（机械工程专业论文）扩大排气量的旋转式压缩机产品开发.pdf

天津大学工程硕士学位论文 摘要 本文介绍了在激烈的市场竞争中，致使压缩机价格不断 降低这一背景下，为解决企业面临的困境和实际问题，大力 降低原材料成本，而努力开发新产品，以适应当前市场。 设计思路是在保持原有压缩机性能的前提下，整体缩小 压缩机的结构尺寸，即扩大小结构尺寸压缩机的排气量范围 达到原相对较大结构尺寸压缩机的排气量及性能，并替代之 推向市场，以达到减少材料用量，降低成本的目的。 本文描述了旋转式压缩机的制冷原理，分析了压缩机吸 气、压缩、排气的工作过程。在理论基础上，完成了l g 公 司3 2 5 c c 排气量旋转式压缩机产品的企划及设计工作，设 定了压缩机的结构尺寸和性能规格参数。并通过检讨样机实 验及工程样机实验确定并验证了压缩机的各项数据及规格 指标。在从样机实验转化为生产过程中，通过小批量试制 ( p i l o t ) 进行生产线改造和生产性检讨，为大批量生产做 好准备工作。然后对实验压缩机进行各项寿命实验，以验证 此压缩机作为产品的可靠性。 本文详细介绍了在各开发阶段进行的具体工作，在整 个过程中遇到了一些问题，并逐个加以解决，最终取得了满 意的成果，开发成功了新型号旋转式压缩机产品。 关键词：旋转式压缩机 容量扩大降低成本产品开发 天津大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h em a j o rc o n t e n to fm yd i s q u i s i t i o no nc o m p r e s s o ri st h a tu n d e rt h e b a c k g r o u n do ft h ed u r a t i v ed e c r e a s ei nc o m p r e s s o r sp r i c ei nt h ed r a s t i c m a r k e t i n gc o m p e t i t i o n ，i no r d e rt os o l v et h ee n t e r p r i s e sp r o b l e m sa n d h e l pt h e mt oc a s to f ft h ep u z z l ed o mw h i c ht h e ya r ef a c e dw i t hn o w ，w e s h o u l dt r yo u rb e s tt od e v e l o pn e wp r o d u c t st or e d u c et h er a wa n dp r o c e s s e d m a t e r i a l sc o s tt oa d a p to u r s e l v e st ot h em a r k e t t h ed e s i g ns c h e m ei sb a s e do nt h ep r e m i s eo fk e e p i n gt h ec o m p r e s s o r s i n t r i n s i cp e r f o r m a n c e i no r d e rt oa c h i e v et h ep u r p o s eo fr e d u c i n gt h e c o s t ，w eh a v eh a dat h o r o u g hd i m e n s i o ns h o r t e n e dt or e d u c et h em a t e r i a l a m o u n t i nt h i sa r t i c l e ，w ea n a l y s et h er e f r i g e r a t i o nt h e o r yo ft h er e v o l v i n g c o m p r e s s o r a n dd e p i c t t h ew h o l ep r o c e s si n e x t e n s of r o ml a y o u tt o d e s i g n i n gt ot e s t i n gt ot h ep r e p a r a t i o nf o rm a n u f a c t u r et om a n u f a c t u r i n g l a s t l y w ei n t r o d u c et h em a t e r i a lw o r kd u r i n ge a c hp h a s ei nd e v e l o p i n g d e t a i l e d l y d u r i n gt h ew h o l ed e v e l o pp r o c e s s ，w em e tw i t hs o m ep r o b l e m s a n ds o l v et h e mo n eb yo n e a tl a s tw eg o tas a t i s f y i n gh a r v e s t w eh a v e s u c c e e d e di nd e v