渦旋壓縮機(jī)工作原理.pdf

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1、 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 主要內(nèi)容 發(fā)展歷史 基本原理 渦旋壓縮機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 渦旋壓縮機(jī)幾何理論、型線及其修正 柔性補(bǔ)償機(jī)構(gòu) 防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的發(fā)展歷史 1905 年由法國(guó)人 Leon Creux提出渦旋機(jī)械的概念，并在美國(guó) 注冊(cè)專利 上世紀(jì) 70年代，高精度數(shù)控銑床的出現(xiàn)，給渦旋機(jī)械技術(shù)的發(fā) 展帶來(lái)了機(jī)遇 1975年美國(guó) ADL公司首次開發(fā)了渦旋式氦氣壓縮機(jī)，并應(yīng)用在 遠(yuǎn)洋海輪上，標(biāo)志著渦旋壓縮機(jī)實(shí)用化年代的到來(lái)，邁出了工 程開發(fā)關(guān)鍵性的一步 80年代初，渦旋機(jī)械首先在空調(diào)技

2、術(shù)領(lǐng)域取得了商業(yè)應(yīng)用，生 產(chǎn)了渦旋式汽車空調(diào)壓縮機(jī)（ Sanden， 1982）和柜式空調(diào)全封 閉渦旋壓縮機(jī)（ Hitachi， 1983） 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 谷輪（ Copeland ）公司于 1987年開始生產(chǎn)渦旋壓縮機(jī) 開利公司，特靈公司于 1992年開始生產(chǎn)渦旋壓縮機(jī) 80年代后期，渦旋機(jī)械在我國(guó)逐漸成為研究熱點(diǎn)，先后 有西安交通大學(xué)、甘肅工業(yè)大學(xué)、機(jī)械部通用機(jī)械研究所 等。 1987年試制出第一臺(tái)渦旋空氣壓縮機(jī) 1990s，渦旋壓縮機(jī)系列化產(chǎn)品相繼問世。日本松下電器 生產(chǎn)出家用空調(diào)用小型全封閉壓縮機(jī)；東芝推出列車空調(diào) 壓縮機(jī)；開利推出冷水機(jī)組上并聯(lián)用的渦旋

3、壓縮機(jī)；渦旋 空氣壓縮機(jī)也得到一定的發(fā)展。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)應(yīng)用 空調(diào)壓縮機(jī) 全封閉結(jié)構(gòu)，單機(jī)功率在 1-25HP范圍，制冷工質(zhì)可以是 R22、 R407C、 R410A等 制冷壓縮機(jī) 壓力比大，排氣溫度較高，一般采用加大潤(rùn)滑油或噴射制冷工質(zhì)的方法降低 進(jìn)行內(nèi)冷卻 ，目前有適用工質(zhì) R12、 R404A/R507和 R134a，功率在 2- 15HP. 空氣壓縮機(jī) 壓力比較高，且空氣會(huì)產(chǎn)生較多的壓縮熱，因而技術(shù)上難度較空調(diào)壓縮機(jī) 大。目前空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用包括無(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)和噴油渦旋空氣壓縮 機(jī)，單機(jī)排氣量一般在 1m3/min以內(nèi)，排氣壓力在 1Mpa以下。

4、 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的生產(chǎn)廠家 空調(diào)用渦旋壓縮機(jī) （ 0.7515 KW，一般 35 KW） 歐美： Copeland 目前全球最大的渦旋生產(chǎn)制造商。在全球年總產(chǎn)量 為 600萬(wàn)臺(tái)。冷媒有 R22、 R407C、 R410A和 R404A。 Carrier 92年開始推出產(chǎn)品，年產(chǎn)量 100萬(wàn)臺(tái)，生產(chǎn) 2-9HP的渦 旋壓縮機(jī)。 Trane 92年開始生產(chǎn) 7.5-15HP的渦旋壓縮機(jī) Danfoss 92年開始生產(chǎn) 7.5-30HP的渦旋壓縮機(jī)。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 日本： Dakin Hitachi Sande Sanyo Toshiba

