涡旋式压缩机

第 五 章 、 涡 旋 式 制 冷 压 缩 机工 作 原 理 、 总 体 结 构 及 特 点热 力 过 程 分 析运 动 机 构 受 力 及 分 析密 封 与 防 自 转 机 构输 气 量 调 节主 要 内 容 第一节 涡旋式制冷压缩机工作原理 第 一 节 涡 旋 式 制 冷 压 缩 机 工 作 原 理一 、 涡 旋 式 压 缩 机 工 作 原 理1、 基 元 容 积 形 成 静 涡 旋 体 与 动 涡 旋 体之 间 形 成 的 月 牙 形 的基 元 容 积 。 2、 工 作 过 程 动 涡 旋 体 O2围 绕静 涡 旋 体 中 心 O1作平 面 运 动 （ 无 自 转 ）lab 吸 气 lcf 压 缩lgj 排 气 3、 特 点无 吸 、 排 气 阀 ， 结 构 简 单 ，噪 声 低吸 气 排 气 同 时 进 行 ， 效 率 高每 三 周 完 成 一 个 工 作 循 环无 余 隙 无 膨 胀 过 程 ， 效 率 高曲 线 形 状 复 杂 ， 加 工 精 度 高 4、 总 体 结 构1） 全 封 闭 立 式 涡 旋 式 压 缩 机l体 内 高 压减 少 吸 气 过 热提 高 效 率体 内 低 压电 机 冷 却寿 命 长 l特 点 ： 形 成 背 压 ，平 衡 工 作 力高 压 缓 冲 ，减 少 压 力 脉 动压 差 泵 供 油 3） 汽 车 空 调 用 涡 旋 式 压 缩 机2） 卧 式 全 封 闭涡 旋 式 压 缩 机 三 、 涡 旋 式 压 缩 机 特 点1、 效 率 高 比 往 复 式 高 10%，2、 力 矩 变 化 小比 往 复 式 低 10%，压 力 变 化 小 ， 噪 声 低3、 结 构 简 单 ， 体 积 小往 转 涡 =1 3 7 （ 零 件 数 ）体 积 比 往 复 式 小 40%， 轻 15%可 高 速 13000r/min 四 、 发 展 趋 势1、 涡 旋 体 线 型 研 究 开 发修 正 中 心 腔 涡 旋 线 ， 以 降 低 涡 旋 体 顶 端 接 触 应 力采 用 变 基 圆 半 径 渐 开 线 ， 以 提 高 效 率 及 可 靠 性采 用 混 合 基 圆 半 径 渐 开 线 或 代 数 螺 旋 线 以 提 高 可 靠 性采 用 双 涡 旋 体 型 线 以 增 加 单 机 容 量 2、 扩 大 容 量变 频 涡 旋 机 ，双 机 共 壳3、 扩 大 应 用 范 围开 发 低 温 涡 旋 压 缩 机 ，涡 旋 充 气 泵 ，空 气 压 缩 机4、 理 论 研 究新 线 型 ，优 化 设 计 第 二 节 热 力 学 过 程 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 t 2r ， 涡 旋 体 节 距 P 2r 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 ： 32220 0 6121 rdrdss drdrrds 2)(21)(21 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 drS L 22902 )(21 drSs 22702 )(21 htPPhSV rdrS )3)(2(2 )3)(2(2)(21 22 227292 290 2动 内 270 2静 外 P 2rt 2r b)对 基 元 ：c)对 任 一 基 元 ：d)对 基 元 ： htPPv )5)(2(3 htPP )132)(2( hSSSS hSv )222( 1413121111 hitPPvi )12)(2( 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 容 积 随 变 化 曲 线a)=0， 气 室 闭 合b) =2 ， 变 为 c) = *时 , 与 连 通 hNtPPvs )12)(2( 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 vsvt nvq 60 hNtPPn )12)(2(60 vtvva qq iTpvv 95.0,1,1,1 iTpv 95.0v 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 0 vx， p=ps02） 1 *压 缩 ， v由 vx， p由 ps0 pdk3） * 2排 气 ， v， p=pdk 2、 容 积 比 与 内 容 积 比1） 容 积 比 ： 吸 气 容 积 与 任 意 转 工 作 基 元 容 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 )()( v vv si 3 12)3)(2( )12)(2()(2 NtPP NtPPvi )()( i si vvv 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 开 线 展 角渐 开 线 起 始 角由 排 气 口 的 流 量 所 决 定 nisi vpp )()()( 10 ni N 3 12 023 nisi Vpp )()()( 0 五 、 压 缩 机 的 排 气 孔 口 流 量 由 气 体 的 连 续 方 程dtdvuA dtAdvu 2)22()21( 0)21()21( 22AhPu AhPu 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 itsi ww 0sdkts hhw 03600 svtii vqwp mimie pppp %90m 第 三 节 、 计 算 实 例用 R134a代 替 R22计 算 性 能 系 数全 封 闭 涡 旋 制 冷 压 缩 机 结 构 参 数涡 