YZ-12全封闭制冷压缩机的计算机辅助设计

封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 ：公开 学 号：040713 毕 业 设 计（论 文） 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 题目类型：设计 学生姓名：于冬至 专 业：热能与动力工程 学 院：机械工程学院 年 级：04 级 指导教师：吴立志 2008 年 5 月 12日北京 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 位论文电子版授权使用协议 论文简易式大型汽车清洗机的结构设计及控制研究系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、 文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系名称： 机械工程学院 作者签名：于冬至 学 号：040713 2008年06 月12 日 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 压缩机作为空调器的心脏,值得深入研究。滚动转子式压缩机具有效率高、零部件少、重量轻、体积小等优点,目前已广泛应用于小型家用空调系统中。本论文对过详尽的热力计算与动力计算，对主要部件如转子、曲轴、阀等进行设计计算，用手绘和对滚动转子式压缩机工作时出现的回油不良、制冷剂泄露等不良现象左研究与分析， 从空调的制冷系统设计和运行控制方面提出了相应的解决对策。 关键词:滚动转子, 压缩机, 计算机辅助设计 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 s on is of it is in at as so is to of as by in is we on of of an 一章前言 .题背景. .究意义. .献综述. .二章 热力计算与动力计算.力计算: .力计算: . .三章 主要零部件设计 . . . . 四章 压缩机供油系统的设计 . 27 . 第五章 偏心轴的强度校核 . . . .六章 易出现问题及解决方式 . . . . .论及展望 .用文献 .谢 .明 . 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 1第一章 前言 题背景 空调用滚动转子式压缩机最早由美国公司研制并生产,由此引发了空调用压缩机在结构上的巨大进步。但由于初期技术上的不完善,使该产品存在效率低、排温高、 振动噪声大等缺点,极大地阻碍了该类型机的发展。 从上世纪70 年代开始,日本在引进美国相关技术的基础上对压缩机的结构进行了开创性研究,在采用高精度的加工和检测手段,使零部件的加工精度达 到微米级的同时,又采用高磁通硅钢片和耐高温树脂漆包线,并且电机采用运转电容,使电机体积减小,可靠性大幅度提高,从而使滚动转子式压缩机的性能有了很大的提高。 经过三十多年的发展,滚动转子式压缩机的生产技术已日趋完善。作为房间空调器所常用的一种压缩机,与往复活塞式压缩机相比,具有容积效率高、 往复运动部件少、振动小、无需内部悬挂支撑弹簧、零部件少等优点。自20 世纪80 年代以来,对转子式压缩机的研究日趋活跃,并已实现商品化。 目前在国内外,滚动转子式压缩机已替代往复式压缩机而广泛应用于小功率的冰箱、空调及商用制冷设备中。如日本三菱、松下、东芝、日立、大金等,美国及我国的沈阳华润三洋、西安庆安、上海日立等公司都有该压缩机的系列产品。 1974年, 美国 由于已造成臭氧层的衰减并因此形成“ 空洞” 。另外, 由于温室效应” , 引起地球表面温度的卜升, 气候反常。 因此, 从1985年开始, 并连续几年在国际会议上成为讨论的重点, 并分别给出了而且期限还在不断提前。首先禁用的是 随后是美国、日本以及欧洲都已经大大提前完成, 从1996年开始完全禁止使用。 目前, 家用空调器中多采用 它的对于 虽然目前处 在尚可接受的范围之内, 但毕竟对大气臭氧层仍有一定的破坏作用, 并具有温室效应,因此最终将被替代。 随着世界范围内能源危机的到来,各国政府都在为经济可持续发展而积极推广封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 2节能降耗技术。 新一代的变频空调器因为具有节能效果明显的特点而大受市场的关注。目前国产的以交流变频调速为主的变频空调器已批量进入市场，以无刷直流调速型电动机为主的空调器的研发工作也已起步， 作为空调器的核心器件的压缩机更应首先展开研究。 究意义 我国的压缩机的需求量很大，对与压缩机质量的要求也很高。