-滚动转子式制冷压缩机

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第四章 滚动转子式制冷压缩机,掌握的主要内容,1,、工作原理、,基元容积和压力的变化关系,2,、,热力性能,3,、受力分析,4,、输气量调节,第一节 工作过程和结构特点,结构特点,几个特征角及其影响：,吸气孔口后边缘角,构成吸气封闭容积，引起低压或真空,吸气孔口前边缘角,引起吸气回流,排气孔口后边缘角,影响余隙容积的大小,排气孔口前边缘角,构成排气封闭容积，造成再压缩。,排气开始角,决定了压缩比的大小,工作过程,切点的左侧,膨胀,切点的右侧,压缩,排气结束,排气开始,吸气结束,吸气开始,压缩开始,容积,转角和压力,转角图,主要结构形式及特点,立式结构,消声器,平衡块,储液器,吸气管,排气管,离心泵油。,固定方式：,气缸与机壳焊接在一起。,储液器的作用：,气液分离、储存制冷剂和润滑油、缓冲吸气压力脉动,电机冷却：,机壳内充满高压气体，吸气直接进入压缩机，减少了吸气过热，排气温度不高，冷却电机,卧式结构,排气消声器：,由辅轴承和薄钢板组成的空腔组成。,供油机构：,靠吸油和排油流体二极管将油从底部吸入通过供油管攻油。,主轴承,固定方式：,主轴承与机壳焊成一体。,吸油二极管,排油二极管,变频滚动式压缩机,3,、固定方式：,气缸与机壳焊接在一起,变频电机,平衡块,排气阀,消声器,消声孔,滑阀,回油管,特点：,1,、,变频调速进行无级能量调节,频率调节范围,30120Hz,，转速,16006200rpm.,2,、对转速范围宽的适应性：,采取一些减振和消声措施。平衡块降低高速时引起的振动。曲轴的表面处理。,双缸全封闭滚动转子式压缩机,排气管,吸气管,双缸双转子,排气消声器,特点：,动力平衡性好,双转子使负荷扭矩的变化平缓，减振，适用于大功率。,固定方式：,气缸和电机热套在机壳上,+,气缸与机壳焊接。,滚动转子式压缩机的特点与趋势,适用于小型冰箱和空调,。,优缺点：,零部件少，尺寸紧凑，重量轻。 效率对磨损和间隙敏感，气缸的利用率不高，压机和电机与机壳的刚性固定，减振更必要,.,变频压缩机,：,在日本，变频房间空调器是主流机型，容量范围在进一步扩大。,双缸双转子式,：,新机型，减小在低速范围内的振动。,提高经济性和可靠性,：,提高生产加工和装配技术，使装配间隙合适，最小化机械损失和气体压缩损失，开发高效率的电机。,第二节 主要热力性能参数,一、气缸工作容积的规律,滑片的运动,滚动转子式压缩机运动机构示意图,设计时一般,R,和相对偏心矩,作为结构参数确定下来,滑片的运动关系,运动位移,:,运动速度,:,运动加速度,:,根据几何关系，滑片与转子触点的运动关系：,气缸容积变化规律,压缩机每转一微小角度，吸气面积增加一微小,梯形面积,。,不计滑片厚度时，吸气缸横截面积：,气缸容积变化规律,计滑片厚度时，滑片伸入气缸中所占据的面积：,b,O,l,2,l,1,滑片局部放大,A,B,x,r,x,1,矩形面积,弦顶面积,压缩和排气缸横截面积：,气缸工作横截面积：,吸气缸横截面积：,吸气和压缩容积的变化关系,转子长度,若不计滑片厚度，则,吸气和压缩容积的变化曲线,设计特点,:1,、相对偏心距,影响气缸利用率，,2,、吸排气孔口位置,吸气口位置,排气口位置,二、输气量及其影响因素,1.,理论容积输气量,:,气缸工作容积,:,2.,实际容积输气量,:,容积效率,:,滚动转子式,压缩机的容积效率比,往复式,压缩机的大,.,1),容积系数,滚动转子式压缩机的容积系数较往复式的大,1),在,=4-,时,切点,T,以上封存的容积,2),排气阀座孔的容积,3),排气孔口附近及以上的气缸被削去的部分,(,减小过度压缩,).,余隙容积小,膨胀过程短,压比大,绝热膨胀,.,排气结束,排气开始,吸气结束,吸气开始,压缩开始,余隙容积的组成,:,2.,压力系数,3.,温度系数,吸气通过吸气管直接进入气缸,因吸气管处于高温高压的机壳中,吸入气体仍被加热,.,滚动转子式压缩机无吸气阀,吸气压缩损失小,压力系数约为,1.,4.,泄漏系数,泄漏途径,:,1),转子与气缸的切点处、滑片与转子的接触点处的径向间隙。