毕业设计（论文）-空调涡旋式压缩机结构设计.doc

目录 绪 论1 1. 概述3 1.1涡旋压缩机的研究背景3 1.2 涡旋压缩机的工作原理4 1.3 涡旋压缩机的主要特点6 1.4 涡旋压缩机的应用7 1.5 涡旋压缩机发展展望8 1.6 涡旋压缩机研究意义9 2. 涡旋式压缩机及装置系统总体方案设计102.1 涡旋压缩机动静涡盘及其工作原理102.2涡旋压缩机的防自转机构122.3涡旋压缩机的轴向径向柔性机构132.4涡旋压缩机的结构特点152.5涡旋压缩机的研发方向16 3. 主要部件设计183.1涡旋压缩机的整体结构的选择163.2确定涡旋压缩机各重要零件的结构尺寸16 4. 涡旋齿线型的选择与绘制原理274.1涡旋型线构成原则274.2阿基米德线的形成284.3阿基米德线的特征294.4阿基米德线的成形294.5涡旋线型的修正30 5. 压缩机附件及密封细节335.1防自转机构335.2轴承及支承355.3压缩机的性能365.4径向密封365.5轴向间隙375.6润滑385.7结果38总 结41参考文献42致 谢43 摘 要 本设计为空调用涡旋式压缩机结构设计，主要零部件包括动涡盘、静涡盘、支架体、偏心轴、防自传机构及平衡机构，动静涡旋盘应用圆的渐开线及其修正曲线的线型。 传统上，涡旋压缩机主要是利用金属零件和油来润滑摩擦的表面和降低排气温度和防止泄漏。并且对于食品加工，医疗系统，纺织制造，燃料电池系统，和其他超洁净领域，石油的操作等方面是至关重要的。为了获得无油的空气，石油在涡旋压缩机的工作腔是被严格禁止的。所以它对发展无油润滑涡旋压缩机是很重要（钪）。在本文中，对钪的工作原理和结构特性进行了研究。一些研究性工作和最来关于这方面的专利描述都进行了详细的分析，特别是注入水和空气冷却钪方面。钪在未来的发展方面也进行了展示。分析结果表明，钪在这一领域有巨大的增长潜力。 首先，确定了涡旋压缩机的重要结构参数，其次确定了涡旋压缩机的各个重要零件的结构尺寸，然后确定了涡旋线圆的渐开线线型并且对涡旋线进行修正，而后选择涡旋压缩机的各种附件，最后利用UG8.0对涡旋压缩机的主轴进行有限元分析，最终说明了涡旋压缩机结构设计中的有关问题。在涡旋齿线型的设计中，不仅说明了渐开线的特征和涡旋线的成形过程，而且还对涡旋线线型进行了修正。通过以上设计的设计过程，最终得到了涡旋压缩机。关键词：涡旋压缩机，动涡盘，静涡盘，偏心轴 ,密封，性能，结构，水。ABSTRACT The design is designing the structure of air conditioning scroll compressor , the main parts including moving vortex disc, static vortex disc, bracket dody, eccentric shaft ，anti rotation mechanism and balance mechanism,the application of static and moving vortex disc involve circle and linear correction curve.First of all, the important structural parameters of scroll compressor is determined, then determined the structure size of each important part of scroll compressor, and then determine the involute type vortex line round and the vortex line is modified, and then choose a variety of accessories of the scroll compressor, the UG8.0 spindle of scroll compressor for finite element analysis, the final show the problem in the design of structure of scroll compressor. In the design of scroll profile, not