5、_ Carrier Mutisubishi Electric ，數(shù)量上沒有一家可以和 Copeland 競(jìng)爭(zhēng)。 韓國(guó)： LG 電子， Century 生產(chǎn) 1.5-5.0 HP 渦旋壓縮機(jī) 中國(guó)： 蘇州 Copeland 西安 Dakin 廣州萬(wàn)寶 大連三洋 渦旋空氣壓縮機(jī) 瑞典 Atlas 日本 巖田涂裝 三井精機(jī) 1-15KW 功率范圍內(nèi)最受青睞的機(jī)型 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)基本原理 渦旋壓縮機(jī)的主要構(gòu)件有： 靜渦盤 動(dòng)渦盤 十字滑環(huán) 主軸 機(jī)架 靜渦盤與動(dòng)渦盤的渦旋體或渦圈一般均為相 同的漸開線構(gòu)成，偏心配置，相向安裝，且 相位相差 180度。 容積式壓縮

6、機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 圖 1 渦旋壓縮機(jī)基本零件 1 靜渦盤 2 動(dòng)渦盤 3 十字滑環(huán) 4 主軸 5 機(jī)架 圖 2 渦旋壓縮機(jī)基本機(jī)構(gòu) 1 靜渦盤 2 動(dòng)渦盤 3 十字滑環(huán) 4 主軸 5 機(jī)架 6 吸氣口 7 排氣口 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，易損件少，可靠性高。 無(wú)余隙氣體膨脹，吸氣過熱很小，泄漏小（相鄰容積 之間壓差?。?，容積效率高。 無(wú)氣閥，流動(dòng)損失??；動(dòng)盤運(yùn)轉(zhuǎn)速度低，整個(gè)機(jī)器摩 擦損失相對(duì)較小，機(jī)械效率高。

7、多個(gè)工作腔同時(shí)工作，轉(zhuǎn)矩均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 吸排氣過程連續(xù)，進(jìn)排氣的壓力脈動(dòng)小，故振動(dòng)小， 噪聲低。 作為一種回轉(zhuǎn)機(jī)械，與往復(fù)機(jī)械比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 吸氣過程主軸轉(zhuǎn)角可到達(dá) 360度，理論上渦旋壓縮 機(jī)的容積（進(jìn)氣）系數(shù)可大到 100% 。 排氣過程主軸轉(zhuǎn)角為 360度，這也是其它回轉(zhuǎn)壓縮 機(jī)無(wú)法比擬的。因此，排氣比較均勻，阻力損失相 對(duì)較小。 作為一種回轉(zhuǎn)機(jī)械，與其它回轉(zhuǎn)機(jī)械比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 對(duì)零部件的精度要求很高 工作腔無(wú)法實(shí)施外冷卻 受渦旋體高度的限制，流量大時(shí)渦盤直徑必 須增大，要求更大的平衡重

8、受工作腔密封與零部件強(qiáng)度的限制，排氣壓 力不宜過高，到目前沒有超過 3.0MPa的工業(yè) 產(chǎn)品。 渦旋壓縮機(jī)存在的缺點(diǎn)： 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的研究動(dòng)向 提高渦旋盤的生產(chǎn)效率； 減小機(jī)械摩擦損失、氣體泄漏損失，提高工作 效率和可靠性； 拓寬使用領(lǐng)域 適應(yīng)新的制冷工質(zhì)的要求 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的幾何理論 構(gòu)成渦旋壓縮機(jī)的 渦旋曲線可以采用 螺線、正多邊形的 漸開線以及圓的漸 開線 。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 若以漸開角（也叫展開角） 作為參變數(shù)，則 圓 的 漸開線可表示為： 考慮到渦圈有

9、一定的壁厚，渦旋體的外側(cè)及內(nèi)側(cè)漸 開線分別表示為： ( c o s s i n ) ( s i n c o s ) xr yr 0 0 0 0 0 0 0 0 ( c o s ( ) s i n ( ) ( s i n ( ) c o s ( ) xr yr ( c o s ( ) s i n ( ) ( s i n ( ) c o s ( ) i i i i i i i i xr yr 以 為參變數(shù) 以 為參變數(shù) 0 i 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 具有一定壁厚的渦旋體外側(cè)及內(nèi)

10、側(cè)的漸開線的方程還 可以表示為： c o s ( ) s i n s i n ( ) c o s i i xr yr 0 0 c o s ( ) s i n s i n ( ) c o s xr yr 都以為 參變數(shù) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 0 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的渦線參數(shù)： 基圓半徑 r 渦旋體壁厚 渦旋體節(jié)距 渦旋體高度 h 漸開線起始角 壓縮腔室對(duì)數(shù) N 渦旋圈數(shù) 動(dòng)、靜渦盤基圓中心距離 （回轉(zhuǎn)半徑） 2tr 2Pr 1 4mN 容積式