,2),转子两端面处的轴向间隙。,3,）滑片两端面的轴向间隙。系数随转速变化。,滚动转子式压缩机的泄漏系数较往复压缩机的小。,5.,回流系数,压缩开始,吸气结束,2 2+,吸气回流过程,压缩结束,或排气开始,压缩开始,压缩过程,三、压缩过程,对多变压缩过程：,状态点,压缩过程中的压力,转角关系,忽略排气阀阻力和滑片厚度。,压缩结束,或排气开始,对多变压缩过程：,压力,转角曲线,四、功率和效率,1.,等熵功率,2.,指示功率,第三节 受力分析及主要结构参数,一、转子的受力分析,吸气口,排气口,e,l,L,1,1.,作用于转子上的气体力的合力：,由几何关系：,对三角形,AOO,1,有：,故,吸气口,排气口,e,l,L,1,利用关系：,可求得力的作用面宽度：,1.,气体力（,N,）,气体力构成轴承的负荷并使转子弯曲,2.,阻力矩,(N.m),和飞轮矩,吸气口,排气口,e,l,L,1,2),气体力产生的阻力矩,:,1),摩擦力产生的阻力矩,:,摩擦功率,总阻力矩：,注意转子的旋转方向！,转子所受气体力和阻力矩的变化曲线图,M,曲线下的面积为压缩机的轴功率：,排气开始时,峰值确定轴承的最大负荷,阻力矩,驱动力矩,飞轮矩,3.,旋转惯性力及力矩的平衡,滚动转子,电动机转子,a,b,1,）单缸机的平衡,惯性力的平衡,惯性力矩的平衡,平衡块质量：,注意：在平衡惯性力的同时,应平衡力矩。质量应加装在电机转子的两端。,2,）双缸机的平衡,惯性力的（静）平衡,惯性力矩的（动）平衡,若两转子的惯性力相等，则只需对力矩进行平衡,滚动转子,电动机转子,L,1,L,4,L,2,L,3,二、滑片的受力分析,滑片所受横向气体力,滑片所受纵向气体力,弹簧力,往复惯性力,弹簧力保证滑片始终与转子接触,忽略摩擦力,三、主要结构参数,主要结构参数：气缸直径,D,、气缸（或转子）的长度,L,、转子相对偏心距,(=e /R),、相对气缸长度,(=L/D),。,结构参数根据热力计算确定。,1.,气缸直径,D,气缸工作容积,制冷量和工况已知，,进行热力计算确定,参数间的关系：,设计参数,2.,相对偏心距和相对气缸长度,1,）相对偏心距,的影响：,滑片位移：,滑片侧面的气体力：,转子的气体力：,a),愈大，气缸的有效利用率愈大,b),愈大，滑片的气体力增加，而转子所受气体力愈小,2,）相对气缸长度,的影响：,结论：选较大的,值有利,但不宜过大,.,结论：选较小的,值有利,但不宜过小,.,c),愈大，泄漏圆周长愈短，周向泄漏愈小。,3,泄漏间隙,主要间隙：,1,）转子端面间隙,2,）转子径向间隙,3,）滑片端面间隙,4,）滑片槽侧面间隙。,对滚动转子式压缩机，泄漏对性能和寿命的影响是重要的！,间隙大，泄漏大，能效比小，间隙小，摩擦功率大，能效比小。存在最佳间隙。,因此,开发减小泄漏的新结构,如摆转式滚动压缩机。