YZ-19全封闭制冷压缩机的计算机辅助设计

毕 业 设 计（论 文） 封闭制冷压缩机 的计算机辅助设计 院（系、部）： 机械工程学院 姓 名 ： 赵婷婷 年 级 ： 2004级 专 业 ： 热能与动力工程 指 导 教 师 ： 吴立志 教 师 职 称 ： 教 授 2008 年 5 月 30 日北京 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 北京石油化工学院 学位论文电子版授权使用协议 论文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： 赵婷婷 学 号： 040702 2008年 5 月 30 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 2封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 摘 要 全球资源的开采和利用造成了巨大的能源负担，能源问题日益突出。空调设备是用电大户，压缩机是空调设备中的主要耗电设备，准确和有效的预测压缩机在变工况下的性能状态和能耗情况，有助于开发空调新产品，能提高空调的节能效应。本文以全封闭式滚动转子式压缩机为研究对象，并对 全封闭制冷压缩机进行设计计算。在近代，整个压缩机工业的方方面面都广泛使用电子计算机，这已成为一种不可或缺的手段，其中计算机辅助设计，正是本文要详细阐述的。这种现代化技术带来的总体效果体现在压缩机的小型化和高效率。 关键词：压缩机、滚动转子、制冷、计算机辅助设计 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 of a is is in of to of In In of an is to on in of in 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 目 录 第一章 绪 论 1 究课题背景 1 究意义 3 献综述 4 第二章 滚动转子压缩机理论基础 11 作原理 11 要结构形式及特点 12 第三章 滚动转子压缩机的设计计算 14 究的基本内容及设计思路 14 究的基本内容 14 要设计思路 14 力计算 15 主要热力参数计算 15 缩机主题结构设计 17 效率 18 气量及其影响因素 18 力计算 20 片的运动规律 20 缸内气体的压力 21 子受力计算 22 转惯性力及力矩的平衡 24 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 要零部件的强度校核 26 片的受力分析 26 轴的受力分析 29 第四章 主要零部件设计 30 缸及滚动转子的设计 30 轴的设计 31 片的设计 32 阀的设计 33 第五章 压缩机结构设计及选材 34 缩机主体结构的设计 34 体的设计 34 壳的设计 34 料的选用 36 滑系统 36 滑油的作用 36 滑油的供给形式 36 第六章 结论与展望 38 参考文献 40 致谢 41 声明 42 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 第一章 绪 论 究课题背景 20 世纪后半叶，制冷和空调产业获得前所未有的高速发展。制冷已成为全球保证食物保藏供应的基本手段，而空调则是当今社会赖以达到工作及生活环境舒适要求的必要手段。从工业生产方面看也愈来愈增加对制冷工艺的依赖程度，如电子工业和化学工业必须利用它来实现计算机芯片的制造和各种化合物的生产。制冷和空调产业发展的推动力，跟其它技术型产业一样，是来自环境保护和经济发展方面以及新技术的要求。 从环保政策方面看，全球普遍关注的两个问题 ，即防止大气臭氧层破坏和全球气候变暖，引起世界各国普遍的重视，并导致国际上政府间达到共识，签署了有关协议（1987 年的蒙特利尔协议书及其后相继的修订条例）。从经济发展方面看，当前正进入知识经济的时代，各国经济亦向着全球化的方向发展，相互依赖，相互竞争，不论是发达国家与发展中国家都面临着许多类似的挑战，如能源价格高，新企业的增多并由此带来的全球性竞争。