only describes the forming process of involute characteristics and vortex lines, but also to carry on the revision to the vortex line.Through the above design, we finally got the scroll compressor.KEY WORDS: scroll compressor, moving vortex disc, static vortex disc, eccentric shaft绪论本设计以空调用涡旋式压缩机为题，主要为了学习涡旋式压缩机的设计过程，以及运用和巩固我们大学所学知识。目前在空调领域对于涡旋式压缩机的研究已越来越普遍也越来越热门，涡旋式压缩机的发展将会不仅仅为空调领域带来飞跃，从而针对空调用涡旋式压缩机的研究是非常有意义的。通过回顾涡旋式压缩机的历史，我们对其可以进行初步的了解。涡旋式压缩机最早由法国工程师Creux发明并于1905年在美国获得专利，于国际上70年代开始开发应用的一种新型压缩机，它以高效率，高可靠性，低能耗，低噪音，零件少，易损件少，结构紧凑等突出优点引起许多国家的重视，被称为全新一代压缩机，在1-705KW输出功率的范围内，涡旋压缩机已在单元式空调机及汽车空调器中得到相当普遍的应用，并很快牢固地占领了市场，由于涡旋压缩机在较宽的频率范围内（30-120hz）均有较高的容积效率与绝热效率，适合采用变频装置，可进一步降低空调器的耗能，提高舒适性，所以在空调领域中具有广阔的发展前景。为保证环保减少制冷剂泄露到空气中，汽车空调领域中具有采用全封闭式涡旋压缩机的发展方向。70年代以前由于难以得到高精度的涡旋形状，缺乏实用而可靠地驱动机构，摩擦磨损的问题不能妥善解决，因此涡旋压缩机在将近70年的时间内未得到普及应用直到70年代初期，美国的ADL公司及日本，中国的几家公司又相继重新开始涡旋压缩机的研究开发工作。因若干关键技术逐步得到解决，于80年代初就推出了空调用涡旋压缩机的系列产品。这些产品与相同容量的往复式压缩机相比，体积小40%，重量轻15%，零件数减少85%，效率提高10%，扭距变化幅度小90%，噪音降低5db（A）.在供暖、空调与制冷应用中，主要的能量都耗在压缩机上，高效压缩机对美国市场已成为头等重要因素。在欧洲和日本市场，对低噪音，低振动的压缩机需求更为突出，因而，兼有高效低噪两大优势的涡旋压缩机成为换代产品已是必然局势，虽然在完善密封机构，减少机械摩擦耗功以及数控加工提高涡旋盘成产率等方面已经进行了广泛有效地改进，但作为技术密集程度很高的涡旋压缩机，其技术优势和效益任存在很大的发展潜力。 通过借鉴前人研究的方式和方法，本论文旨在根据已知工作条件，通过各零部件的强度校核和受力分析对空调用涡旋式压缩机进行结构设计。通过完成这次设计达到我们所学的理论与实践相结合，增加我们的设计经验。涡旋式压缩机是一种新型的正压机械。涡旋式压缩机有许多有利的特性，包括简单的结构、较低的振动，和相对于其它类型压缩机的高容积的效率。伴随着涡旋压缩机的发展，它已在多领域大受欢迎。为了实现卓越的运营效率和提高可靠性，涡旋压缩机的压缩室被注入了水。涡旋压缩机中润滑油效率的提高将可以密封固定轴与绕卷轴之间的空隙。此外，石油能有助于控制通过吸收一些流体的热它升压通过压缩放电温度。不过，对于食品加工，医疗系统、纺织制造、低温燃料电池堆栈和其他超清洁的应用，石油污渍不能在这类领域的容忍和严格禁止。一实现无油压缩空气可能意味着通过油过滤器的使用，另一个是采取钪。钪的使用比油的过滤器更加有效，因为它消除了润滑油的使用。涡旋压缩机面临的主要问题应属由于加工精度和结构问题导致的径向和轴向的泄露，但是随着社会的飞速发展，工业的日益壮大，设备的精度会得到提高，加工的技术会得到飞跃，涡旋式压缩机将会随着社会的发展慢慢挖掘出无限的潜能，它的优点将会会越来越突出，发展前景广阔。 1.概论 1.1涡旋压缩机的研究背景 20 世纪初，法国人克拉斯提出了涡旋式压缩机的工作原理并取得专利，从而标志着一项新技术的问世。克拉斯提出的工作原理就是涡盘型线为圆渐开线型线，动涡盘公转平动带动机械运转，涡旋齿顶部带有密封装置。由于加工涡旋型线需要相当精密的设备和工艺技术，而当时的加工设备和技术条件很落后，因此在此之后近半个世纪，此项理论研究成果一直未获得突破性的发展。 