11、壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 創(chuàng)成法生成圓的漸開線 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 創(chuàng)成法生成圓的漸開線 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 基元容積隨轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系 記圓的漸開線展角增量 對(duì)應(yīng)的微元面積為 ， 則有： 由此求得圖中陰影部分的面積 為： d dS 21 () 2d S r d S 23 0 1 6S d S r 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) dr B A M（ x， y） d d 基圓 S 漸開線 r 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 定義渦圈最外側(cè)閉合時(shí)，動(dòng)渦盤轉(zhuǎn)角 =0 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 壓縮腔面積 2 計(jì)算用圖

12、2 9 2 532 6 1 rS l 23 A0= 2 7 2 332 6 1 rS s 52 Ai= S 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 由于形成兩個(gè) 2個(gè)形狀相同的壓縮腔，所以其容積為： 從中心壓縮腔數(shù)起的第 i 個(gè)壓縮腔容積的通式為： 2 2 ( 2 ) (3 )V S h p p t h ( ) ( 2 ) ( 2 1 ) iV p p t h i ( 2 )i 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 中心腔 1 的容積計(jì)算，分為兩種情況： 首先來(lái)看排氣角 的定義：工作腔和排氣孔開始連通時(shí) 的動(dòng)盤轉(zhuǎn)角。 先看 時(shí)中心腔容積的計(jì)算： * *0

13、 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 2* * 開始排氣時(shí)刻的回轉(zhuǎn)角， 稱作 排氣角 。 動(dòng)盤 *0 靜盤 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) *0 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 2* 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 中心腔 1的面積 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 中心壓縮腔 1 面積計(jì)算用圖 2 5 2 3321 6 1 rS 2 5 2 3321 6 1 rS 23 0322 3 0323 6161 rrS 2S 4S 4S S 23 0322 3 0323 6161 rrS 容積式壓

14、縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 0 2rr 0 2rr 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 中心腔的容積計(jì)算式為： 當(dāng) 時(shí)，由于所研究的中心腔 1 已與其外 側(cè)的壓縮腔 2 連通，所以只要將上式轉(zhuǎn)動(dòng) 便得到此 時(shí)的容積： 1 1 3 2 4 2 3 3 2 2 2 3 24 ( 2 2 2 ) 1 5 3 3 2 ( ) ( ) 2 ( ) ( 2 ) 3 2 2 2 3 V S h S S S S h r r r S S *0 * 2 1 1 3 2 4 2 3 3 2 2 2 3 24 ( 2 2 2 ) 1 9 7 7 2 (

15、) ( ) 2 ( ) ( 2 ) 3 2 2 2 3 V S h S S S S h r r r S S * 2 2 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 行程容積及排氣量 0 , 0 ,( ) ( 2 ) ( 2 1 ) ( 2 ) ( 2 1 )h i i N i NV V p p t h i p p t h N 對(duì)具有 N個(gè)壓縮腔室的壓縮機(jī)， 從工作腔容積計(jì)算的通式可以 得出，令 i=N， =0 ，則 成為行程容積 （ m3），即： 0, ()i i NV hV 壓縮機(jī)每分鐘的理論排氣量 為

16、： 壓縮機(jī)每分鐘的實(shí)際排氣量 為： thV nV 3( / mi n)tVm 3( / m in)Vm tvVV 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 定義渦圈最外側(cè)閉合時(shí)，動(dòng)渦盤轉(zhuǎn)角 =0 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) - 20 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 - 5. 0 x 10 -5 0. 0 5. 0 x 10 -5 1. 0 x 10 -4 1. 5x 10 -4 2. 0 x 10 -4 2. 5x 10 -4 3. 0 x 10 -4 3. 5x 10 -4 工 作 容 積 /(m 3 ) 曲 柄 轉(zhuǎn) 角 /度 容積式壓縮機(jī)

17、講義 渦旋式壓縮機(jī) 內(nèi)壓縮及開始排氣角 渦旋壓縮機(jī)的 內(nèi)容積比 是指形程容積與任意回轉(zhuǎn)角下個(gè)各壓 縮腔的容積之比， 即： 而 結(jié)構(gòu)內(nèi)容積比 是指形程容積與內(nèi)壓縮終了時(shí)壓縮腔的容積之 比， 即： () ()hi i Vv V * *() () h i i Vv V * * 21() 3 i Nv 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 開始排氣角 取決于刀具對(duì)漸開線的干涉情況。 改變渦旋體最里邊（即渦圈始端）的幾何形狀， 開始排氣角隨之發(fā)生變化。 渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)內(nèi)容積比，也就是渦旋壓縮機(jī)的 內(nèi)壓比就取決于始端的干涉條件，不能隨意改變， 這樣肯定限制了設(shè)計(jì)的自由度 。 * 排氣角的