e l o p i n gan e wp a t t e r no fr e v o l v i n gc o m p r e s s o r k e y w o r d s r o t a r yc o m p r e s s o r ，c a p a c i t y e n l a r g e ，r e d u c ec o s t ， d e v e l o pn e wp r o d u c t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤注盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：c ( 嫔临 签字日期： 一) 年) ，月彩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁洼盘生有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丕鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：( 媳天吻 签字日期：) 矽埤) ，月形日 导师签名：厶乜yw - 签字日期：加埤文月名日 天津大学工程硕士学位论文第一章绪论 1 1 空调压缩机简介 第一章绪论 1 1 1 空调及压缩机的分类 随着社会的进步，科技的发展，人民生活水平的提高，家用电器成为 现代生活中不可缺少的一部分，人们对家用电器的依赖性越来越大。大到 电视机、冰箱、空调器，小到随身听、电吹风、剃须刀等等使我们的生活 变得多彩多姿。我们习惯上把这些电器分为黑色家电和白色家电。属于白 色家电的空调器，为我们在炎热难熬的夏季里提供了一个凉爽舒适的空 间。按结构空调分为窗机、分体机，分体机又分壁挂式、柜式、吸顶式等 ( 如图1 1 ) ，而空调器的心脏，就是这里我们要研究的压缩机，它是空调 器制冷工作的核心。 图1 - 1 家用空调的分类 压缩机按其结构、用途分为很多种类，空调器上最常用的压缩机分为 旋转式压缩机和涡旋式压缩机。 1 1 2 空调用压缩机特点 空调用制冷压缩机以高效、可靠、低振、低噪、结构简单、成本低为 天津大学工程硕士学位论文第一章绪论 追求目标，由往复式向旋转式发展。旋转式压缩机是一种工作容积，作回 转运动的容积式气体压缩机械，气体的压缩是依靠容积的变化来实现，而 容积的变化又是借压缩机的滚环在气缸里作回转运动来达到。区别于往复 压缩机，它的工作容积在周期性扩大和缩小的同时，其空间位置也在变更。 只要在气缸上合理的配置吸、排气口，就能实现该压缩机的基本工作过程 一一吸气、压缩以及排气过程。 旋转压缩机没有往复运动机构，结构简单，因而制造方便，成本低廉， 且操作简便，不维修运转周期长，易于实现自动化。 旋转压缩机具有强制输气的特征，即排气量与排气压力几乎无关。 旋转压缩机运动机件的动力平衡性良好，故压缩机的转速高、基础小 它可以与高速原动机直接相联，使机器型小量轻。 旋转压缩机的适应性强，在较广的工况范围内保持高效率。 旋转压缩机也有它的缺点： 由于转速高，加之工作容积与吸、排气口周期性的通断产生较为强烈 的空气动力噪声，常需要采取减噪消声措施。 相对运动的机件之间的密封问题较难满意解决，通常采用间隙密封， 但因经运动间隙的气体泄漏而难以达到高的终了压力。 对旋转式压缩机的研究主要是提高性能、降低噪声、降低成本，阻及 延长使用寿命，以充分发挥其优点。 1 2 l g 公司系列产品简介 l g 电子公司空调产销量已连续几年蝉联世界第一，空调压缩机产销量 在国内也名列前茅。压缩机产品主要分旋转式压缩机和涡旋式压缩机及变 频系列压缩机，其中旋转式压缩机占了绝大部分份额。又由于环境保护的 要求，在使用传统型制冷剂r 2 2 的基础上，逐步开发了使用替代r 2 2 的新 型无氟制冷剂r 4 0 7 c 及r 4 1 0 a 的系列压缩机。 2 天津大学工程硕士学位论文第一章绪论 旋转式压缩机产品按照其结构尺寸及排气量、制冷量范围划分为 q a 、q k 、q j 、q p 四大系列( 如图卜3 ) ，q a 为最小的系列，q p 是最大的系 列( 如图卜4 ) 。而其中的3 2 5 c c 排量压缩机( q p 3 2 5 ) 为现q p 系列中最 小型号的压缩机。 系列 q a q kq jq p a2 1 52 3 02 5 12 9 8 b1 0 01 1 81 2 81 4 7 图1 4 各系列压缩机外观尺寸 3 天津大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 3 项目提出背景及意义 本课题是以l g 公司空调压缩机产品为研究开发对象，将现有q j 系列 旋转式压缩机最大排气量扩大，并通过各阶段试验转化为生产的制造实际 课题。 本课题在当前的市场形势下，有着现实的背景和实际意义。 1 3 1 压缩机市场现状 图1 - 5 研究课题 二十世纪九十年代，空调在中国家庭中渐渐普及，但初期价格高，厂 家利润大。作为空调器心脏的压缩机也因其产品供不应求，缺乏市场竞争， 使厂家获得极高的利润，其中大型的企业集团在提高产品质量的同时，纷 纷追加投资扩大生产规模使产量逐年翻番，渐渐地市场开始饱和，并出现 供大于求的局面。