到了70 年代，数控技术的快速崛起给加工涡旋压缩机这种精密设备给予了一线曙光。当时能源危机日益加剧，人们试图找到一种耗能低、效率高、安全可靠性高、结构简单运行平稳的新型设备，而涡旋压缩机就是具有以上多种特点的代表性机械，因此在该领域的探索上实质性上更进了一步。1972 年，美国的Arthur D.公司率先研制出了一台排气压力为1.7MPa 的氦气涡旋压缩机，这台压缩机的研制成功标志着涡旋压缩机的发展进入一个新的纪元，正式由理论探索转变成产品开发，从而转入商业化的快速发展。随后世界各制造强国纷纷加大了对涡旋压缩机的研发力度和资金投入，新的产品层出不穷。现在在该领域有所成就的国家主要有：美国、韩国、日本、法国和中国等国家。其中，美国的谷轮公司研制出的涡旋压缩机最为著名，并设有全世界最大的研发中心，是该领域的领军者，公司年产量超过1000 万台。日、韩两国在该领域研发方面也有不错的发展，其中日本有三电、日立、松下、丰田、三菱重工、大金等具实力的研发厂商，而韩国主要是三星和LG 在大量研制涡旋压缩机。中国虽然着手这个领域较晚，但是这些年发展飞速。我国研究主力大部分集中于一些科研实力较强的工科院校中，刚开始以西安交通大学、兰州理工大学和合肥通用机械研究所为研发中心，后来有一些高校和科研机构也加入了研发行列，其中有清华大学、东北大学、重庆大学、南京大学等一流名校。通过引进、消化、再创新的过程，我国在涡旋压缩机的研发过程中取得了一些成就，其中投入生产的已有很多种类型，应用最为普遍的就是涡旋空气压缩机和无油涡旋式压缩机。可是我国研发成品缺乏核心竞争力，技术核心还是掌握在日本、韩国及西方制造业发达国家。 涡旋压缩机有较好的防过热和润滑装置，它采用配管将冷凝器处的部分制冷液引入压缩室，使之在气缸内喷射进行冷却，提高了冷却效果。为了防止把大量的制冷液直接吸入气缸内产生液击，在制冷系统中设有气液分离器，润滑油和制冷液首先进入气液分离器进行分离，进入气液分离器的制冷液便立即蒸发成为气体，而润滑油从气液分离器下方小孔缓缓地连续进入压缩机，保证了输气的质量。涡旋机械以其结构紧凑、高效节能、微震低噪和高可靠性等诸多优点，已被广泛地应用于空调、制冷、各种气体压缩、增压器、真空泵和液压泵等领域。1.2涡旋压缩机的工作原理涡旋压缩机由动涡旋盘、静涡旋盘、机体、防自转机构、偏心轴等零部件组成。动涡旋和静涡旋的结构十分相似，都是由端板和端板上伸出的涡旋齿所组成，在工作中一涡旋盘静止不动，称为静涡旋盘，而另一涡盘作公转平动，称之为动涡旋盘。动涡旋在专用防自转机构的约束下，由主轴带动作公转平动，这种特定的装配和运动，使得动、静涡旋齿之间所形成的多对月牙形封闭工作腔容积由大变小，实现周期性的容积变化。当主轴处于某一旋转角度时，最外圈的一对封闭的工作腔容积开启，吸气过程开始；当主轴旋转一周后，这一对工作腔关闭，形成封闭的工作腔容积，吸气过程结束；在这对新吸气腔形成的过程中，前一周所形成的封闭吸气腔已同时开始压缩过程。随着主轴的旋转，啮合点由外圈向内圈移动，月牙形工作腔容积由涡旋盘的外圈逐渐向涡旋盘中心处移动，封闭工作腔容积逐渐由大变小，被封闭的气体受到压缩，气体压力逐渐升高；当工作腔容积与排气口相连通时，压缩过程结束，排气过程开始。动盘和静盘的涡旋型呈渐开线形状，安装时使两者中心线距离一个回转半径e,相位差180度。这样两盘啮合时，与端板配合形成一系列月牙形柱体工作容积。当两涡旋盘的主轴相对位置在0度位置时，最外圆的月牙形容积正好吸满低压气体并且封闭。随着电转角的变化，月牙形封闭容积的两端啮合点沿着涡旋齿齿壁由外向里持续移动，封闭容积对应由大到小变化，如图中90度，180度，270度位置的情况所示。从而实现封闭工作腔容积的周期性变化，被封闭的气体受到压缩，气体压力逐渐升高，实现气体的压缩过程。当工作腔容积与排气口相接通时，气体从静涡旋中央的排气孔释放出，气压相应降低，完成整个制冷剂的吸入、压缩和排出过程。1.3涡旋压缩机的主要特点 涡旋压缩机是继往复压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机之后的又一种新型高效容积式压缩机，被公认为是技术最先进的第三代容积式压缩机。与同等容量的往复压缩机相比，主要零部件仅为往复式的 1/10，体积减少 40%左右，噪声下降58dB，效率提高 10%，重量减轻 15%，驱动力矩的波动幅度仅为往复式的 1/10。