18、確定 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) *o * 刀具的干涉及開始排氣角 動(dòng) 盤 靜 盤 2 1 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 刀具外圓方程為： 2 2 2( ) ( ) x r y r 外側(cè)漸開線方程為： 0 0 0 0 0 0 0 0 ( c o s ( ) s i n ( ) ( s i n ( ) c o s ( ) xr yr 220 0 0 02 s i n 2 c o s 2 ** 0 3 2 顯然，改變渦旋體最里邊（即渦圈始端）的幾何形狀，其 便不能用上

19、式確定。 * 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦圈型線齒端修正 排氣角由干涉條件確定，設(shè)計(jì)內(nèi)壓比不能隨意改變 ； 始端形成尖角，會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，在高壓下易損壞； 渦圈始端剛性降低，會(huì)產(chǎn)生過大的變形，導(dǎo)致磨損； 始端比較薄，加工時(shí)讓刀現(xiàn)象嚴(yán)重，難保證加工精度； 動(dòng)、靜盤脫嚙時(shí)，中型腔有一部分無(wú)效容積存在，將使 排氣過程平穩(wěn)性降低，增加功率損失和產(chǎn)生較大的氣流 脈動(dòng)與噪音。 渦圈齒端修正的必要性 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦圈齒端修正的原則 滿足結(jié)構(gòu)內(nèi)容積比的設(shè)計(jì)要求； 消除中心腔無(wú)效容積的存在； 增強(qiáng)齒端厚度，消除刀具干涉

20、，提高強(qiáng)度和剛度； 使可開設(shè)的排氣孔面積盡可能大，形狀易于加工； 齒端修正圓弧的最小曲率半徑不小于刀具半徑，以免刀具對(duì)齒 端形成干涉； 中心腔排氣開始時(shí)刻的內(nèi)壓力盡量與排氣背壓相等，以避免由 于過壓縮或不足壓縮所引起的附加功耗 。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 最常用的兩種齒端修正形式 對(duì)稱圓弧修正 cR cr 半徑 的圓弧稱為修正圓弧 半徑 的圓弧稱為連接圓弧 兩段圓弧滿足以下條件： 修正圓弧和渦圈內(nèi)側(cè)漸 開線保持一階連續(xù)； 連接圓弧和渦圈外側(cè)漸 開線保持一階連續(xù)； 連接圓弧和修正圓弧保 持一階連續(xù)。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 修正參數(shù)分析 2 2 2 2

21、2 c aa d a ccr a d ccRr * 2 對(duì)稱圓弧修正的 齒端自由變化參 數(shù)只有一個(gè)，即 修正角 a r c t a n cda 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 60 80 100 120 140 160 180 200 1 2 3 4 5 6 7 連接圓弧半 徑 排氣角 修正角 / ( d e g ) 連接圓弧半 徑 r c /(mm) 240 260 280 300 320 340 排氣角 * (deg) 修正角越大，排氣角越小，結(jié)構(gòu)內(nèi)容積比也越小 齒端 對(duì)稱圓弧 修正時(shí)，齒端自由變化參數(shù)只有一個(gè)，即修正 角 ；根據(jù)所要求的結(jié)構(gòu)內(nèi)

22、容積比可以唯一確定修正參數(shù)。 50 100 150 200 250 300 350 400 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 結(jié)構(gòu)內(nèi)容積比 v i 修 正 角 （ deg ） 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 對(duì)稱圓弧加直線修正 cR R r cr r r cd d r R L 通常取修正圓弧半徑 和修正直線長(zhǎng)度 作為齒端修正的基本參數(shù) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 齒端 對(duì)稱圓弧加直線 修正時(shí)，齒端自由變化參數(shù)有兩個(gè)， 修正圓弧半徑 和修正直線長(zhǎng)度 ；滿足一定要求的結(jié) 構(gòu)內(nèi)容積比的修正