旋 体 节 距 ： p=18mm涡 旋 体 壁 厚 ： t=4mm涡 旋 体 高 ： h=24mm涡 旋 体 圈 数 ： m=325压 缩 机 转 速 ： n=2880r/min 给 定 空 调 工 况制 冷 剂 ： R134a蒸 发 温 度 ： t0=7.2 C冷 凝 温 度 ： tk=54.4 C吸 气 温 度 ： t1=35 C冷 凝 器 出 液 温 度 ： t4=46.1 C热 力 计 算各 制 冷 循 环 点 状 态 参 数 ： 图 5-241点 ：t 1=t0=7.2 C,p1=p0=0.377MPa,v1=0.053m3/Kg 第 四 节 、 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 F r： 曲 轴 ， 沿 旋 转 半 径 方 向 成 矩 Mr轴 向 力 Fa： 曲 轴 ， 沿 轴 方 向 成 矩 Ma 2、 切 向 力 ： AppFt )()( 211 hRA 11 1111 RRRR rR )21(1 rR )2( rR )23( 1 )23()2()21(11 rrrR )2()2(2 PrhppPFt )(2()( 211 )(2( 02010 sss ppppPp )(2( 11101 st PpF ）（ 同 理3、 切 向 力 矩 和 自 转 力 矩 ：1） 切 向 力 矩 （ 饶 o公 转 ）2） 自 转 力 矩 （ 绕 o自 转 ， 用 防 自 转 机 构 消 除 ）)(2()( 10 iist PpF RFM tt )()( )(2( 10 iis ihRPp )(21)( tz RFM 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 ：S 1由 式 5-9计 算 )1(2 )(2)( 0 21 rhp pprhF sr )1)(12()1()( 22120 iNiisa iPsPpF )1)(12()1()( 121212 bNibba iPsPpF 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 F bt,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 brrbrot hFhFM 2RFhFhFM aptrbtor 22 otoro MMM 四 、 涡 旋 体 旋 转 惯 性 力 及 力 矩 平 衡思 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)3 sincos3sin(2 2222 qqrxm )3 sincossin3cos(2 2222 qqrym 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 shm 11 2322 31 rrs )21( 2221 hrm 221 mm yxR 11 RmRm oo 22222 )21( o mmo R yxhrm 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 ：321 mmmmm o 321 orx FFFFF 2332211 )( oo RmRmRmRm 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 量m2-动 涡 旋 体 底 盘 质 量m3-动 涡 旋 体 轴 承 质 量F1-涡 旋 体 离 心 力 Fo-一 次 平 衡 离 心 力 F2-动 涡 旋 体 底 盘 离 心 力 F3-动 涡 旋 体 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 ： 2mRF rx 24 mRFrx 2 oorx RmF o 2 oorx RmF o 4 oo rxrxrxrx FFFF bFaFjFeF rxrxrxrx oo 4 上 述 公 式 联 立 即 可 求 出 平 衡 质 量 m0“、 m0 第 五 节 密 封 与 防 自 转 机 构一 、 涡 旋 式 压 缩 机 的 泄 漏1. 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2. 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 径周 qq 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1. 单 圆 曲 柄 径 向 密 封 机 构o 1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 。 2. 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o1 o2变 化 ， 间 隙 得 到 控 制3. 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1. 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 o 2转 动 特 点 ： 结 构 简 单 易 磨 损 ， 加 工 困 难 2. 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 3. 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 5-6、 输 气 量 调 节一 、 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 阀原 理 ：启 动 ：运 行 ：