其主要优点有：（1）零件数少、无气阀的易损件，因而结构简单紧凑、体积小、重量轻、可靠性高；（2）无吸排气阀，因而气体流动损失少、吸排气损失小、无气阀的敲击噪声和由此引起的振动；（3）吸气过程持续时间长，无吸气余隙，容积效率高；（4）工作腔容积变化过程持续时间长，压缩平稳，排气接近连续，气流脉动小；（5）主轴回转半径小，且可对旋转零件进行平衡设计，因而旋转惯性力小、运动平衡性能好，整机振动小、运转平稳；（6）动、静两涡旋盘之间相对滑动速度小，因而摩擦磨损小、主轴可选用较高转速；（7）可实现径向和轴向随变，能够实现径向和轴向的磨损补偿、对系统杂质和液体具有较高的容许量；（8）定压缩比压缩，因而启动性能好，转速可在较大范围内调节且效率变化不大，变转速特性好；（9）多个压缩腔同时工作，转矩和驱动力矩变化幅度小；（10）相邻压缩腔的压差小，因而工作腔间的密封性好，气体泄漏小。由于涡旋压缩机型线的特性决定其存在如下的缺点：（1）涡旋盘的加工精度要求高，涡旋齿型线的加工难度大；（2）整机摩擦副数量较多；（3）难以实施压缩气体的外部冷却，工作过程中的热量不易导出，因而压缩比不能过大，适用于压缩指数较小的气体，或需对压缩腔进行喷液以进行内部冷却；（4）当排气压力变化时，其变工况性能欠佳；（5）难以适应较大排气量和较高压力比的应用场合。1.4 涡旋压缩机的应用 涡旋压缩机的应用领域非常广泛，且不断在扩大，主要用作涡旋制冷压缩机、涡旋空气压缩机、涡旋增压器、涡旋液体泵、涡旋发动机、涡旋膨胀机和涡旋真空泵等。涡旋压缩机主要应用于1.制冷和空调在制冷和空调领域涡旋压缩机的应用最为广泛和成熟，大多数制成封闭式压缩机，但是也可以制成开启式结构用于汽车和列车空调系统用压缩机，为提高气量已发展到采用多机并联机组的设计形式。2.空气压缩机涡旋空气压缩机的品种和规格较多，排气量主要集中在0.6 3m / min 之间，主要是动力用涡旋空气压缩机。近年来国内在无油润滑涡旋空气压缩机方面进行了深入的研究。增压器在增压器应用方面，比较典型的是汽车发动机用涡旋增压器。德国大众公司成功开发了著名的G增压器，使得发动机的功率提高了 35%。涡旋增压装置在20世纪90年代以后，又被谷轮公司制造成医用空气动力源，效果也比较理想。此外，也有研究和探讨涡旋膨胀机和涡旋压缩机两者结合，利用汽车排出废气的能量实现对新鲜气体的增压。4.真空泵涡旋机械也可作为真空泵应用，所达到的极限真空比一般回转真空泵高。涡旋真空泵也可制成公转型和自转型两种结构形式。自转型涡旋式真空泵的涡圈之间，密封线的位置和方向始终不变，这样，通过调节涡盘径向的作用力，达到更好的径向密封效果。目前涡旋真空泵的真空度可达10- Pa，这比滑片式真空泵所能达到的真空度提高了近 10 倍。5. 膨胀机涡旋膨胀机是容积式膨胀机的一种，适合用于中小型 ORC 循环系统，可用于回收工业（如冶金、水泥、陶瓷、玻璃生产等）中存在的大量不能充分利用的中低品位余热，从而节约能源、保护环境。1.5涡旋压缩机的发展展望 涡旋压缩机是近十几年来迅速发展起来的一种新型容积式压缩机，主要用于制冷、空调，真空泵等行业，随着行业中技术的不断进步，批量生产的可行性已经越来越受到压缩机行业的公认。但要进一步提高产品性能及经济效益，还有许多方面需要改进，许多困难需要克服。（1）型线的优化设计和新型线的开发为涡旋压缩机的多样性和理论应用增加了新鲜血液，不断推动理论研究和应用的发展；（2）提高涡旋压缩机加工工艺，降低生产制造成本仍然是研究工作的首要任务；（3）研究新的环保型制冷剂对涡旋压缩机结构的新要求；（4）增大涡旋压缩机的功率范围，拓展其应用领域，特别是研究其变频特性以及在空调压缩机中的应用，实现产品的系列化；（5）不断和最新的工业技术相结合，促进涡旋压缩机技术水平和制造工艺的快速提高。如采用变频调速技术，数码涡旋技术等新技术；（6）改进压缩机的平衡机构，特别是轴向气体力的平衡。减少气体的泄露，减少机械摩擦损失，从而提高涡旋压缩机的工作效率和可靠性；（7）加强对实际运行的实验研究，建立起关于涡旋压缩机理论和实验相对应发展的统一体系；（8）建立包括压缩机油冷却、供油、电机等外部系统在内的模块化数学模型，使之具有通用性，并在原有基础上强化对压缩机内部热力学特性、动力学特性的研究，更完善地分析压缩机各种运行工况下的工作过程；（9）通过对涡旋机械工作过程的研究及其结构的优化设计，采用新的材料与新的机构来减少机械摩擦损失、气体泄漏损失、传热损失和气流阻力损失，提高涡旋压缩机的工作效率和工作可靠性。