23、結(jié)果并不是唯一的。 R L 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 修正參數(shù)對(duì)型線的影響 基圓 1 2 3 Y X 基圓 X Y 減小r 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 吸、排氣孔口設(shè)計(jì) 吸氣孔口與排氣孔口在任何主軸轉(zhuǎn)角時(shí)，都不得與內(nèi)壓 縮過程的任一壓縮腔連通。 吸氣孔口與排氣孔口的有效流通面積應(yīng)盡可能大，并具 有良好的啟閉特性，以減小流動(dòng)損失。 曲軸轉(zhuǎn)角達(dá)到設(shè)計(jì)排氣角時(shí)，排氣孔開始開啟，即盡量 避免過壓縮或不足壓縮引起的附加功耗損失。 在整個(gè)轉(zhuǎn)角的排氣過程中，排氣孔應(yīng)始終與排氣腔連通， 否則會(huì)導(dǎo)致排氣腔內(nèi)壓力急劇升高，功耗大幅增加，甚 至發(fā)生危險(xiǎn)。 容積式壓縮機(jī) 講義

24、渦旋式壓縮機(jī) 吸氣孔口 高壓殼體腔渦旋壓縮機(jī)的吸排氣孔口 低壓殼體腔渦旋壓縮機(jī)的吸排氣孔口 開設(shè)在靜渦盤上，可以軸向 開設(shè)，也可以沿側(cè)向開設(shè) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 排氣孔口 曲軸轉(zhuǎn)角達(dá)到設(shè)計(jì)排氣角時(shí)，排氣孔開始開啟，即盡量避 免過壓縮或不足壓縮引起的附加功耗損失。 任何時(shí)刻排氣孔都不能與中心排氣腔以外的其它工作腔連 通，以免產(chǎn)生內(nèi)泄漏或外泄漏，影響機(jī)器效率。 在整個(gè)轉(zhuǎn)角的排氣過程中，排氣孔應(yīng)始終與排氣腔連通， 否則會(huì)導(dǎo)致排氣腔內(nèi)壓力急劇升高，功耗大幅增加，甚至 發(fā)生危險(xiǎn)。 與中心腔連通的瞬間實(shí)際排氣面積要盡可能的大，以減小 整體排氣損失。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式

25、壓縮機(jī) ABCDEA區(qū)域 理論上排氣孔 可開設(shè)的最大 區(qū)域 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 圓形孔 腰形孔圓弧形孔 常見的排氣孔形狀 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 2BC a（ a） （ b） 2BC a圓形孔 腰形排氣孔 凸輪形排氣孔 圓形孔 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 不平旋轉(zhuǎn)衡質(zhì)量 不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量由 動(dòng)渦盤 與 曲柄銷 質(zhì)量之和構(gòu)成。由漸開線或其它型線構(gòu) 成的渦旋體，其質(zhì)心與動(dòng)渦盤中心不重合。一般設(shè)計(jì)時(shí)，在動(dòng)渦盤底板中心一 側(cè)減去一部分質(zhì)量或在另一側(cè)加上一部分質(zhì)量，以使整個(gè)動(dòng)渦盤質(zhì)心和動(dòng)盤基 圓中心重合。為此，必須先求出渦旋體的質(zhì)心。 質(zhì)心坐標(biāo)： 式中， 為渦旋體

26、的橫截面積。 Gs Gs x d S X d S y d S Y d S S 旋轉(zhuǎn)慣性力、旋轉(zhuǎn)慣性力矩及其平衡 為了減少機(jī)器的振動(dòng)，必須考慮慣性力及其力矩的平衡。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 設(shè)渦旋壁為均質(zhì)剛體，則渦旋壁的質(zhì)心就是其形心。 x， y平面上單位高度渦旋壁的形心 G。內(nèi)渦線形心 , GGXY 0 0 1 () 1 () G G X x d l L Y y d l L 0 21 () 2 d l r d L r d r L為內(nèi)渦線全長(zhǎng)； 為起始點(diǎn)位零的渦線終點(diǎn)展 開角。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī)

27、 0 0 2 c o s ( ) s i n ( ) () c o s ( s i n s i n ) 2 s i n 3 3 () G r r d X rd r 0 0 2 s i n ( ) c o s ( ) () s i n ( c o s c o s ) 2 c o s 3 3 () G r r d Y rd r 再求整個(gè)渦圈壁在 x， y坐標(biāo)上的形心 GX ( c o s ( ) s i n ( ) ) ( s i n ( ) c o

