单机功率在1-25HP范围,制冷工质可以是R22、R407C、R410A等制冷压缩机压力比大,排气温度较高,一般采用加大润滑油或喷射制冷工质的方法降低进行内冷却,目前有适用工质R12、R404A/R507和R134a,功率在2-15HP.空气压缩机压力比较高,且空气会产生较多的压缩热,因而技术上难度较空调压缩机大。目前空气压缩机的应用包括无油涡旋空气压缩机和喷油涡旋空气压缩机,单机排气量一般在1m3/min以内,排气压力在1Mpa以下。《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡旋压缩机的生产厂家空调用涡旋压缩机(0.75~15KW,一般3~5KW)欧美:Copeland目前全球最大的涡旋生产制造商。在全球年总产量为600万台。冷媒有R22、R407C、R410A和R404A。Carrier92年开始推出产品,年产量100万台,生产2-9HP的涡旋压缩机。Trane92年开始生产7.5-15HP的涡旋压缩机Danfoss92年开始生产7.5-30HP的涡旋压缩机。《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机日本:DakinHitachiSandeSanyoToshiba_CarrierMutisubishiElectric,数量上没有一家可以和Copeland竞争。韩国:LG电子,Century生产1.5-5.0HP涡旋压缩机中国:苏州Copeland西安Dakin广州万宝大连三洋涡旋空气压缩机瑞典Atlas日本岩田涂装三井精机1-15KW功率范围内最受青睐的机型《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡旋压缩机基本原理涡旋压缩机的主要构件有:静涡盘动涡盘十字滑环主轴机架静涡盘与动涡盘的涡旋体或涡圈一般均为相同的渐开线构成,偏心配置,相向安装,且相位相差180度。《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机图1涡旋压缩机基本零件1静涡盘2动涡盘3十字滑环4主轴5机架图2涡旋压缩机基本机构1静涡盘2动涡盘3十字滑环4主轴5机架6吸气口7排气口《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡旋压缩机的特点结构简单,体积小,重量轻,易损件少,可靠性高。无余隙气体膨胀,吸气过热很小,泄漏小(相邻容积之间压差小),容积效率高。无气阀,流动损失小;动盘运转速度低,整个机器摩擦损失相对较小,机械效率高。多个工作腔同时工作,转矩均匀,运转平稳。吸排气过程连续,进排气的压力脉动小,故振动小,噪声低。作为一种回转机械,与往复机械比较,具有如下优点:《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机吸气过程主轴转角可到达360度,理论上涡旋压缩机的容积(进气)系数可大到100%。排气过程主轴转角为360度,这也是其它回转压缩机无法比拟的。因此,排气比较均匀,阻力损失相对较小。作为一种回转机械,与其它回转机械比较,具有如下优点:《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机对零部件的精度要求很高工作腔无法实施外冷却受涡旋体高度的限制,流量大时涡盘直径必须增大,要求更大的平衡重受工作腔密封与零部件强度的限制,排气压力不宜过高,到目前没有超过3.0MPa的工业产品。涡旋压缩机存在的缺点:《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡旋压缩机的研究动向✓提高涡旋盘的生产效率;✓减小机械摩擦损失、气体泄漏损失,提高工作效率和可靠性;✓拓宽使用领域✓适应新的制冷工质的要求《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡旋压缩机的几何理论构成涡旋压缩机的涡旋曲线可以采用螺线、正多边形的渐开线以及圆的渐开线。《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机φ《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机若以渐开角(也叫展开角)作为参变数,则圆的渐开线可表示为:考虑到涡圈有一定的壁厚,涡旋体的外侧及内侧渐开线分别表示为:(cossin)(sincos)xryr00000000[(cos()sin()][(sin()cos()]xryr[(cos()sin()][(sin()cos()]iiiiiiiixryr以为参变数以为参变数0i《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机具有一定壁厚的涡旋体外侧及内侧的渐开线的方程还可以表示为:[cos()sin][sin()cos]iixryr00[cos()sin][sin()cos]xryr都以为参变数《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机δβφφ0ααφ《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡旋压缩机的涡线参数:基圆半径r涡旋体壁厚涡旋体节距涡旋体高度h渐开线起始角压缩腔室对数N涡旋圈数动、静涡盘基圆中心距离(回转半径)2tr2Pr14mN《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机创成法生成圆的渐开线《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机创成法生成圆的渐开线《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机基元容积随转角变化的关系记圆的渐开线展角增量对应的微元面积为,则有:由此求得图中阴影部分的面积为:ddS21()2dSrdS23016SdSr《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机drBAM(x,y)dd基圆S渐开线r《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机定义涡圈最外侧闭合时,动涡盘转角=0《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机压缩腔面积2计算用图θφ292532]61[rSl23A0[φ]=272332]61[rSs52Ai[φ]=S《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机由于形成两个2个形状相同的压缩腔,所以其容积为:从中心压缩腔数起的第i个压缩腔容积的通式为:22(2)(3)VShppth()(2)[(21)]iVppthi(2)i《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机中心腔1的容积计算,分为两种情况:首先来看排气角的定义:工作腔和排气孔开始连通时的动盘转角。