1.6课题的研究意义目前国内外涡旋压缩机的研究大多局限在等壁厚的圆渐开线上。然而，随着工业的发展，等截面涡旋压缩机由于压缩比小，已经不能满足工业上很多情况下的大压缩比的需求。如果采用增加等截面涡旋压缩机的压缩比来达到高压缩比的要求，就必须增加涡旋齿的圈数，如此增加会造成整机尺寸变大、重量增加、加工成本上升、加工难度增大和轴向泄露线长度增加、泄漏量增大，同时也增加了气体在压缩腔中的停留时间，引起整机温度升高，效率下降，严重时可能无法正常工作。如果采用新型等距组合型线的变截面涡旋压缩机可以采用很少的圈数就实现高压比，解决了传统涡旋压缩机只能用于低压比领域的问题。并且在相同压比情况下也可降低整机尺寸，减少了介质在工作腔中的停留时间，在一定程度上改善了泄露和传热，从而满足了工业生产和使用的需求。然而，由于变截面涡旋压缩机的型线组成相对灵活，一般由2到3种型线组成，型线的组成不同或者组成顺序不同，建立的分析模型都会不同，从而对几何学、动力学、传热学、摩擦磨损和内外泄漏等研究存在一定的难度。2.涡旋式压缩机及装置系统总体方案设计2.1 涡旋压缩机动静涡盘及其工作原理 涡旋式压缩机综合了往复式压缩机和旋转式压缩机的工作特点，其借助于容积的变化来实现气体压缩与往复式压缩机相同。其动涡盘的运动是在偏心轴的直线驱动下进行的，这一点又与旋转式压缩机相同。但是涡旋式压缩机的压缩腔，既不同于往复式的又不同于旋转式，故把它称作新一代容积式压缩机。涡旋式压缩机的主要零件包括动涡盘，静涡盘，支架体，偏心轴及防自传机构。动静涡旋盘的最常用线型是圆的渐开线及其修正曲线。下面以圆的渐开线涡旋型线为例来说明涡旋压缩机的工作原理。把涡旋型线参数相同，相位差，基圆中心相距Ror的动涡盘与静涡盘组装后，可形成数对月牙形的密封的容积腔，容积腔的轴随偏心轴推动动涡盘中心绕静涡盘中心作半径为Ror的圆周轨道运动时相应的扩大缩小，由此实现气体的吸入，压缩和排气的过程。低压气体从静涡盘上开设的吸气孔口或动静涡盘的周边缝隙进入吸气腔，经压缩后由静涡盘中心处的排气孔口排出。以三对压缩腔为例说明气体压缩过程,如图1-1。三对容积腔分别用来表示，依次表示中心压缩腔（排气腔）、第二压缩腔、第三压缩腔。动涡盘中心绕静涡盘中心的转动角，也就是偏心轴的曲柄转角，用表示。当曲柄转角=0时，刚好封闭，压缩机的吸气过程结束，这时中充入的气体所占据的空间即为吸气容积，相当于往复式压缩机的形成容积。随着曲柄转角增大，月牙形的面积逐渐减小。当=360时，完成对气体的压缩过程，这时的压缩腔容积就是的最大封闭容积，即充气终了时的容积，其轴向投影面积最大。和中气体容积变化规律与中相同。在压缩气体同时，压缩机的吸气过程也在进行。和并不存在吸气过程，只是在几何关系上按2为一循环划分时，分割为不压缩腔而已。涡旋式压缩机压缩气体的过程是连续进行的需要主轴转动数圈而非一圈，但主轴每转一周即可完成一次吸气。需要指出的是，中的气体并不受到压缩，其容积减少是一个等压过程，即排气过程。中容积取得最大值时，不一定对应于=0，而与开始排气角有关，图1-2为压缩机的工作过程。图2-1.涡旋压缩机压缩腔示意图 图1-2.涡旋压缩机工作示意图 2.2涡旋压缩机的防自转机构 动涡盘在气体作用下，有绕其中心自传的趋势。这种趋势破坏了涡旋压缩机的正常工作，必须予以限制。防自传机构设置在动涡盘与支架体之间，常见的结构形式有：十字联接环：其结构简单但是易磨损，加工困难；圆柱销联轴节 ：在机座上开孔板，动涡旋体上连轴销，当动涡旋体平动时，销在孔内平动。其受力好，结构简单，但无支撑作用；球形联轴节：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动涡旋体平动时，钢球可在孔内转动。其结构简单，易加工，可实现滚动支撑，减少磨损。2.3涡旋压缩机的轴向径向柔性机构 涡旋压缩机的动涡盘被置于静涡盘和支架体之间，可以沿轴向移动。当涡旋压缩机工作时，动涡盘在气体力作用下，沿轴向与静涡盘脱离，增大涡盘顶部的气体泄漏通道面积，降低容积效率和热效率，因此如何有效的平衡作用在动涡盘上的轴向气体作用力，成为涡旋压缩机能否获得良好性能的重要因素之一。