再从新技术进步方面看，新型压缩机、新材料、新工艺、新控制方法以及新工质的出现和计算机功能的不断提高等，都使得已有的企业要耗费巨资投入改造，而另一方面却为新生的企业带来发展的契机。 在制冷空调工业面前，现在所遇到的有三个主 要问题。首当其冲的是如何实现替代，以免大气臭氧层继续遭受破坏。可以这样说，这个替代问题是近几十年来比以往任何时候对制冷空调工业产生最大影响和变化的大事。第二个十分重要的挑战是要求进一步提高设备和系统的效率以减少能源消耗。这个需要在1970年石油危机时首次变得尖锐起来，而今进一步强调这个迫切需要是由于对全球气候变暖现象的关注所导致。以如今应用最为普遍和数量级多的电冰箱制冷系统为例，图 示了在日本电冰箱单位有效容积的功率消耗历年下降的走势。可见在近 20 年来功率的消耗已取得了大幅度的下降，1994 年的数字显示仅是 1972 年的 1/5，是 1985 年的 1/2。如此显著的进步当然有赖于电冰箱整个系统，部件和隔热等多方面性能的综合提高，但无可置疑的是，作为主机的制冷压缩机的节能性能提高在其中起了很关键的作用。第三个问题是许多制冷空调企业的崛起引发起全球竞争白热化。这些企业都想捕捉住当前这个采用高新技术，新工艺已变为可行和经济的有利时机。其结果是，近1封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 几年来，由于高科技的引用，制冷空调设备的制造工艺、可靠性、舒适性和噪声控制等方面确实取得令人瞩目的进展1。 图 冰箱单位有效容积的功率消耗在日本历年下降的走势 制冷压缩机在面临这一系列挑战中同样出现新 的突破。事实已充分说明，近 30 年来，压缩机工业经历着一场大革命，这主要体现在研究领域中，新型压缩机的开发中以及设计过程中工程科学的应用。最近，在整个压缩机工业的方方面面都广泛使用的电子计算机，成为不可或缺的手段，这包括计算机数据采集和整理，计算机辅助设计、设计和工艺的优化等。其带来的总体效果体现在压缩机的小型化（但却拥有较大的制冷量）和高效率，此外，噪声和振动得到降低，可靠性得到提高和寿命得到延长。 2封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 究意义 随着世界能源的紧缺和保护环境的呼声越 来越高,人们对家用电器中占重要地位的空调器提出了节能、降低对环境直接污染和间接污染等要求。而在制冷系统中，各种类型的制冷压缩机是决定系统能力大小的关键部件，对系统的运行性能、噪声、振动、维护和使用寿命等有着直接的影响。 压缩机在系统中的作用在于：抽吸来自蒸发器 的制冷剂蒸气，并提高其温度和压力后，将它排向冷凝器。在冷凝器中，高压制冷剂过热蒸气在冷凝器温度下吸热沸腾，变为蒸气后进入压缩机，从而实现了制冷系统中制冷剂的不断循环流动。由此可见，压缩机相当于系统中的“心脏”。 目前在制冷系统中应用最广泛的是往 复式制冷压缩机，但因其零部件较多、容积效率不高以及压力稳定性欠佳等问题，它的市场份额已被其它形式压缩机占去一部分，而转子式制冷压缩机具备可以弥补上述不足的特点，故在家用电冰箱和空调器中得到了广泛的应用。滚动转子式压缩机作为房间空调器一种常用的、效率较高的压缩机形式,它与往复压缩机相比,具有容积效率高、往复运动部件少、振动小、不需要内部悬挂支持弹簧、零部件少等优点。从 20 世纪 80 年代起,对转子式压缩机的研究非常活跃,并已实现商品化。目前在国内外,滚动转子压缩机已替代往复压缩机而广泛应用于空调等家用制冷设备中2。 图 封闭滚动转子式制冷压缩机 3封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 献综述 据制冷压缩机的工作原理、结构和工作的蒸 发温度划分其种类，并进行分类。 （1）制冷压缩机的种类 制冷压缩机根据其对制冷剂蒸气的压 缩热力学原理可以分为容积型和速度型两大类。 容积型压缩机 在容积型压缩机中，一定容积的气体先被吸入到气缸里，继而在气缸中其容积被强制缩小，压力升高，当达到一定压力时气体便被强制地从气缸排出。可见，容积型压缩机的吸排气过程是间歇进行，其流动并非连续稳定的。 容积型压缩机按其压缩部件的运动特点可分为两种形式：往复活塞式（简称往复式）和回转式。而后者又可根据其压缩机的结构特点分为滚动转子式（简称转子式）、滑片式、螺杆式（又称双螺杆式）、单螺杆式、涡旋式等。 