进入二十一世纪以后，空调器市场竞争同趋激烈，为保 4 天津大学工程硕士学位论文第一章绪论 住并扩大市场份额，各企业纷纷降低价格，拉开了价格大战的序幕，先是 降低空调器的价格，为保障利润，各空调器厂极力降低成本，从而带动压 缩机市场的价格战，压缩机工厂也为了市场开始最大限度的降低价格，同 时为了生存，在保证质量的同时尽可能地压缩成本。 1 3 2 制造成本分析 q p 系列是整个旋转式压缩机系列中外形尺寸最大的，也是材料费最 多、成本最高的，前面已介绍过，由于激烈的市场竞争，压缩机的市场销 售价格狂降，按现在的市场价格，q p 3 2 5 型压缩机利润会出现负值( 如图 1 6 ) 。 q p 3 2 5q j 3 2 5 图1 - 6利润分析 税前利润= 销售价格一总原价 总原价= 制造原价+ 销售费+ 营业外费用 制造原价= 材料费+ 劳务费+ 经费 其中材料费大约占总原价的8 0 左右，由此可以看出，为在销售价格 不断降低的不利市场环境下保证利润，必须想方设法降低总原价，主要是 通过降低材料费来达成。 5 天津大学工程硕士学位论文第一章绪论 1 3 3 课题的提出及意义 在激烈竞争的大环境下，开发低成本、高性能的新产品成了当务之 急，而作为l g 公司供应2 匹空调用排量3 2 5 c c 的q p 3 2 5 型压缩机，在当 i 订的市场价格下，无奈的退出了市场竞争。为了重夺市场，并保障此产品 的利润，我们需要开发新品种、低成本、高性能、3 2 5 c c 排量压缩机缩机， 以推向市场、创造价值、并造福人类。 如何降低成本呢? 我们先来看一下q j 、q p 系列压缩机对应的排气量 范围，如图i7 ，原q j 系列中压缩机最大的排气量为2 9 2 c c 。 试想如果将q j 系列 排气量增大到3 2 5 c c ， 即q p 3 2 5 变为q j 3 2 5 ，因 q p 与q j 结构尺寸及耗用 材料，使得q j 系列材料 费比q p 系列材料费降低 了约2 5 ，这样就能保证 此型号压缩机的销售利 润( 如图1 6 ) 。 于是便引出了我们 的研究课题：q j 容量扩 火即q j 3 2 5 型号开发。 13 4 课题研究程序 本课题按以下程序进行 图卜7 排气量范围 6 天津大学工程硕士学位论文第一章绪论 企划、设计阶段：以韩国本部为主导，天津开发部配合完成。进行 利润成本分析，性能目标设定，完成设计方案( 结构尺寸，容量性 能计算，图面发布等) p t ( 原始样机) 阶段：此阶段需进行变更部品开发，原始样机组 装、实验，规格确定。 e s ( 工程样机) 阶段：此阶段需进行变更部品开发完成，工程样 机组装、实验，规格合格验证。 p i l o t ( 小批量试制) 阶段：生产性验证阶段。为新型号做生产准备， 改造生产线增加必要的夹具及设备。 信赖性阶段：对e s 及p i l o t 实验样机进行长期连续及断续寿命实 验。 m p ( 量产) 阶段：以上步骤全部合格后进入批量生产阶段。开发完 成。 7 k 及 趴 “ n 袄 天津大学工程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 2 1 空调制冷原理 空调制冷系统是由压缩机、冷凝器、膨胀阀( 毛细管) 、蒸发器组成 ( 图2 一1 ) ，用管道将其连成一个封闭的系统。制冷剂在蒸发器内遇冷却 与周围环境发生热量交换，吸收环境的热量并汽化，产生的低压蒸汽被压 缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩过程需要消耗能量，压缩机排出的 高温高压气态制冷剂在冷凝器被常温冷却，凝结成高压液体，高压液体流 经膨胀阀时截流，变成低压、低温水蒸汽进入蒸发器，其中的低压液体在 蒸发器中再次汽化制冷。如此周而复始。 图2 - i空调制冷系统 1 一压缩机2 一冷凝器3 一毛细管4 一蒸发器 茎生查堂三堡堡主堂垡笙塞 箜三主窒塑旦堑簦塞里熊壑堕茎至! 堡! 些 2 2 压缩机结构 由上述介绍可以看出，压缩机是整个制冷系统的心脏。压缩机主要由 泵体( p u m p ) 、电机( m o t o r ) 、壳体及附件组成( 图2 - 2 ) 。 1 一泵体( p u m p ) 2 一电机( m o t o r ) 3 一壳体( c as e ) 4 一储液罐( a c c u m u l at o f ) 5 一吸气管( s u c ti o i l t u b e ) 6 一排气管( d ls c h a r g et u b e ) 图2 2 压缩机结构 1 、泵体( p u m p ) ： 泵体是压缩机的核心部分，主要包括：气缸( c y l i n d e r ) 、滚环( 1 0 l l e r ) 、 2 、电机( m o t o r ) ： 压缩机的动力来源于电机，电机由定子( s t a t o r ) 和转子( r o t o r ) 组成。 3 、其它： 压缩机还包括：外壳( c a s e ) 、上下盖( t o p b o t t o mc a p ) 、底脚( t r i p l a t e ) 、 储液罐( a c c u m u l a t o r ) 及过载保护器( o l p ) 等附件。 