常用轴向力平衡消除间隙减少泄漏的方式：采用推力轴承，减少轴向摩擦，保证密封；采用背压推力机构，泵压力自动补尝间隙；在涡旋体背面加弹簧，自动补尝间隙；在涡旋体背面加油压，补尝间隙。径向可采用偏心轴套式径向密封机构及滑动衬套式机构减少泄露。轴向和径向柔性机构提高了涡旋式压缩机的生产效率，而且保证轴向间隙和径向间隙的密封效果，不因摩擦和磨损而降低，即涡旋式压缩机有可靠地密封性。动涡盘上承受的轴向气体作用力，随主轴转角发生变化，很难恰如其分的加以平衡，因此轴向气体力往往带来摩擦功率消耗。涡旋盘的加工精度，特别是涡旋体的形位公差有很高要求，端板平面的平面度，以及端板平面与涡旋体侧壁面的垂直度，应控制在微米级，因此，对加工方法，加工技术和加工设备要求很高。2.4涡旋压缩机的结构特点 涡旋压缩机在因其结构表现出以下优点： 多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔的气体压差小，气体泄漏量小，容积效率高，可达90%98% 。 驱动动涡盘的运动的偏心轴可以高速旋转，因此，涡旋式压缩机体积小，重量轻。 动涡盘与主轴等运动件的受力变化小，整机振动小。 没有吸，排气阀，涡旋压缩机的运转可靠，且特别适应于变速运转和变频调速技术。 由于吸排气过程几乎连续进行，整机噪声很低。2.5涡旋压缩机的研发方向 目前发展较迅速的应属数码涡旋压缩机，谷轮公司向中国空调市场提供其最有革命性的新技术产品数码涡旋压缩机Copeland Digital Scroll，作为下一代变容量空调器的心脏。目前，数码涡旋压缩机和与之配套的电器控制板均向客户供应，以方便开发多联式变容量空调系统。 数码涡旋压缩机不同于常见的变频压缩机，与变频压缩机通过变频器控制改变制冷剂循环量相比，数码涡旋压缩机具有以下优势： 更宽广的制冷制热容量调节范围(10%-100%)；更精确的容量控制。与变频系统存在制冷量阶梯相比，数码涡旋系统可以实现任何一点的冷量要求； 在任何负荷点都具备出色的除湿性能-在低负荷范围使室内达到湿度70%以下的舒适要求； 低噪音与低振动，压缩机保持恒速运行，避免产生高频噪音与振动； 极高的可靠性：通过谷轮公司极其严格的测试条件，并保证15 年以上运行寿命；极佳的回油特性，压缩机定速运行，即使在小负荷冷量时也无回油问题，并保证系统可以配备长联管； 极其简单的系统设计，不需要制冷剂热气旁通，不需要制冷剂液体旁通，不需要油分离器，系统设计更简单，更可靠； 无电磁兼容问题。通过机械式加载及卸载，不需要变频控制器。 数码涡旋压缩机Copeland Digital Scroll 可以全方位满足以下系统应用：单蒸发器多联机系统，风管送风系统，冷水机组系统及机房空调系统。 我国从开始研发涡旋式压缩机至今已经过了11个春夏秋冬，如今已经形成了比较成熟的涡旋式空调与制冷压缩机设计制造技术，很多大学如西安交通大学，甘肃工业大学在涡旋压缩机技术，生产方面在国内具有顶尖的水平。综观国内外涡旋压缩机的研究开发现状，生产制造水平以及市场需要趋势，今后一段时间内，有关涡旋压缩机的研究动向可归纳为;降低生产制造成本被列为研究工作的首要任务之一。提高涡旋盘的生产效率，设计出更加紧凑与更加适宜于工业化生产的结构都是直接的措施。通过压缩过程模拟及优化设计，采用新的材料与新的机构来减少机械摩擦损失，气体泄漏损失，传热损失，气流阻力损失，提高涡旋压缩机的工作效率和工作可靠性。扩宽应用范围和适用领域，实现产品系列化。扩大变频调速技术和热泵技术的应用。 2.6压缩机的发展涡旋压缩机械的构思，是本世纪初期法国工程师克拉斯提出的，并与1905年取得美国专利权。该专利阐述了一种新型旋转式发动机，其实他的工作原理就是如今人们所称为的涡旋机械。此后近70年间，涡旋机械并没有得到更深入的研究和发展。原因之一是它的重要性还未被人们充分认识，其次是没有高精度的涡旋加工设备。进入本世纪70年代，由于能源危机加剧及数控技术的发展，给涡旋压缩机的发展带来了机遇。1972年，美国ADL公司成功地开发出压缩氮气的涡旋压缩机，并把它应用到远航还轮上，标志着涡旋压缩机实用化年代到来。1981年，日本三菱重工推出了 用于汽车空调的涡旋压缩机。它的时隔两年，日本日历公司开发出的全封闭涡漩式压缩机，并用于单元式空调机上。从此，对涡漩式压缩机的研究开发就成为压缩机技术发展的热点之一。进入90年代，涡漩式压缩机的系列化产品相继面世。