,Swing Compressor,摆转式压缩机,特点,:,转子与叶片铸造成一体,与轴瓦一起使压缩平稳,减少滑阀与转子的泄漏和混合油引起的摩擦,效率和可靠性更高,采用变频,在中低速,(,泄漏小,),，效率和节能显著,且面向替代工质,HCFC,407C,和,410A,.,日本大金,(,DAIKIN,),公司正在用它代替传统的滚动转子式,.,一、变频调节,特点：节能、舒适、启动快、温控精度高,连续调节,且易实现自动化,.,1.,交流变频器调速,Alternating current inverter,控制电路的调制方式,:,脉宽调制,和,脉幅调制,变频器的型式,:,电流源型和,电压源型,PWMpulse-width modulation,PAMpulse-amplitude modulation,(pulse duration),(pulse height),极数,转差率,感应,(,异步,),电动机转速,:,Induction motor,调节原理：通过调节交流电频率来改变电机转速,第四节 输气量调节,交流变频器结构,频率调节范围：,30120Hz,转速：,16006200rpm,空调用变频器多采用：,电压源型脉宽调制,方式,特点,：,1,）保持,U / f,约为恒定，使电动机的最大转矩在很宽的频率范围内保持恒定,(,频响特性,),，即转矩不随转速变化，只随负荷而变。,2,）主电路简单，负荷响应好。,微机部分,(,系统控制,),数字信号控制部分,(,波型,),整流器部分,(,交流变直流,),逆变器部分,(,直流变交流,),M,电动机,遥控器,温度传感器,被控温度,电源,（,50/60Hz),交流变频器结构,调节原理：调整直流电机电枢的电压来改变电机转速。,续流二极管,常数,周期性开闭开关,电机,PWM,调速原理,2.,直流变频器调速,Direct current inverter,直流变频器驱动直流电机,调速范围：,15008250rpm,直流电压,3.,变频调节带来的问题（高速时）,4.,杂质增加,5.,噪声增加,1.,运动部件的磨损增加,曲轴采用浸硫渗氮处理增加耐磨性,2.,排气阀的流阻损失增加,高速时,排气量增加,流速增加,因而流阻增加,此外,气体推力增加,使气阀弹簧力相对过软而延迟关闭,延迟关闭时所受气体力与弹簧力同方向,且气体力较大,使阀片受较大的冲击力而破损,.,采用特殊阀片材料和高性能的气阀,.,3.,润滑油循环率增加,会降低换热性能增加压力损失。,采取回油措施减少耗油量。,二、旁通调节,吸气,排气,压缩腔,旁通孔,旁通回路,排气阀,1.,单缸机旁通调节,旁通孔的位置决定了调节量的大小,.,2.,双缸机旁通调节,电磁阀,卸载阀,电磁阀控制卸载阀对右气缸吸气孔口的关闭,卸载一个气缸,输气量减半,.,3.,多机并联调节,通过调节停机台数来调节输气量,.,一、振动源与噪声源,二、消减振动和降低噪声的措施,1.,提高曲轴的动力平衡性,平衡质量应满足力平衡、力矩平衡和,一阶振型平衡,.,系统振动具有本征模态，例两端固定的绳的速度的一阶和二阶振型为：,第五节 滚动转子式制冷量压缩机的振动与噪声,振动源,:1),曲轴扭矩振动,2),旋转不平衡惯性力,3),压力脉动,噪声源,:1),电磁噪声 电磁力引起的振动,2),制冷剂的气流噪声,3),机械噪声,2.,控制曲轴的旋转不均匀度,增加旋转质量的惯性矩,3.,机壳的优化设计,改善机壳的刚性、形状和材料,4.,消减气流脉动,设置脉动衰减器、消声器,5.,降低电磁噪声,控制曲轴与定子间的偏心,以降低气隙间电磁失衡的不均匀性,.,6.,降低机械噪声,.,改善气阀设计、控制摩擦副间的间隙，保持良好润滑,8.,有源噪声控制降噪方法,Active noise control,Passive noise control,通过噪声频谱分析，利用声学原理，产生反噪声的干涉波，与噪声波相抵消。这是一种积极的噪声控制方法。该技术的优点是：在低频范围的消声量大、体积小且不产生气体的阻力损失。,7.,降低停机过程中的振动和噪声通过切断控制系统控制在曲轴弱反转或突然停止的转角范围内切断电动机电源,(,减小运转的惯性加速度,),