详细部品见图2 - 3 雌盯瞻曲届am 承 。 轴等 下0e上a 、 t) e 盯姬 阻器时位m 限 器 、 音曲消小、v ) (h 片h 阀 s 咄曲 a n r a 轴板曲挡 天津大学工程硕士学位论文 第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 图2 - 3 部品装配结构图 l s t a t o r 2 一r o t o r3 一c r a n ks h a f t 4 - - p r o p e l l e r 5 一o i lp i c ku p6 一o i lf e n c e 7 一m a i nb e a r i n g8 一r o l l e r9 一v a n e 1 0 v a n e s p r i n g 11 - - c y l i n d e r 1 2 一s u bb e a t i n g 1 3 一v a l v e1 4 一r e t a i n e r1 5 一p o r t b o l t1 6 一p i e c ep o r t1 7 一m u f f i e r1 8 一p u m pb o l t 1 9 一t r i - p l a t e 2 0 - - b o t t o mc a p 2 1 - - s u c t i o nt u b e2 2 - - a c c u m u l a t o r 2 3 一s t r 印 2 4 - - b r a c k e t 2 5 一c a s e2 6 一t o pc a p2 7 - - d i s c h a r g et u b e 2 8 - - h t e r m i n a l 2 9 一o l p 3 0 - - s p t i n g 3 1 一b o l t3 2 一g a s k e t3 3 一c o v e r t e r m i n a l 3 4 一w a s h e rp l a i n3 5 一n u t 1 0 天津人学工程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 2 3 压缩机工作原理 旋转式压缩机的泵体结构如图 2 4 。与曲轴偏心配置的滚环，在气缸 内绕气缸中心旋转，滚环外径表面紧贴 在气缸的内径表面上( 实际留有很小的 间隙) 滑动。由此，滚环外径表面与气 缸内径表面之间构成一个月牙形空间， 其位置随滚环的转角而变化。往复运动 的挡板将该月牙形空间分离成两个孤 立的部分，一部分和吸气口相通，形成 吸气腔，另一部分与排气口相通，形成 排气腔。挡板靠弹簧压紧在滚环的外径 表面上。 气缸内圆、滚环外圆、挡板以及滚 环与气缸切线( 点) 构成滚动活塞压缩 机的基元容( 面) 积。基元面积的位置 与大小随切点位置而变，而切点又随滚 环作旋转运动，所以，基元面积的大小 是滚环转角中的函数。 由图2 - 5 ，令切点t ( 或气缸与滚 环连心线0 0 ，) 在挡板的位置为转角始 点中= 0 。随切点t 顺着滚环的旋转方 向，在巾= 0 n 的范围内，基元面积扩 大而不与任何孔口相通，与该面积相应 的容积称吸气封闭容积。此容积内气体 的膨胀有可能达到比吸气更低的压力。 当切点t 到达吸气孔口a 点，基元 面积与吸气孔口相通，在中= d 2 的 范围内，基元面积不断扩大，不断从吸 气孔口吸入新鲜气体。基元面积不断扩 大时，其内气体压力与吸气腔压力相同。 图2 - 4 旋转压缩机泵体基本结构 图2 - 5 工作过程图 在转角中= 2n ( 切点t 到达挡板 天津大学工程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 位置) ，基元面积达最大值，其值为气缸内圆面积与滚环外圆面积之差。 自滚环转过第二转( 中 2 ) ，最大基元面积内气体因基元面积缩小 又部分地倒流回吸气腔，且在切点t 越过吸气孔口前边缘点b ( 中= 2n + 1 3 ) 以后，基元面积与吸气孔口脱开，其内气体因基元面积的缩小而受到 压缩。滚环继续转动，基元面积内的气体压力升高。当切点t 达到中= 2n + 0 时，其压力己稍高于排气孔口气体压力，当其压差足以克服排气阀阻 力时，内压缩过程结束、排气阀开始打开，故压缩过程的转角为中= 2n 十 1 3 2 + 0 。 转角巾= 2 + 0 - - 4 一y 为排气过程，缩小的基元面积在排气阀开启的 状态下，将压缩气体推向排气腔。一旦切点t 达到排气孔口后边缘c ( 中 = 42 1 一y ) 时，排气过程结束。此时相应的容积为余隙容积。该基元面积 ( 处于排气压力) 与其后的基元面积( 处于吸气压力) 经排气孔口相互连 通，该基元面积内的压缩气体压力迅速降低，使排气阀关闭，排气过程结 束。 当余隙容积与低压基元容积连通时，余隙容积内高压气体( 排气压力 p d ) 膨胀至吸气压力p 。，使吸入的新鲜气体减少，且此高压气体膨胀但不 对滚环作功，因而旋转压缩机的余隙容积既影响排气量，而其膨胀功又不 能回收，这是与其它压缩机所不同的。余隙容积膨胀的转角范围是= 4 一y 42 1 6 。 当切点t 达到排气孔口前边缘d 时( 巾= 4 一6 ) ，形成排气封闭容积。 