日本松下电器公司生产出用于家用空调的小型全封闭涡漩式压缩机，东芝公司推出了列车空调压缩机，美国开地公司仔仔冷水机组上并联使用涡旋压缩机，以提高整机制冷量。用于变频调速、压缩空气或其他用途的涡旋式压缩机也得到了快速发展。 美国考普蓝公司是生产制冷压缩机的专业厂家，尽管压缩机的研究开发起步晚，但现在已成为设计技术先进，生产规模最大的涡旋压缩机生产厂家，1996年的产量达到二百多万台。 在我国，涡旋压缩机的牙就开发工作始于1986年，经过十余年的努力，已形成了比较成熟的的涡旋是空调与制冷压缩机设计制造技术，2.225.9kw(38hp)的柜式空调用涡旋压缩机已经工业化小批量生产，其他特殊用途的涡旋式压缩机也正在开发之中。 纵观国内外涡旋式压缩机的研究发展现状、生产水平、以及市场的需求趋势，今后的一段时间内，有关涡旋压缩机研究动向可归纳为：1）降低生产制造成本被列为研究工作的首要任务之一。提高涡旋盘的生产效率，设计出更加紧凑的与更加适宜于工业化生产的结构都是直接的措施。2）通过压缩过程模拟及优化设计、采用新的材料与新的机构来减少机械摩擦损失、气体泄漏损失、传热损失和气流阻力损失，提高涡旋压缩机的工作效率和工作可靠性。3）拓宽应用范围和使用领域，实现铲平系列化。扩大变频调速技术和人泵技术的应用。4）适应新的制冷公职对我选压缩机构的要求。 3. 主要部件设计3.1涡旋压缩机的整体结构的选择本设计采用的是立式全封闭低压壳体腔结构如图2-1。低压壳体腔涡旋压缩机的吸气管道不是直接接入压缩机的吸气腔中，而是接入壳体腔中，因此进入吸气腔的气体的过热比高压壳体腔的大。立式全封闭低压壳体腔涡旋压缩机在制冷与空调系统中有着广泛的应用。最明显的优点是电动机的环境温度较低，有利于提高电动机的工作效率。当吸气管道中的气体带有液滴时，不会直接导致压缩腔液击。 图2-1.卧式低压壳体腔涡旋式压缩机1-底座 2-上油板 3-磁环 4-轴向挡圈 5-油升压器 6-定位销 7-下支承 8-轴向挡圈 9-下轴承 10-下平衡重 11-电动机定子 12-电动机转子 13-主轴 14-上轴承（主轴承） 15-壳体 16-偏心调节块 17-吸气管 18-滑动轴承 19-动涡盘 20-静涡盘 21-排气管 22-限位板 23-止回阀 24-封头 25-排气孔口 26、28-橡胶密封圈 27-背压室端盖 29-背压室 30-背压孔 31-轴向定位套 32-十字环 33-支架 34-上平衡块 35-逆转限制器3.2设计的已知条件理论排气量0.6m/min；进口压力0.1Mpa（绝对）；出口压力0.8Mpa（绝对）。3.3性能及结构参数确定3.3.1涡旋圈数N、涡旋齿厚t、涡旋齿高h的确定 根据有关资料确定: N=3.5； t=4mm； h=40mm 3.3.2排气量Vs和涡旋节距P的确定设计理论排气量0.6m/min，转速为2880rpm则每转排气量：= 213289.56mm/r涡旋节距为： 圆整P=23mm。3.3.3基圆半径 因节距P由基圆半径决定则重取 ,得到 。则设计排气量为： 考虑泄漏等因素的储备因数,对于涡旋压缩机, 其泄漏系数应不大于8% 3.3.4回转半径Ror 3.3.5渐开线的初始角 3.3.6理论压力比 ，其中=3.87rad3.3.7实际工作容积 3.3.8压缩机指示功P1=0.1,P2=0.6指示功3.3.9压缩机的指示功率 选择电机转速n=2840r/min，功率2.2kw（三）平衡计算（1）动涡旋的静平衡1. 涡旋齿的重量Gi动涡旋的静平衡采用去配重的方式进行根据电子计算机计算结果Si=3285.477mm2Gi=Si.h.=3285.477407.8103=1025.0688g涡旋齿的重心 XG,YG根据电子计算机计算结果XG=0.978mm YG=-6.950mm RG=7.019mm平衡铁的形状为部分圆环，所对应的圆心角为120，其中心线于Y轴夹角为8.9(854)，内径为45mm，外径为88mm,该扇形中每隔40有一宽度为4mm的加强筋（共两根）,内所有圆角为R3。根据电子计算机计算结果及有关计算得S平=6914.161mm 平衡铁的厚度h平为：h平= 2.52mm（距离靠轴承部分的端板为3.52mm）则挖去的配重为G平=5622.3602.52+（1007.451+214.350）1 7.8/1000=120.042g（2）动平衡 1确定动盘的重心通过合成法求得动盘的总重为 519451.87 7.8/1000=4051.7246g重心距齿端的距离为42.9097mm.2. 