速度型压缩机 在速度型压缩机中，气体压力的增长是由气体的速度转化而来，即先使吸入的气流获得一定的高速，然后再使之缓慢下来，让其动量转化为气体的压力升高，而后排出。可见，速度型压缩机中的压缩流程可以连续地进行，其流动是稳定的。在制冷和热泵系统中应用的速度型压缩机几乎都是离心式压缩机。 （2）制冷压缩机的分类 按工作的蒸发温度范围分类 对于单级制冷压缩机，一般可按其工作蒸发温度的范围分为高温、中温和低温压缩机三种，但在具体蒸发温度区域的划分上并不统一。下面列举一种某些著名压缩机产品沿用的大致工作蒸发温度的分类范围3。 高温制冷压缩机 （0） 中温制冷压缩机 （0） 低温制冷压缩机 （ 按密封结构构形式分类 制冷系统中的制冷剂应是不容许泄漏的，这意味着系统中凡与制冷剂接触的每个部件都应是对外界是密封的。根据制冷压缩机所采取的防泄漏方式和结构，可有三种不同的基本压缩机形式： 4封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 年来,随着国内空调市场的迅速发 展,国外一些著名压缩机制造商以各种合作形式纷纷在国内建厂,加之新技术、新工艺的不断应用,空调压缩机产业的发展十分迅猛。目前国内厂家中以引进日本和美国的技术居多,压缩机结构型式以滚动转子式和涡旋式为主。在消化、吸收国外先进技术的基础上,通过国产化、规模化生产,可进一步降低成本,增强产品竞争力。 （1）在国产化过程中,为达到产品质量优化,主要解决了以下关键技术问题: 选用高效电机,增大电机叠片厚度,采用特低铁损高磁通量的硅钢片,保证了压缩机的高效、节能； 汽缸内部转动部件采用超高精度加工, 结合某些高强度材料和特殊工艺(如耐磨磷化)的应用,配精度的提高,确保了压缩机长期可靠地运行； 采用动平衡和消声器的科学设计,有效降低了运转噪声和振动； 改进排气阀结构,将余隙容积减到最小,提高了压缩机的性能系数； 选配合适的过载保护元件,确保电机可靠性； 选用粘度、含蜡含水量、与制冷剂的稳定性等关键参数符合要求的高品质冷冻机油,以达到良好的润滑、密封、冷却、消除噪声作用,延长压缩机和整个空调系统的使用寿命； 应用先进的油净化设备,改进加工、装配工艺,确保压缩机内部的高清洁度； 贮液器的合理设计,确保热泵型压缩机的湿压缩安全性； 制订和建立包括企业标准、在线检测、整机性能试验在内的一整套完善的质量保证体系。 （2）在标准制冷/制热工况条件下,采用国产化技术生产的全封闭滚动转子式压缩机样机的各项性能指标均符合 157651995 标准规定,达到了国产化目标要求。 （3）冷凝温度为 蒸发温度为10 范围内,热泵型滚动转子式压缩机具有较高效率,能够在恶劣工况下长期安全、可靠、高效地运行,是理想的热泵型房间空调器主机4。 5封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 1）何为轴承偏置量 滚动转子式压缩机的气缸与套装在偏心轴上的 转子形成一月牙形空间，紧顶在转子上的滑片和转子与气缸的接触线将气缸分为前腔和后腔。在接触线上，我们把转子外表面与气缸内表面之间存在的微小间隙称为转子径向间隙。由于前腔和后腔之间存在压差，以及转子相对气缸的运动，因此，制冷剂和冷冻机油会通过转子径向间隙从前腔向后腔泄漏，这对压缩机的制冷量、输入功率、能效比等有很大影响。研究表明：泄漏是影响滚动转子式压缩机性能的主要因素之一。 为使转子与气缸的密封线(即径向间隙)位于 前后腔压差大的地方以减少径向间隙泄漏量，在压缩机装配过程中，要使偏心轴沿某一方向有一定的偏置量。转子径向间隙在曲轴一转中是不断变化的，而在沿轴承偏置角方向上径向间隙值最小。 （2）产生的影响 轴承偏置角通过对最小转子径向间隙的影响来 影响压缩机的性能；泄漏是造成压缩机制冷量损失的主要因素，而转子径向间隙又是总泄漏量的主要组成部分，因此，通过控制径向间隙的泄漏是控制压缩机制冷量损失的有效途径；轴承偏置角方向应该在前、后腔压差大的地方，因为对同一径向间隙而言，压差越大泄漏越大。对于某一结构参数一定的变频压缩机，存在一个此范围内，制冷量、性能最佳；对于变频压缩机而言，低频时轴承偏置角对压缩机性能的影响更加显著5。 于房间空调器属于小型的制冷装置，通常没有单独的压缩机供油系统(油气分离器，油管，油泵)，压缩机内的冷冻油与一部分制冷剂气体被排出压缩机外。