在中= 4n 一6 4n 的转角范围，排气封闭容积内残存的气体再度受到压缩， 理论上其压力要达到无穷大，既要消耗功，又要损伤机件。当然，由于通 过间隙的泄漏以及适当的措施( 例如把中= 4n 一6 4n 这部分的气缸内圆 削进0 5 1 o m m ，使排气封闭容积与排气孔口相通) ，排气封闭容积的影响 大为缓和。 s u c t i o n c o m p r e s s i o nc o m p r e s s i o nd i s c h a r g e 0 。( 3 6 0 。) 9 0 。1 8 0 。2 7 0 。 目日目目口莎 图2 - 6压缩机吸气、压缩、排气过程筒图 1 2 天津大学工程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 滚环每转两周( 中= 4n ) ，完成如上一个完整的工作循环，即一定量气体 的吸气、压缩、排气是在曲轴的两转中完成的，但由于在切点t 或挡板的 两侧，吸气和压缩、排气是同时进行的，因而实际上仍是每转一周完成吸 气、压缩、排气循环一次。 特征角q 、8 、y 、6 、对压缩机的性能有影响。d 角与6 角分别决 定了吸气封闭容积和排气封闭容积的大小，在结构设计可能的前提下，角 n 与角6 应尽可能小，以保证吸、排气封闭容积的数值尽可能小。b 角的 大小直接影响排气量的大小，它的存在使达到最大基元面积( 中= 2 “) 后， 基元面积在与吸气孔口相连通的情况下再次缩小( 中= 2 2 + b ) ，使最 大基元面积中吸足的气体又返回至吸气管道中去。角y 表示余隙容积的大 小，亦是越小越好。总之，n 、b 、y 、6 角都应尽可能小，在考虑结构 的前提下一旦a 、6 确定，1 3 与y 可分别由吸、排气孔口的气体通流速度 的大小而定，它们影响到经流孔口的能量损失及排气阀的安装。 我们将基元面( 容) 积随转角的变化曲线以及基元面积内气体压力随 转角的变化曲线绘于图2 7 。 图2 - 7 基元面积一转角及气体压力一转角 滚环旋转两周( 中= 4n ) 中，基元面积及其内气体压力变化分以下几 个阶段： ( 1 ) 巾= o n ，基元面积由零扩大，产生吸气封闭容积。其压力可降 至p 。以下，一旦基元面积与吸气孔口相通，其压力立即恢复至p 。，压力变 化曲线为1 2 3 ； ( 2 ) 中= o 2n ，吸气过程。基元面积扩大且与吸气孔口相通，吸足 天津大学工程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 直至最大基元面积a ，若不计吸入压力损失，其压力恒等于吸气压力 p 。( 直线3 4 ) ； ( 3 ) 中= 2n 2n + b ，吸气回流。基元面积由最大值减小，且仍与吸 气口相通，故吸入气体a 中的a 回流至吸气孔口，气体压力仍为p 。( 直 线4 5 ) ； ( 4 ) 中= 2n + b 2n + 0 ，压缩过程。基元面积与吸、排气口均不通， 气体随基元面积的缩小而受到压缩。转角巾= 2n 十0 时，压力增至略高于 排气压力p d ，推开排气阀，压缩过程结束。压力增长曲线为5 6 ； ( 5 ) 中= 2 + o 4 一y ，排气过程。不断缩小的基元面积中的气体 经开启着的排气阀被推至排气腔。若不计排气压力损失，这一过程的气体 压力恒为排气压力p d ，( 直线6 7 ) ； ( 6 ) 中= 4n y 4n 一6 ，余隙容积膨胀过程。正在排气的高压基元 容积与其后正在吸气的基元容积相通，高压气体膨胀、回流至吸气基元容 积，使新鲜气体吸入量减少。高压基元容积在膨胀过程的压力变化曲线为 7 8 ： ( 7 ) 中= 4 一6 4n ，排气封闭容积中气体的再度压缩过程。理论上 压力由余隙容积膨胀终了压力p 。上升到无穷大，实际上是一有限值，压力 变化曲线为8 一l 。 2 4 容积变化规律和热力计算 d 2 4 1 基元容积变化规律 如图2 8 所示，挡板a b 与切点t 把整个气缸工作容积( 行程容积v 。分 割成吸气基元容积v 。与压缩、排气基 元容积v 。气缸的行程容积( 月牙形空 间) v 。o l = l ( r 2 一r2 ) = r 2 l e ( 2 - e ) ( 2 1 ) 式中：缸的! 登乏堡苎妻； 图2 8 挡板运荔及基元面积变化规律 根据图2 - 8 ，吸气基元容积 一一一 v 。= a ；l 1 4 天津人学_ l 程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 式中，a 。是曲边三角形a b t 的面积，可由如下方法得出。 滚环转过d 中角，a 。的增量( 图中阴影面积) d a 。：三r z d 巾一三pz d q b 22 有几何关系得 p=ec o s 巾+ r2 一e2 s i n2 中 令肛= e r ( 通常的结构斗 o 2 5 ) ，则上式为 p = r p c o s 巾十r 卜旷s i n 2 巾 将根号用二项式定理展开，略去展式中斗的高次项， 得 o = r ( 1 + 肛c o s 巾一一1 s i n2 巾) 所致误差极小。 ( 2 - 2 ) 令e = e r ，则 r r r ( 1 一) 得 斗= e r = ( 1 一)( 2 - 3 ) 将式( 2 2 ) 的p 平方，考虑式( 2 3 ) ，并略去“的高次项，得 p2 = r 2 ( 1 ) 2 + 2 ( 1 一) c o s 中十2 c o s 2 中( 2 - 4 ) 将上式代入d a 。，并由0 至m 积分，得到 a 。= 了1r 2 ( 2 一) 中一r 2 ( 1 一e ) s i n 中+ 三s i n 2 m 在转角中时的吸气基元容积 v 。：! r z l ( 2 一e ) 中一r ：l ( 1 一e ) s i n 中+ _ 1 es i n 2 由 ( 2 5 ) 2 4 压缩、排气基元容积 v 。= v 。o i - v 。 把式( 2 一1 ) 、式( 2 5 ) 代入上式，得到 v o = r 2 1 ( 2 一) ( “一中2 ) + r 2 1e ( 1 一) s i n 中+ 二s i n 2 中 ( 2 - 6 ) 4 从式( 2 5 ) 和式( 2 - 6 ) 可以看出，在中= o ；2n 附近，v 。、v 。的变化相当 平缓。例如，当中从0 。变化至3 0 。或从3 3 0 。变化至3 6 0 。时，v 。、v 。的 变化仅1 左右：当中从0 。变化至6 0 。或从3 3 0 。变化至3 6 0 。时，v 。、 v 。的变化也不过4 左右。因此在图2 - 5 中，当取影响吸气回流的角度0 及 影响余隙容积膨胀角度y 小于3 5 。时，对吸气回流( b 角) 、余隙容积( v 角) 、吸气封闭容积( 。角) 、排气封闭容积( 6 角) 的影响均不大。 天津大学工程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 2 4 2 排气量与内压缩 出式2 一l ，滚动活塞压缩机的理论排气量 vt = v 。l n nr2 1 n ( 2 一) ( 2 - 7 ) 考虑1 1v = v v r 及 = i r ，由上式得出气缸半径 r i 黑磊 式中v 一压缩机的实际排气量； r l ，一一压缩机的容积效率，n 。= 0 7 o 9 ； = 1 r ，气缸长径比，常取 = o 8 2 0 ； 相对偏心= r 的值一般取为0 1 5 - 0 2 0 。 一旦切点t 越过吸气孔口前边缘，则基元容积内的气体压力开始升高。 设压缩过程为指数f f i 的多方过程，则 p 。v 岛= p ；v m s 式中v 。一一转角中时，压缩的基元容积值，由式2 - 6 求取； v 。一一吸气结束、压缩刚开始时的基元容积值，由式2 6 中令中= b 求取。 则 ( 2 一e ) ( n ( 2e ) ( 了 b 2 ) 十( 1 2 ) + ( 1 ( 2 8 ) 随转角中的增加，p 。由吸气压力p 。增加，当增至某一角度中。时， p 。= p d ，随即排气阀打开，排气过程开始。式2 8 中令p 。= p 。，即可解得压 缩角中。 须注意，本切中的压缩、排气过程的转角中的范围是o 2n ，与上切 研究压缩机工作过程时巾= 2n 4n 不同，但并不影响问题的实质。 滚动活塞压缩机的功率计算、排气温度计算、效率计算等，基本上没 有很特殊的地方，可参照活塞压缩机、其它回转压缩机进行。 2 4 3 热力计算 在进行制冷循环的热力计算之前，首先需要了解系统中各设备内功和 热量的变化情况( 图2 8 ) ，然后再对循环的性能指标进行分析和计算。 6 爿 天津人学工程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 当完成一个蒸气压缩制冷循环时，在压缩机中，外界对制冷剂作功， 而热量的传递情况则因设备而异，在冷凝器中热量由制冷剂传给外界冷却 介质，在蒸发器中热量由被冷却介质传给制冷剂。 蒸发器中单位时间内向制冷剂传递的热量称为循环的制冷量，用符号 q 。表示。压缩机中因压缩制冷剂所消耗的功率用符号p 。表示，它是保持循 环运行所必须付出的代价。这两者的比值e 。= 望定义为制冷系数。 p o 根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量 方程可表示为 q + p - q 。( h 2 一h 。) k w ( 2 - 9 ) 式中q 和p 是单位时间内加给系统的热量和功；q 。是流进或流出该系统的 稳定质量流量；h 是比焓：下标1 和2 分别表示流体流进系统和离开系统 的状态点。当热量和功朝向系统时，q 和p 取正值。该方程可单独适用于 制冷系统中的每一个设备。 图2 - 8 压焓图 ( 1 ) 节流阀 制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功，p = 0 ，故方程式 2 9 变为 天津大学工程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 0 = q 。( h 4 - h 。) h ；= h 。( 2 1 0 ) 因此，可以认为节流前后其焓值不变。节流阀出口处( 点4 ) 为两相混合 物，它的焓值也可由下式表示： h4 = ( 1x 。) h ，。+ x 4 h 。 式中hr 。和h 。分别为蒸发压力p 。