确定第一部分 3. （动涡旋、轴承、偏心轴）的重量及重心轴承质量：221g 重心距原点位置67.5 F=14917.5偏心轴：551.3495g 重心距原点位置86+2-36/2=70 F=38594.5则作为第一部分（动涡旋、轴承、偏心轴）的重量为：4051.7246+221+551.3495=4824.0741重心距齿端距离为（173837.7676+14917.5+38594.5）/4824.0741=47.1282mm4. 离心惯性力和惯性力矩的平衡ma, m1, m11,m2, ror，r1, r11,r2,分别为第一部分，平衡铁1，平衡铁11，平衡铁的重量和偏心距。La， l1, l11,l2分别表示他们距涡齿前端的距离。 由轴的尺寸可知：la=100mm l1=86.5mm l11=100mm l2=361mm大平衡铁的设计m1的形状为: R=81mm, r未知,厚度为15mm;m11的形状为：R=81mm, r=72mm, 厚度12mm.m1r1=m11r11=对c点取距：maror(L2-La)= m1r1(L2-L1)+ m11r11(L2-L11)4824.07416.5(361-47.1282)=0.0606(813-r3) 274.5+21917.634261813-r3=247759.9754 则r=65.707mm大平衡铁由平衡铁1、平衡铁11组成，几何尺寸如图所示整个平衡铁重： =1062.303g小平衡铁的设计对B点取矩maror(L11-La)- m1r1(L11-L1)=m2r2(L2-L11)4824.07416.552.8718-0.0606(813-65.7073) 13.5= m2r2261m2r2=5575.41634gmm小平衡铁铸在小皮带轮上，外径为55mm，内径为37mm；在中心处对称填实。10的圆孔面积：78.540mm2 r2=46mm圆孔质量矩：78.5406710-346=151.739gmm2剩余部分为：yS112710-3=5575.41634-151.739yS=35218.684 mm3yS=得=60.36考虑到小皮带轮的结构决定，取60。则小平衡铁总重为：m2=136.829g3.2确定涡旋压缩机各重要零件的结构尺寸3.2.1动涡盘利用基圆绘制渐开线涡盘得到最大外径尺寸为192mm，取动涡盘外径尺寸为210mm，涡旋体高45mm，考虑到十字环的键槽深5mm，取涡旋底盘厚15mm，本设计采用的主轴形式为曲柄销式，因此动涡盘上需有与曲柄销配合的凸台，取其尺寸内径50mm，外径70mm，高40mm。动涡旋与十字环配合以达到防自转的目的，因此动涡盘的背面需设置一对键槽，槽的尺寸为30105mm，槽的位置由图给出，材料为CuCrMo合金铸铁。具体结构尺寸如图2-1。3.2.2静涡盘 静涡盘的涡旋体与动涡盘的涡旋体结构尺寸相同，相位差为，考虑到动涡盘的回转半径Ror=5mm以及动涡盘的外径尺寸210mm，动涡盘处支架体的内圆直径需大于220mm才不会发生干涉，则支架体内径取为230mm，支架体需要与静涡盘螺钉连接，取支架体外径280mm，由此可确定与支架体连接的静涡盘的最大外径为280mm。查相关资料,选择连接螺钉为M8的六角头螺钉12颗，则设置12个9mm螺纹通孔均布于静涡盘上，根据螺钉的尺寸，以及结构不干涉原则可确定放置通孔的台阶尺寸。静涡盘中心开5mm的排气孔，选择静涡盘壁厚15mm，可得到静涡盘的总高度60mm，其他具体的结构及尺寸于图上作出，材料为CuCrMo合金铸铁。 图2-3.静涡盘3.2.3十字环根据动涡盘上的键槽位置以及键槽尺寸，确定十字环的外径为160mm，内径为140mm，4个凸台高8mm宽10mm，对称布置，材料为QT600。具体结构如图2-2。图2-4.十字环图2-5.偏心块3.2.4主轴 主轴结构尺寸的确定主轴的材料选用涡旋压缩机常采用的主轴材料40Cr。涡旋压缩机机械效率取，则轴传递的功率。40Cr材料的,主轴设有5mm通油孔，为空心轴，取=0.5则主轴的最小轴径。曲柄销轴段a直径取30mm，并沿偏心方向磨出两对称平面距离24mm，长40mm；轴环b直径取56mm，长12mm；c段轴为安装主轴承轴承的轴，初选轴承为6208深沟球轴承，则可确定c段