被排出的油剂在冷凝器内会溶解于液体制冷剂中，但进入蒸发器后，冷冻油会逐渐与制冷剂分离，沿着管壁或成为油雾气体一起回到压缩机内，从而完成在冷冻系统中的循环。 （1）回油不良时，有可能引起下述问题: 润滑不足：压缩机磨合表面的油膜变薄，增 加了运动摩擦力，从而增加了摩擦功耗和摩擦热量，最终增大了零件的磨损量，严重时发生机械部分咬死，降低了压缩机使用的可靠性和耐久性。 6封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 能力下降：压缩机的气密性降低，高压蒸气 向低压部分的泄露严重，压缩机的容积效率降低。 过热：冷冻油在压缩机磨合面间形成的流动 油膜变薄，摩擦热量不能及时带走，摩擦表面温度突破安全范围，导致了温度上升。 磨合面中产生的磨屑不能及时带走，导致磨合面工作情况恶化。 （2）常见问题的分析与解决措施 在房间空调器的设计中，回油不良的原因及其 相应的解决对策主要有以下几个方面： 制冷剂量过多 应根据压缩机的冷冻油充灌量或压缩机说明书 所规定的制冷剂充灌量来决定制冷剂。 配管不合适 在循环管路上设集油弯； 需在设计时考虑制冷剂带油所必须的流动速度； 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； 大部分油在排出后立即被分离出来，回到压缩机壳体内； 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。 冷冻循环内容积过大 在一拖多空调中容易出现，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。 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，对于高背压压缩机的底部壳体的温度应该比冷凝温度至少高 5C。 断续运行时间间隔短。 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 30 秒后才允许改变频率。 在极低温的条件下运行。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，造成压缩机摩擦副的供油不足，油膜变薄。 7封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 毛细管不合适(吸入压力大，回液量过大)6前，家用空调器中多采用 为制冷剂，它的 为 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。 代物的选择 （1）替代制冷剂的选择标准 热力学、化学、物理等方面的性质 优良，并已广泛地应用于制冷空调器领域，选择它的替代物应考虑以下要求： 0 和 低。 代工质的工作压力和温度水平应与 致相当，而希望其容积制冷量及 大于或相当于 值。 毒，不可燃以及高体积电阻率。 学稳定性、材料和润滑油的相容性等。 格合理，供货稳定，管理方便等。 经过筛选，可考虑作为替代物的 制冷剂的纯工质有： （2）替代工质的确定方法 首先应对各种替代工质的热物理性质进行计算 ，然后在通过制冷压缩机工作过程进行模拟汁算，建立必要的数学，物理模型，从而精确地了解压缩机在工作过程气缸中的压力，温度的变化情况，在机械效率和电机效率一定的情况下，就可以计算出不同工况下压缩机的制冷量和 而对替代工质进行评估，筛选，优选出两、三种有希望的替代工质，然后再进行实验比较7。 前，改进滚动转子式压缩机特性的技术方案 主要集中在提高机组工作效率、选用优质材料、降低噪声、增强可靠性等 4 个方面。 （1）提高压缩机工作效率 提高压缩机的效率主要从电动机和压缩机机构两方面着手。 对于提高电动机效率可以采用特低铁损高磁通 量的新型硅钢片作为铁芯材料，改变传统的绕线技术，提高电机的槽满率，装配过程中严格控制电机转子8封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 与定子之间的气隙等方案。 对于提高压缩机机构的效率，采用的措施有： 通过零件优化选配，减少滑动部分的间隙；采用计算机模拟技术，引入有限元方法，同时要考虑制冷剂及润滑油的泄漏、吸气加热损失、余隙气体膨胀等因素，建立滚动转子式压缩机的数学模型来指导设计。