28、s ( ) ) xr yr 1 ( ) ( ) GGX x d SS 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 同樣的方法可得： 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 另一種一次平衡方法 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 動(dòng)渦盤的質(zhì)心一般并不處于動(dòng)渦盤的中心，一次平衡就是在渦盤底板 一定位置增加或減少一定的質(zhì)量，從而將渦盤的質(zhì)心移到渦盤中心，該 質(zhì)量稱為 一次平衡質(zhì)量 。 因?yàn)閯?dòng)渦盤的質(zhì)心有偏移，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣性力 ： 將旋轉(zhuǎn)慣性力 平移到動(dòng)渦盤中心，同時(shí)附加一個(gè)力矩 ，該力矩 是一個(gè)使動(dòng)盤產(chǎn)生自轉(zhuǎn)的力矩，其大小和動(dòng)渦盤的轉(zhuǎn)角有關(guān)，是一個(gè)周 期變化的力

29、矩： 該自轉(zhuǎn)力矩和由切向力產(chǎn)生的自轉(zhuǎn)力矩，最終都作用到防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。 動(dòng)渦盤質(zhì)心偏離越大，機(jī)器轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的自轉(zhuǎn)力矩越大，因此需要 對(duì)動(dòng)渦盤進(jìn)行一次平衡，將動(dòng)盤的質(zhì)心移到渦盤的中心上。 ImF 2Im mFm ImF zmM Im s i nzm mM F R 一次平衡和動(dòng)渦盤的旋轉(zhuǎn)慣性力 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 一次平衡有兩種方法： 采用 增加質(zhì)量 的方法時(shí)，所需增加的質(zhì)量為： 為動(dòng)渦盤的總質(zhì)量（包括渦圈、底板和動(dòng)渦盤軸承等 的質(zhì)量）。 一次平衡質(zhì)量到動(dòng)渦盤基圓中心的距離； 為了灌注一次平衡質(zhì)量而扣去的動(dòng)渦盤質(zhì)量，如果專 門用一個(gè)一次平衡重，則為 0。 采用增重法進(jìn)行一次

30、平衡后，動(dòng)渦盤的總質(zhì)量為： 1 1 m am a Rm m m R mm 1aR m 1mmaM m m m 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 采用 消減質(zhì)量 的方法時(shí)，所需消減的質(zhì)量為： 一次平衡質(zhì)量到動(dòng)渦盤基圓中心的距離； 采用消減法進(jìn)行一次平衡后，動(dòng)渦盤的總質(zhì)量為： 一次平衡后，動(dòng)渦盤的旋轉(zhuǎn)慣性力為： 應(yīng)當(dāng)注意的是，一次平衡后，雖然在渦圈的投影平面內(nèi)將 質(zhì)心移到了基圓的中心，但質(zhì)心在軸向的位置會(huì)發(fā)生變化。 1 1 m mm m Rmm R 1mR 1mmmM m m 2Im mFM 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 除動(dòng)渦盤產(chǎn)生的

31、旋轉(zhuǎn)慣性力外，由于曲柄銷也為偏心質(zhì)量， 同樣會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)慣性力： 為曲柄銷的質(zhì)量。 為了平衡這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)慣性力，在相反的方向加平衡重，使主 軸上的旋轉(zhuǎn)慣性力合力為 0，稱為 二次平衡 。 由于受結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)的限制，這幾部分旋轉(zhuǎn)慣性力不可能作用在一條直線上， 如果僅用一塊平衡重的話，對(duì)主軸承的慣性力矩得不到平衡， 因此，至少需要加兩塊平衡重。 平衡旋轉(zhuǎn)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力矩是為了使主軸達(dá)到力平衡和 矩平衡。這樣軸承就可以不受慣性力影響，消除振動(dòng)。 2Ip pFM pM 二次平衡和旋轉(zhuǎn)慣性力矩的平衡 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 主軸受力 : 對(duì)主軸的力矩（對(duì) 取矩 ）： 一般來(lái)講， 是確定的，

32、而平衡重的參數(shù) 是需要設(shè)計(jì)的，兩個(gè)平衡重有六個(gè)參數(shù)，只有兩個(gè)方程， 因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)機(jī)器的結(jié)構(gòu)和選擇的平衡重類 型，首先確定其中的四個(gè)參數(shù)，再求解出另外兩個(gè)參數(shù)。 I m I 2 1p Ib IbF F F F I m 1 1 2 2I b b I b bF z m F z F z pmMzmM 、 、 、 、 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 平衡重1 平衡重2 偏心質(zhì)量 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 泄漏通道及泄漏線長(zhǎng)度 徑向間隙 周向泄漏 軸向間隙 徑向泄漏 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 徑向泄漏和周向泄漏 通過徑向間隙的周向泄漏： 由于渦圈壁厚、曲軸