下饱和液体和饱和蒸气的焓值；x 。为制冷 剂出节流阀时的干度。将上式移项并整理，得到 x ；= 坠( 2 - 1 1 ) p 一伽 点4 比容为 v d = ( 1 一x 4 ) v f o + x 4 v 。( 2 1 2 ) 式中vr 。和v 。分别为蒸发温度t 。下饱和液体和饱和蒸气的比容。 ( 2 ) 压缩机 如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量，则由式2 - 9 得 p o = q 。( h ：一h )( 2 1 3 ) 式中( h 。咱，) 表示压缩机每压缩交输送l k g 制冷剂所消耗的功，称为理论比 功，用w 。表示。由于节流过程中制冷剂对外不作功，因此循环的比功与压 缩机的比功相等。 ( 3 ) 蒸发器 被冷却物体通过蒸发器抽制冷剂传递热量q o ，因为蒸发器不作功，故 方程式2 - 9 变为 q 。= q 。( h l - h 。) = q 。( h , - h 。)( 2 - 1 4 ) 由上式可以看出，制冷量q 0 与两个因素有关：制冷剂的质量流量q 。和制冷 剂进、出蒸发器的焓差( h 一h 。) ，前者与压缩机的尺寸和转速有关，后者与 制冷剂的种类和工作条件有关，与装置的大小无关。( h l - h 。) 称为单位质量 制冷量( 简称单位制冷量) ，它表示l k g 制冷剂在蒸发器内从被冷却物体 中吸取的热量，用q 。表示。 质量流量q 。与容积流量q 。有关，即 q v = q 。v ( 2 15 ) v 为制冷剂的比容。在压缩过程中它是一个变量，由于压缩机进口处比容 v 。和压缩机的尺寸紧密相关，因此我们用v 。代入方程式2 1 5 q v i = q m v l 天津大学工程硕士学位论文第二章空调用旋转式压缩机的基本原理 或q 。= 坚( 2 - 1 6 ) v l 将方程式2 1 6 代入方程式21 4 ，得到 q 。= q v l 皇1 二竺( 2 - 1 7 ) v i 由上式可以看出，制冷量也可以用另外两个因素来表示：压缩机进口处蒸 气的容积流量q ，。和( h , - h 。) v 。，前者取决于压缩机的尺寸和转速，后者取 决于制冷剂的种类和工作条件。( h 。岫。) v ，称为单位容积制冷量，用q 。表 示。它表示压缩机每吸入l m 3 制冷剂蒸气( 按吸气状态计) 所制取的冷量。 ( 4 ) 冷凝器 假设制冷剂在冷凝器中向外界放出热量为q 。，那么 q k - 吼( h 。一h 。) ( 2 一1 8 ) 式中( h ：- h 。) 称为冷凝器单位热负荷，用q 。表示。它表示l k g 制冷剂蒸气在 冷凝器中放出的热量。 ( 5 ) 制冷系数 按定义，在理论循环中，制冷系数可用下式表示 e o = 一q o ：! i 二丝( 2 - 1 9 、 天津大学工程硕士学位论文 第三章设计阶段 31 容量计算 第三章设计阶段 3 1 1 气缸的排气量计算 气缸1 理论排气量 v 。= l ( r2 一r2 ) 式中l 一一气缸1 的有效工作高度， 1 = 3 6 5 m m r 一一气缸1 的内径，r = 2 6 5 m m r 一一滚环2 的外径， r = 2 0 4 5 m m 代入式中： v ，= 3 1 4 3 6 5 x ( 2 6 52 2 0 4 52 ) ：3 2 5 7 i m m 3 = 3 2 5 7 1 c c 3 1 2 曲轴的偏心量计算 曲轴的理论偏心量： e 0 - r r = 2 6 5 2 0 4 5 ：6 0 5 m m 图3 - 1 泵体结构尺寸 考虑到气缸与滚环间的工作间隙( s e tc 1 e a r a n c e ) ： 取经验值t - 2 7 7 i im 曲轴的实际偏心量： e=eo t = 6 0 5 2 7 1 0 。3 = 6 0 2 3 m m 3 1 3 热力计算 天津大学工程硕士学位论文第三章设计阶段 设计工况如表3 1 ，图3 - 2 表3 - 1 设计工况下各状态点参数 项t l tl t 3 t3p sp d h 。 h 2h 。 v l 目 k g f c m 6 k g f c m 。k j k gk j k gk j k gm 3 k g 工 况 7 23 55 4 44 6 16 3 82 1 94 2 84 6 22 5 30 0 4 2 5 8 图3 - 2 压焓图 单位质量制冷量：q o = h , - h 。= h , - h 。= 4 2 82 5 3 = 1 7 5 k j k g 单位容积制冷量：q ，= q o v 。= 1 7 5 0 0 4 2 8 5 = 4 1 0 9 9 k j m 3 压缩机的容积效率：这里取n 。= o 8 已知电机频率：f = 5 0 h z 得到压缩机制冷量： q o = v tnvfq ， = 3 2 5 7 1x1 0 6 0 8 5 0 4 1 0 9 9 1 0 3 = 5 3 5 4k j s = 1 8 2 7 0b t u h r 2 1 天津大学工程硕士学位论文第三章设计阶段 3 2 变更部品设计 3 2 1 变更部品明细 q j 容量扩大是将q j 系列型号压缩机的最大排气量扩大为3 2 5 c c ， 因此部品设计是在q j 系列的架构上对相应的部品做相应的变更。 