根据压缩机运行过程中参数的变化规律，优化零部件的结构尺寸，选取合适的配合间隙，从而提高压缩机的输气量；严格控制压缩机的装配间隙主要包括滚动转子与气缸的径向间隙、转子与上下端盖的端面间隙、滑片与气缸槽的侧面间隙、滑片与上下端盖的端面间隙；改善润滑油循环系统，采用 L 形排气管和新型的油封装置，选用最合适的油槽、油量和制冷剂流通面积。 （2）选用优质制造材料 由于滚动转子式压缩机的转速接近 3000r/压缩机构的配合间隙极小(仅数微米)，要求各个滑动部件具有硬度高、摩擦系数小及搭配良好的摩擦副。基于上述因素，通常对各个部件作相应的处理 ：滑片材料采用加入镍( 铬(钼( 硼( B)等合金元素的特殊铸铁件； 转子采用镍铬钼铸铁；偏心轴采用比普通铸铁具有高得多的强度、韧性及抗疲劳性的球墨铸铁( 气缸、上下端盖、机架均采用 铸铁；排气阀用高级不锈钢；滑片用高速工具钢。 （3）降低滚动转子式压缩机噪声 全封闭的滚动转子式压缩机的噪声声源主要来自电机噪声和机械噪声两类。 电机噪声可以通过改进电机的转子，使电机转 动的自振频率避开电源谐波频率，可以大幅降低电磁噪声;适当降低压缩机转子的偏心率，也可以降低电磁噪声。 机械噪声可以通过阀片系统的修改，消除阀片 的颤振；采用合适的阀片升程限制器及高度，并适当增加阀片弹簧阻尼，都可以大大降低阀片噪声；增加压力缓冲孔改善高频噪声；改变压缩机外壳形状，尽量增大外壳的刚度，以便升高其固有频率，避开激励流量比较高的低频区域，从而降低压缩机的辐射噪声。 （4）提高压缩机的可靠性 提高压缩机可靠性的措施有：对于 电机采用双重漆膜耐氟漆包线( 装配前，通过对电动机的拆卸检验，控制漆包线的气孔、伤痕，实行全部电机9封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 耐电压试验；严格控制压缩机内的水分含量和杂质含量；进行加速寿命试验和起动耐久性试验，确保压缩机的可靠性；采用特制的过流保护器及过热保护装置，防止电机烧损，确保压缩机安全运行；保证密封接线柱的遮蔽8。 1）开发绿色环保压缩机 随着国内外加快废除 替代 对大气臭氧层破坏和产生温室效应的制冷剂的步伐，开发采用对环境影响较小的新制冷工质势在必然。目前，利用 冷剂的滚动转子式压缩机已投入市场，适合于其它新制冷工质的压缩机系列也即将问世。相应于新制冷剂的压缩机热力性能的计算，新型润滑油的开发，新制冷剂与润滑油的相溶性，电机绝缘材料的改进和压缩机制造材料的选择都有待于完善。 （2）开发双转子型滚动转子式压缩机 为了适应大制冷量的要求以及改善压缩机的特 性，双气缸双转子的滚动转子式压缩机已被开发。它是在一根垂直的轴上有 2 个相互错开呈 180的偏心轮，与其相配合的有两个气缸，使得制冷量增加一倍，而外形尺寸增加不大，同时平衡性得到改善，振动减小，转矩变化均匀。 （3）变频滚动转子式压缩机的发展 变频压缩机可以提高空调器的季节能效比和热 舒适性，并使压缩机容量有随负荷的变化而具有较大的变化能力，因此近年来在国外发展很快。目前变频压缩机的频率调节范围从 20180但变频压缩机需要解决的问题是：高速运转时轴承负荷过大；滑片摩擦和磨损问题；气阀的寿命问题；低转速的振动和润滑油的供给问题。同时，对压缩机的设计和制造提出了更高的要求。 （4）向低温领域扩展 近年来，随着对结构的进一步改进和加工精度 的进一步提高，使得滚动转子式压缩机在低温领域中同样具有较高的性能系数，因而已成功的应用于家用冰箱和冷柜中，它不仅大幅度缩小了安放压缩机的空间，增大了冰箱和冷柜的有效容积，同时还减轻了冰箱和冷柜的整机重量。 （5）开发具有制冷量调节的压缩机 常规的滚动转子式压缩机均不具备制冷量调节 的功能。近年来，在滚动转子式压缩机上设计了制冷量调节机构，即在气缸上分别开有多个回气孔，通过阀门与吸气腔相通，其制冷量可在 10%100% 的范围内进行调节9。 10封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 第二章 滚动转子压缩机的理论基础 本原理 滚动转子式压缩机类属回转式压缩机。它主要由气缸、滚动转子、偏心轴和滑片等组成，如图所示 示。