所以作为空调器的核心器件的压缩机更应首先展开研究。 现今我国的压缩机和国外的压缩机相比还有很大的差距，因此我们需要迎头赶上，加快对于压缩机的研究发展。目前，我国压缩机市场还面临着很大的竞争压力，欧美国家压缩机技术发展早，韩国、日本崛起的速度又快，并且它们又都看中了中国大市场。中国的压缩机生产商要想在在竞争中生存，就必须大力研究与发展改进自己的压缩机制造技术，提高自己压缩机的性能与质量，打造出自己的品牌去跟国外的品牌竞争，这样才能占领更多的国内外市场，不叫外国人把钱赚走。 滚动转子式压缩机与往复式压缩机相比，具有容积效率高，运动部件少，振动小，不需要内部悬挂支持弹簧，零部件少，摩擦损失小!运转平稳!噪音低!寿命长等优点，因而广泛应用于家用房间空调器中。在世界范围内能源危机的到来,各国政府都在为经济可持续发展而积极推广节能降耗技术的今天， 我们对压缩机的研究也需要更加深入，生产出环保节能的压缩机使我们的使命，这对整个世界都有重要的意义。 献综述 在滚动转子式压缩机内,各零部件之间的间隙很小,润滑油充斥其间,起润滑和密封作用。而制冷剂的泄漏主要是溶有制冷剂的润滑油泄漏到低压腔后,部分制冷剂蒸发造成的,这将影响到压缩机的制冷量、功率和效率。 目前为止还不能通过试验方法精确地测量压缩机内部各泄漏通道的泄漏量,只能借助多种的泄露模型，但这些都不是完全精确的。 滚动转子式压缩机的泄漏模型 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 3滚动转子式压缩机有六个泄漏通道,它包括滑片两端与气缸端盖间隙滑片两侧与滑槽的间隙3 ,转子两端与气缸端盖的间隙5 ,转子外表面与气缸内表面的径向间隙图所示： 若将间隙值设计得太大,制冷剂和油的泄漏量将大大增加,使压缩机性能下降，过小则摩擦功耗增加,导致压缩机性能降低。 滚动转子式压缩机的制冷量泄露量 2. 1 滑片与端盖间隙的泄漏量 311 +312 )/12( （1式中:滑片的宽度; 运动粘度,等于动力粘度与密度之比; 压缩腔,吸气腔的压力; 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 411 ,12分别为滑片与上下端盖的间隙量。 2. 2 滑片与滑槽间隙的泄漏量 32 ( + （1 3( + （1式中:m 指溶有制冷剂的润滑油密度; u 指滑片的线速度。 2. 3 转子与气缸端面间隙的泄漏量 ( (4 +5 )/12ro/ （1(2( (4 +5 )/12ro/ （1 式中:指转子转过的角度,以转子位于汽缸的最上端时为起点; 2. 4 转子径向间隙的泄漏量 6 （1式中:截面e 处压力,可取润滑油压力截面e 处润滑油的温度 1 + (k - 1)面e 处润滑油的流速Me( k ,R 分别为润滑油的临界温度,截面热过程指数和气体常数。 滚动转子式压缩机总的泄漏质量流量为: 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 5m = （1计算结果表明:通过径向间隙的泄漏量最大,其次是转子通向吸气腔的轴向端面间隙的泄漏量, 合理地设计这两部分间隙值,可以有效地降低泄漏损失,提高整机的容积效率。 回油不良会导致润滑不足、能力下降、过热、磨合面中磨屑不能及时带走而工作情况恶化的问题。 常见的回油不良的原因及相应的解决对策主要有以下几个方面： 制冷量过多 应根据压缩机的冷冻油充灌量或压缩机说明书所规定的制冷量来决定制冷剂量。为减少制冷剂过多对回油的不利影响，可在空调系统中增加储液器来减少制冷剂。追加储液器容积（于等于超过的制冷剂量（g）的12分之一。 配管不合适 如果循环管路过长，需要在循环管路上设集油弯； 管径过大，则在设计时考虑制冷剂带油所必须的流速度； 加装消音器或过滤器时，尽量使制冷剂的流动方向为从上到下，否则必须保证制冷剂带油所必须的流动速度； 在压缩机上加高效气油分离器，使大部分油在排出后立即被分离出来，回到压缩机壳体里； 在使用电子膨胀阀的空调系统中，如果管道过长或环境温度过低，那么必要时应在控制上加以考虑。 冷冻循环容积过大 在一拖空调中容易出现，应合理匹配两器和制冷剂充灌量，必要时在控制设计时加以考虑。 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 6压缩机吸气温度过低，造成压缩机吸气带液，冷冻油不能顺利通过回油孔返回压缩机，导致冷冻油被制冷剂稀释。正常运行时对于高背压缩机的底部壳体的温度比冷凝温度至少高5度。 断续运行间隔时间短 应保证压缩机启动后在3分钟后才允许停机，对于变频压缩机则应在每个频率点运行至少20秒后才允许停机。 