33、半徑的加工精度和裝配精度形成的靜態(tài)間隙； 機(jī)器運(yùn)行過程中，軸承油膜承受的壓力在各個(gè)轉(zhuǎn)角處不一致形成 的動(dòng)態(tài)間隙，在不同轉(zhuǎn)角位置，各個(gè)嚙合腔之間的間隙不同； 一般討論時(shí)，取徑向間隙為固定值， 10um左右。 通過軸向間隙的徑向泄漏： 由于渦圈高度的加工誤差形成的靜態(tài)軸向間隙； 采用軸向密封機(jī)構(gòu)的軸向力在不同轉(zhuǎn)角的變化形成的動(dòng)態(tài)軸向間 隙。 一般分析時(shí)，取軸向間隙為 20um左右。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 5 2 31 2 2 2 ( 2 ) 2l r d h p h 渦旋壓縮機(jī)的壓縮腔是由靜渦盤與動(dòng)渦盤形成的結(jié)構(gòu)空間， 氣體從高壓腔向低壓

34、腔中的泄漏通道如圖所示。 對(duì)于最里面壓縮腔的泄漏線長(zhǎng)度 ，當(dāng)回轉(zhuǎn)角為 時(shí)： 1l ( 2 ) 2il p i h ( 1 , 2 , . . . . . )iN 一般從中心腔數(shù)起到第 i個(gè)壓縮腔的泄漏線長(zhǎng)度為 : 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 密封及補(bǔ)償機(jī)構(gòu) 氣體泄漏密封措施主要包括： 減小泄漏通道的面積； 提高經(jīng)過通道氣體粘度； 提高泄漏通道的阻力系數(shù)。 渦旋壓縮機(jī)特有的柔性密封機(jī)構(gòu) 柔性就是指渦盤可以自由分合，主要作用是使壓縮機(jī)可以 始終保持磨合狀態(tài)，不會(huì)因磨損而造成泄漏。 后兩種方法常用的有加入適量潤(rùn)滑油、在結(jié)構(gòu)允許時(shí)采用節(jié)流 密封等。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī)

35、 理想的軸向密封機(jī)構(gòu)是保持渦旋體的齒頂面與對(duì)應(yīng)的渦盤 底面接觸，同時(shí)具有較小的相互接觸力。換句話說，評(píng)價(jià) 軸向密封機(jī)構(gòu)的好壞，一是看運(yùn)轉(zhuǎn)過程是否始終保持接觸， 二是看接觸力哪種較小。這樣既能使泄漏面積為“ 0”，又 能使機(jī)械摩擦功耗較少。 軸向密封機(jī)構(gòu) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 靜盤浮動(dòng)型軸向密封機(jī)構(gòu) Discharge check valve ； Dynamic discharge valve ； Pressure relief valve ； Floating seal ； Fixed scroll ； Orbiting scroll ； Oil service valv

36、e ； Sight glass ； Liquid injection ； DU bearing ； 11 Internal thermal protector ； 12 Lubrication ； 13 Mesh filter ； 14 Magnetic trap ； 15 Temperature sensor ； 16 Internal motor protection 動(dòng)盤背面剛性支撐，靜盤可軸 向微量移動(dòng)，在靜盤背部施加 合適的氣體力使其貼向動(dòng)渦盤， 這也被稱為靜盤跟隨技術(shù)。谷 輪公司和大金公司的機(jī)器均采 用這種技術(shù)。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 動(dòng)盤浮動(dòng)型軸向密封機(jī)構(gòu) 靜

37、盤作固定安裝，動(dòng)盤背面施加 一個(gè)氣體力或彈簧力或油的壓力 使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終貼向靜渦 盤而保證軸向間隙處的密封，這 方面以日立的機(jī)型為代表。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 軸向力平衡示意圖 a a g a bF F F 軸向力 軸向氣體力 軸向背力產(chǎn)生 動(dòng)盤浮動(dòng)型就是通過設(shè)計(jì)讓動(dòng)盤 獲得一定軸向背力，使軸向力變 為密封力，就是所謂的軸向力平 衡。使軸向力變?yōu)槊芊饬Γ褪?所謂的軸向力平衡。當(dāng)軸向力就 是密封力時(shí)，動(dòng)渦盤與靜渦盤實(shí) 現(xiàn)了軸向密封，此時(shí)密封面會(huì)對(duì) 動(dòng)渦盤產(chǎn)生一個(gè)反作用力，即軸 向密封反力 dF daFF 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 齒頂加密封元件的軸向密封機(jī)構(gòu)