圆筒形气缸 2 的径向开设有不带吸气阀的吸气口和带有排气阀的排气孔口，滚动转子装在偏心轴 4 上，转子沿气缸内壁滚动，与气缸间形成一个月牙形的工作腔，滑片 6（亦称滑动挡板）靠弹簧的作用力使其端部与转子紧密接触，将月牙形工作腔分隔为两部分，滑片随转子的滚动沿滑片槽道作往复运动，端盖被安置在气缸两端，与气缸内壁、转子外壁、切点、滑片构成封闭的气缸容积，即基元容积，其容积大小随转子转角变化，容积内气体的压力则随基元容积的大小而改变，从而完成压缩机的工作过程10。 图 动转子式制冷压缩机主要结构示意图 11封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 要结构形式及特点 目前广泛使用的滚动转子式制冷压缩机主要是 小型全封闭式，通常有卧式和立式两种，前者多用于冰箱，后者在空调中常见。 一台较典型的立式全封闭滚动转子式压缩机结构如图 示，压缩机位于电动机的下方制冷工质经储液器由机壳下部的吸气管直接吸入气缸，以减少吸气的有害过热；储液器起气液分离、储存制冷剂液体和润滑油及缓冲吸气压力脉动的作用，高压气体经消声器排入机壳内，再经电动机转子和定子间的气隙从机壳上部排出，并起到了冷却电动机的作用。润滑油在机壳底部，在离心力的作用下沿曲轴的油道上升至各润滑点。气缸与机壳焊接在一起使之结构紧凑，用平衡块消除不平衡的惯性力。滑片弹簧没有采用通常的圆柱形而采用圈形，使气缸结构更加紧凑。 图 封闭滚动转子式压缩机结构 12封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 从滚动转子式压缩机的结构及工作过程来看， 它具有一系列的优点：结构简单，零部件几何形状简单，便于加工及流水线生产；体积小，质量轻，与同工况的往复式比较，体积可减少 40%50% ，重量也减少 40%50% ；因易损件少，故运转可靠；效率高，因为没有吸气阀故流动阻力小，且吸气过热小，所以在制冷量为 3场合使用时尤为突出。但是也有缺点，因为只利用了气缸的月牙形空间，所以气缸容积利用率低；因单缸的转矩峰值很大，故需要较大的飞轮矩；滑片作往复运动，依然是易损零件；还存在不平衡的旋转质量，需要平衡质量来平衡11。 13封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 第三章 滚动转子压缩机的设计计算 究的基本内容及设计思路 究的基本内容 通过热力计算及动力计算，设计压缩机的主体 结构，选择相应的材料并进行强度校核；建立气体过程数学模型，编制气体力计算程序；编制惯性力计算机程序；惯性力平衡计算。 已知设计参数 制冷量 Q0/发温度 冷凝温度 吸气温度 过冷温度 制冷剂 转速 r/250 5 22 2980 要设计思路 本课题为设计型计算，故应先根据已知量计算，估取结构尺寸及相应系数，再根据各取值范围判定估取值是否合适；若符合范围则取用，若不符合范围则应根据需要作微量改动，直至取值计算结果符合取值范围，则此时的取值为最佳结果。 对于此文已知参数，可列出以下主要步骤： 1热力计算 （1）各主要热力参数计算 计算单位制冷量 计算质量输气量 估取输气系数 计算理论输气量 （2）压缩机主体结构设计 预选取气缸直径、气缸长径比 计算气缸高度 根据估计值计算转子半径 （3）电动机效率 指示效率 电效率 14封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 （4）输气量及其影响因素 指示功率 2动力计算 （1）滑片的运动规律 此项计算需要计算机的辅助运算 （2）转角时气缸内的气体压力绘制气体压力图 （3）转子受力计算 合力项计算需要计算机的辅助运算，并绘制合力图 压缩机阻力矩 M 此项计算需要计算机的辅助运算，并绘制阻力矩图 （4）转子的平衡计算 力的平衡 力矩的平衡 3主要零部件的校核 （1）滑片的强度校核 （2）曲轴的强度校核 力计算 主要热力参数计算 根据小型制冷装置设计指导中附录图 8 查出 热力参数如表 参数 义工况 5 数 /kJ/kg m3/k=义工况 22 各热力参数 15封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 1单位制冷量 = =2单位理论功= 量输气量 30/ 0 /= = 0制冷量 4压力比 = =式中 排气压力； 吸气压力。 