先看时中心腔容积的计算:**0《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机θθθθ2**开始排气时刻的回转角,称作排气角。动盘*0静盘《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机θθθθ*0《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机θθθθ2*《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机中心腔1的面积《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机中心压缩腔1面积计算用图θ2523321]61[rS2523321]61[rS23032230323]61[]61[rrS—2S4S4SS23032230323]61[]61[rrS《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机02rr02rr《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机中心腔的容积计算式为:当时,由于所研究的中心腔1已与其外侧的压缩腔2连通,所以只要将上式转动便得到此时的容积:11324233222324(222)15332{()()}2()(2)32223VShSSSShrrrSS*0*211324233222324(222)19772{()()}2()(2)32223VShSSSShrrrSS*22《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机行程容积及排气量0,0,()(2)[(21)](2)(21)hiiNiNVVppthippthN对具有N个压缩腔室的压缩机,从工作腔容积计算的通式可以得出,令i=N,=0,则成为行程容积(m3),即:0,()iiNVhV压缩机每分钟的理论排气量为:压缩机每分钟的实际排气量为:thVnV3(/min)tVm3(/min)VmtvVV《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机定义涡圈最外侧闭合时,动涡盘转角=0《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机-2000200400600800100012001400-5.0x10-50.05.0x10-51.0x10-41.5x10-42.0x10-42.5x10-43.0x10-43.5x10-4工作容积/(m3)曲柄转角/度《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机内压缩及开始排气角涡旋压缩机的内容积比是指形程容积与任意回转角下个各压缩腔的容积之比,即:而结构内容积比是指形程容积与内压缩终了时压缩腔的容积之比,即:()()hiiVvV**()()hiiVvV**21()3iNv《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机•开始排气角取决于刀具对渐开线的干涉情况。•改变涡旋体最里边(即涡圈始端)的几何形状,开始排气角随之发生变化。•涡旋压缩机的结构内容积比,也就是涡旋压缩机的内压比就取决于始端的干涉条件,不能随意改变,这样肯定限制了设计的自由度。*排气角的确定《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机*o*刀具的干涉及开始排气角动盘静盘21《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机刀具外圆方程为:222()[()]xryr外侧渐开线方程为:00000000[(cos()sin()][(sin()cos()]xryr2200002sin2cos2**032显然,改变涡旋体最里边(即涡圈始端)的几何形状,其便不能用上式确定。*《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡圈型线齿端修正排气角由干涉条件确定,设计内压比不能随意改变;始端形成尖角,会产生很大的应力,在高压下易损坏;涡圈始端刚性降低,会产生过大的变形,导致磨损;始端比较薄,加工时让刀现象严重,难保证加工精度;动、静盘脱啮时,中型腔有一部分无效容积存在,将使排气过程平稳性降低,增加功率损失和产生较大的气流脉动与噪音。涡圈齿端修正的必要性《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机涡圈齿端修正的原则满足结构内容积比的设计要求;消除中心腔无效容积的存在;增强齿端厚度,消除刀具干涉,提高强度和刚度;使可开设的排气孔面积尽可能大,形状易于加工;齿端修正圆弧的最小曲率半径不小于刀具半径,以免刀具对齿端形成干涉;中心腔排气开始时刻的内压力尽量与排气背压相等,以避免由于过压缩或不足压缩所引起的附加功耗。《容积式压缩机》讲义涡旋式压缩机最常用的两种齿端修正形式——对称圆弧修正cRcr半径的圆弧称为修正
本文标题:涡旋压缩机工作原理
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