38、三電公司的車用渦旋壓縮機(jī)為代表 動(dòng)、靜盤均作固定安裝，在渦旋齒 頂開槽，槽內(nèi)嵌入整體或多片組合 的密封條來(lái)消除軸向間隙實(shí)現(xiàn)密封 齒頂加密封元件 軸向密封機(jī)構(gòu) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)工作時(shí)，動(dòng)渦盤的回轉(zhuǎn)慣性力始終大于各壓縮腔中氣 體力在徑向的分力之和，也就是動(dòng)盤在運(yùn)行中本身有貼向靜盤的 趨勢(shì)，但它受到主軸曲柄銷或偏心軸孔的回轉(zhuǎn)半徑的制約。徑向 間隙的密封主要靠動(dòng)盤離心力來(lái)保證，徑向柔性補(bǔ)償實(shí)際上就是 提供一個(gè)可以自由改變回轉(zhuǎn)半徑的措施。 徑向密封機(jī)構(gòu) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 目前全封閉渦旋壓縮機(jī)中最常用的結(jié)構(gòu)型式 十 字 滑 環(huán) 機(jī) 構(gòu) 容積

39、式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 平 行 四 連 桿 類 機(jī) 構(gòu) HO O 是固定孔板的中心， 是可動(dòng)孔板的中心， 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容量調(diào)節(jié) 渦旋壓縮機(jī)特有的，也是近年來(lái)興起的一種容量調(diào)節(jié)方法 “ 數(shù)碼渦旋”。 所謂的數(shù)碼渦旋，主要指其制冷量可以按照所需量進(jìn)行 調(diào)節(jié)，主要包括壓縮機(jī) 0載荷的卸載狀態(tài)和 100載荷 的加載狀態(tài)的獲得和控制這兩種狀態(tài)的系統(tǒng)。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 主要由調(diào)節(jié)腔、提升活塞、節(jié)流孔、電磁閥及聯(lián)通管組成。調(diào)節(jié) 腔通過節(jié)流孔 與排氣腔聯(lián)通，提升活塞與靜渦盤連接，調(diào)節(jié)腔由 管路和電磁閥與進(jìn)氣管路連接。 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī)

40、 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式 主軸：通常為 20、 40Cr、 45鋼 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 十字滑環(huán) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 偏心量自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 0 渦圈 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的渦線參數(shù)： 基圓半徑 r 渦旋體壁厚 渦旋體節(jié)距 渦旋體高度 h 漸開線起始角 壓縮腔室對(duì)數(shù) N 渦旋圈數(shù) 動(dòng)、靜渦盤基圓中心距離 （回轉(zhuǎn)半徑） 2tr 2Pr

41、 1 4mN 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 定義渦圈最外側(cè)閉合時(shí)，動(dòng)渦盤轉(zhuǎn)角 =0 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的潤(rùn)滑及密封 密封 徑向密封：靠控制動(dòng)、靜渦盤渦旋體側(cè)之間的 徑向間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)。 軸向密封：靠密封條 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 潤(rùn)滑 壓差供油 離心供油 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 渦旋壓縮機(jī)的應(yīng)用 制冷與熱泵用渦旋壓縮機(jī) 高壓殼體渦旋壓縮機(jī) 立式 臥式 低壓殼體渦旋壓縮機(jī) 渦旋空氣壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦

42、旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī) 靜 盤 fixed scroll 動(dòng) 盤 orbiting scroll 歐氏機(jī)構(gòu) oldham coupling 動(dòng)盤軸套 orbiting scroll bearing 主 （ 支架 ） 軸套 main bearing 電機(jī) motor 油 泵 oil pump 磁 圈 Magnitic ring 下軸套 Lower bearing 回油管 carplary 高 壓 腔 higher pressure area 低壓腔 lower pressure area 排氣管 discharge pipe 吸氣管 suction pipe O ring seal 端密封圈 tip seal 冷凍機(jī)油 refrigerant oil 排氣 （ discharge gas） 吸 氣 （ suction gas） 筒 體 hermetic shell 容積式壓縮機(jī) 講義 渦旋式壓縮機(jī)