5输气系数 （1）容积系数型制冷装置设计指导中表 5取 k=常 c=1%2% ，故 c 取 则 ( ) 1 1 1 = =4（2）压力系数气压力 通常认为近似等于 1，则取值为 1。 （3）温度系数型制冷装置设计指导的经验公式（510() T 式中0、冷凝温度、蒸发温度及压缩机前吸气温度，A 、B 是常数。 对 ，0A=0B= 则 3310( ) 0 (0 (35 T = + =通常，当压力比 =28 时，T符合范围。 16封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 （4）泄漏系数间，故取泄漏系数l=则： =通常 =满足范围要求。 ) (0 = = 1吸入点气体比体积 缩机主体结构设计 根据小型制冷装置设计指导中式（5 2260 ( )可以推导出计算滚动转子半径 r 的公式， 得： （3 260式中 R 气缸半径，单位为 m； 理论输气量，单位为 m3/h； n转速，单位为 r/L气缸高度，单位为 m （1）试取气缸直径 D= R=（2）试取气缸长径比 根据小型制冷装置设计指导可知，长径比 在 围内，故先试取 =再根据小型制冷装置设计指导中式（5 可求得 L 值，即 为方便制造及安装，将其值取为 L=（3）将上述各值代入式（3，可计算出滚动转子半径 r 为： 0 2980 = =为方便制造及安装，将其值取为 17封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 效率 1指示效率i： （ 3 12111 ) (sm =+式中 吸入点气体比体积，单位为 m3/压力比； 吸、排气阀平均压力降，单位为 压缩开始及终了时的比焓，单位为 J/k工质的等熵指数。 其中， ， 2146000=214600上述各值代入式（3，则： 12111 ) ( )463250 1 (14600 ( )sm =+=+=2机械效率间，则取m=3 ，则取4i m =气量及其影响因素 1气缸工作容积 2 5( ) ( 0= =3论容积输气量 0 2980 0 m= 封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 3实际容积输气量 ）回流系数 回流系数可近似取为 1。 （2）容积效率v =（3）那么实际容积输气量 v = 熵功率 ）实际质量输气量 va = h（2）等熵功率 3 21( ) = =式中 压缩机吸气状态下气体的比焓，单位为 kJ/压缩机排气状态下气体的比焓，单位为 kJ/5指示功率 =6输入电功率 ts =7 02250 P= =符合小型制冷装置设计指导中表 5范围。 19封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 力计算 在以下的计算中，算式均含有变量，故借助计算机进行运算分析。 片的运动规律 x 位移 x（单位为 m） ，经简化后： （ 3 式中 为相对偏心距，即 通常 ，故上文中试取 R 的值符合设计要求。 将上述各值代入式（ 3，则： 根据计算机辅助计算的结果绘制出滑片的运动规律如下图 示： 图 片的位移随滚动转子角度的变化 21(1 21=+= = =2321 1 2 1 0 (1 x =+ = +0 6080100 120140 160 180200 220240 260 280300 320 340360度封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 c 速度 c（单位为 m/s）： （ 3 其中 将上述各值代入式（ 3，则： a 加速度 a（单位为 m/ 缸内气体的压力 转角 时气缸内的气体压力 位为 （ 3 其中，根据小型制冷装置设计指导中表 5取 n 值为 为吸气孔口前边缘点所对应的夹角，试取 =32换算成弧度制为 将上述各值代入式（ 3，则： 根据计算机辅助计算的结果可描述气缸内气体压力在吸气阶段随转角 的变化1( )21=+298030 = =1 )2 1 )c = + = +22( ) )1 ) =+= + =+0(2 )( (1 )(2 )( (1 ) + +=+ + =+ + 21封闭制冷压缩机的计算机辅助设计 规律，如图 示： 0 60 801