变更内容见表3 - 2 表3 - 2 主要变更部品明细表 新规( 变更) 内容 n o 品名p n o q j 2 9 2v sq j 3 2 5 p 1c y l 高度 3 3 2 一3 6 5 2s p r i n gh o l e 1 0 5 一t 2 3 偏心部 3 2 8 3 6 1 4 c s p i n 部高度 1 5 + 2 4 5 偏心量 5 9 3 6 一6 0 2 3 6 内径钻孔深度 6 6 + 6 9 3 7 r o l 高度 3 3 2 ，3 6 5 8 外径 4 1 1 ，4 0 9 9 m b 高度 4 7 6 - 5 0 1 0p o r t 径9 o + l o 1 1 高度 3 3 2 + 3 6 5 1 2 v a n e s p r i n g 槽 8 6 - 9 6 1 3s p r i n g 角度1 6o - 2 9 0 1 4全长2 7 - 3 1 6 1 5 s p r i n g 外径1 1 - 1 2 5 1 6 线径o 9 1 o 1 7o i lp r o p e l l e 】全长5 4 4 + 5 7 7 1 8冷冻油封入量5 0 0 6 0 0 2 l e n d l i n g 高度1 2 一1 6 2 2 r o t o r 叠层9 0 + 9 5 2 3 外径加工 2 4 高度 2 0 5 - 2 2 5 2 5全长2 3 3 7 2 5 4 3 2 6 c a s e s u c 位置 3 0 1 + 3 8 7 2 7 3 点位置 3 6 5 - 4 5 1 2 8 b r a c k e t 位置 5 6 6 + 4 1 4 2 9s t a t o r9 0 - 9 5 3 2 2 故障影响度分析( f m e a ) 在这里我们运用了6o 理论的工具一一f m e a 一一故障影响度分析， 天津大学工程硕士学位论文 第三章设计阶段 表3 - 3 设计f m e a 变更内容 故障m o d e 可能发生原因 故障影响 对策 n o部品作用 及事由 ( 问题类型) ( 问题结果) lc v t i n d e r 1 ) 高度：3 32 v a n es l o t 磨损s l o t 部面压增加信赖性低下 高压运转 3 6 5异常音 2 ) s p r i n gh o l e ： 槽幅变形s l o t 目j 性低下v a n es t i c k 高 中1 0 一中l3 一s p r i n gf o r c e 改善 s l o t 部泄漏 s l o t 部s e a l i n g 性能低下 ( v a n ej u m p i n g 防止： 面积减小 v a n e 线端及 s p r i n gf o r c e 。降能低下 r 0 1 ) b 杼磨损增加 1 ) 偏心部高度： 振动增加 偏心部质量增加 振动噪音增加 振动实验 3 2 8 3 6 2c r a n k s h a f t b a l a n c i n g 计算 一型号展开 2 ) p i n 部高度增加： 偏心部磨损偏心部面压增加信赣性低f 高压运转 1 5 一1 7 r o l 内径磨损 变形量检讨 一偏心部面压增加c l e 月t j 性能检讨 短期高压( 1 0 0 h r ) 初期启动噪音检讨 3 ) 短轴部d r 深度变更： 轴系磨损供油量不足信赖性低下- 供油量实验 6 6 6 9 3r o l l e r 1 ) 高度：3 3 2 3 6 5 泄- 随着高度增加性能低下c l e 别性能检讨 一型号展开 压缩部泄漏增加 1 ) 高度：3 3 2 3 6 5 泄 随着高度增加性能低下 c l e 月1 性能检讨 一型号展开 压缩部泄漏增加 4v a n e 2 ) s p r i n gh o l e s l o t 部泄漏s l o t 部s e a l i n g性能低下- c l e j j 性能检讨 尺寸变更： 面积减小 角度1 8 。一2 9 。 1 ) 长度：2 7 3 1 6 s p r i n g 破损s p r i n g 异常动作压缩不良 短期高压 5v a n es p r i n g 线径：巾o 9 一中l _ l 外径：巾1 1 5 一巾1 3 5 6o i lp r o p e l l e r1 ) 长度：5 4 8 5 8 8轴系磨损供油量不足 信赖性低下 供油量实验 1 ) 叠层：9 0 一9 5 电磁音 轴刚性不足 启动不良轴系补强 7 a g a p( 异常音)一长度增大 m o t o r 热装位置调整 一长轴末端 倒角长度取消 a g a p 0 4 管理 8o i l 封入量 1 ) 5 0 0 一6 5 0 液冷媒注入 容积不足 液压缩引起的油面观察 异常磨损 一低温条件 天津大学工程硕士学位论文 第三章设计阶段 即在设计阶段分析因部品变更可能产生的故障模式，以及发生故障 的可能性和对故障的影响程度。 见表3 3 3 2 3 图面制作 根据前面两个过程，可以绘制部品及装配图面，给出尺寸、公差，及 设定重要管理项目甚至c t q c r i t i c a lt oq u a li t y 项目( 品质致命不良项 目) 。 其中公差设定运用r &