在极低温条件下运行 制冷剂在低温下的缩机内液化，并与油互溶，压缩机启动时溶解在油里的制冷剂剧烈沸腾，使油液呈泡沫翻腾状，造成压缩机摩擦供油不足。可考虑在压缩机低温启动前给压缩机转子线圈通10使冷冻油里溶解的制冷剂蒸发。 毛细管不合适 吸入压力大，回液量过大 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 7第二章 热力计算与动力计算 21热力计算 制冷量:1470W 蒸发温度: 冷凝温度: 过冷温度: 吸气温度:35 制冷剂:计算过程 1,将所计算的工况表示在上，如图2据所用工质，查出有关特征点的状态参数值，包括压力 p, 比容 v, 温度 t, 比焓 s，为计算作好准备。 图 2环 2,主要参数计算: 00p = 1h = 4h =kg 2h = 1v =) 单位工质制冷量 0q (kj/封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 80q =1h 其中, 1h =kj/4h =kj/以 0q =170.7 kj/) 单位理论功 2h kj/ （23)理论质量输气量：0Q /0q =1470/0s (24)压力比 因为0t = 则有: 以 =)取k=由式11/ (26)压力系数 由于滚动转子压缩机没有吸气阀, 吸气压力损失通常认为1 7)温度系数 对于制冷剂A=0=0-3 B(,1t = (2式中,1t ,0t 发温度及压缩前吸气温度。 8)取泄漏系数 当精心设计选用较小间隙时。里取 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 9)输气系数: = (210)理论输气量: =0600/h (211)理论功率: 0 (212)主要结构参数: 60n ( 60)2(2 h (2式中. n转速,单位为r/里取n=2980r/气缸半径,单位为m, L气缸高度,单位为m. r滚动转子半径,单位为m 相对偏心距, =e/R e偏心距,e=单位为m。 因为设计时长径比 =相对偏心距 =据上述要求设计气缸参数 试设 L=由公式可求转子直径 60n 求 r=(符合要求 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 10 =符合要求 于是可以基本确定气缸的尺寸为： L=m D= r=3)取 = 0 由式可求 1+-1/k)1v / ( 2h (2= 14)取机械效率为5)取电动机效率为6)电功率 (217)指示功率 iP=(218)输入电功率 (219) Q /1670/ (222 动力计算: 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 11因为滑片将气缸分隔为吸气容积和排气容积两部分， 所以滑片是构成气缸工作容积的主要零件，它的运动规律影响气缸工作容积的变化。 如下图所示 : 图 2动转子式压缩机运动机构示意图 将滑片的位移看成是接触点连接1O ,1粗实线恰与往复式压缩机中的曲柄连杆相似，1偏心距。1O 相当于曲柄销中心, 转子半径r，相当于连杆大小头孔中心距，当气缸内圆半径为片位移为 X= 其中 可由几何关系得: =21222) + (2式中 为曲柄转角,规定转子在最上端位置时的转角 =00,令e/r= ,e/R= X=R (1 /2(1- ) (2其中R= =入 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 12X=03(1 X(m)0120160200240280320360X（m)图 2块位移 速度 C=R ( + /2(1- ) 2 ) (2式中: = n/30=312 s n=2980 r/以 C= +2 ) 加速度 a=R 2( /(1- )2 ) (2所以a=306( +2 ) 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 13a(m/s2)0120160200240280320360a(m/s2)图 2块加速度 a 时，气缸内的压力P p =2(22(+）（）（）（）（(2中. 为吸气孔口前边点的夹角. =300350这里取 =320n 可取=p =+）（）（封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 14a)020000004000000600000080000001000000012000000040 80120160200240280320360a)图 2缸内压力P 图 气体力是气体压力作用于气缸及端盖的内表面、转子的外表面、滑片两侧面及下部端盖所产生的作用力。滚动转子所受气体力如图所示，故气体力的作