《制冷压缩机》第4章_滚动转子式制冷压缩机

1、滚动转子式滚动转子式制冷压缩机制冷压缩机制冷压缩机制冷压缩机第第 四四 章章4-1 4-1 工作过程和结构特点工作过程和结构特点滚动转子式压缩机是一种容积型回转滚动转子式压缩机是一种容积型回转式压缩机，它是利用气缸工作容积的变化式压缩机，它是利用气缸工作容积的变化来实现吸气、压缩和排气过程的。来实现吸气、压缩和排气过程的。1. 工作原理工作原理组成：组成：气缸、滚动转子、气缸、滚动转子、偏心轴、滑片等。偏心轴、滑片等。滚动转子装在偏心轴滚动转子装在偏心轴上，转子沿气缸内壁滚动，上，转子沿气缸内壁滚动，与气缸间形成月牙形的工与气缸间形成月牙形的工作腔，滑片靠弹簧作用力作腔，滑片靠弹簧作用力使其端

2、部与转子紧密接触，使其端部与转子紧密接触，将月牙形工作腔分隔为两将月牙形工作腔分隔为两部分，滑片沿滑片槽做往部分，滑片沿滑片槽做往复运动。气缸内壁、转子复运动。气缸内壁、转子外壁、切点、滑片构成外壁、切点、滑片构成基基元容积元容积，容积内气体压力，容积内气体压力随转角变化。随转角变化。转子转子气缸气缸曲轴曲轴滑片滑片弹簧弹簧由上述的工作过程可以看出：由上述的工作过程可以看出：（1）转子回转一周，将完成）转子回转一周，将完成上一工作循环的压上一工作循环的压缩和排气过程缩和排气过程，及，及下一工作循环的吸气过程下一工作循环的吸气过程。（2）由于不设吸气阀，）由于不设吸气阀，吸气开始的时机吸气开始的

3、时机与气缸与气缸上吸气孔口位置有严格的对应关系，不随工况的上吸气孔口位置有严格的对应关系，不随工况的变化而变动。变化而变动。（3）由于设置了排气阀，）由于设置了排气阀，压缩终了的时机压缩终了的时机将随将随排气管中压力的变化而变动。排气管中压力的变化而变动。2. 工作过程工作过程2. 工作过程工作过程几个特征角及其影响几个特征角及其影响(1)吸气孔口后边缘角吸气孔口后边缘角(2)吸气孔口前边缘角吸气孔口前边缘角(4)(5)(3)排气孔口后边缘角排气孔口后边缘角排气孔口前边缘角排气孔口前边缘角排气开始角排气开始角VVpP240容积容积转角、压力转角、压力转角图转角图3. 主要结构形式及特点主要结构

4、形式及特点滚动转子式制冷压缩机主要是滚动转子式制冷压缩机主要是小型全封闭式小型全封闭式，卧式卧式多用于冰箱，立式多用于空调多用于冰箱，立式多用于空调。卧式结构卧式结构排气消声器：排气消声器：由由辅轴承和薄钢板辅轴承和薄钢板组成的空腔组成。组成的空腔组成。供油机构：供油机构：靠吸靠吸油和排油二极管油和排油二极管将油从底部吸入将油从底部吸入通过供油管供油。通过供油管供油。固定方式：固定方式：主轴主轴承与机壳焊成一承与机壳焊成一体。体。吸油二极管吸油二极管排油二极管排油二极管排气消声器排气消声器主轴承主轴承消声器消声器平衡块平衡块储液器储液器吸气管吸气管排气管排气管立式结构立式结构储液器的作用：储液

5、器的作用：气液气液分离、储存制冷剂和分离、储存制冷剂和润滑油、缓冲吸气压润滑油、缓冲吸气压力脉动。力脉动。电机冷却：电机冷却：机壳内充机壳内充满高压气体，吸气直满高压气体，吸气直接进入压缩机，减少接进入压缩机，减少了吸气过热，排气温了吸气过热，排气温度不高，可冷却电机。度不高，可冷却电机。离心式供油。离心式供油。固定方式：固定方式：气缸与机气缸与机壳焊接在一起。壳焊接在一起。吸气管吸气管滚动转子式压缩机的特点滚动转子式压缩机的特点 1零部件少，结构简单零部件少，结构简单2易损零件少，运行可靠易损零件少，运行可靠3没有吸气阀片，余隙容积小，输气系数较高没有吸气阀片，余隙容积小，输气系数较高4在同

6、工况下，压缩机体积小、重量轻，运转平衡在同工况下，压缩机体积小、重量轻，运转平衡5加工精度要求较高加工精度要求较高6密封性能较差，泄漏损失较大密封性能较差，泄漏损失较大7. 气缸容积利用率低气缸容积利用率低4. 发展趋势发展趋势变频电机变频电机平衡块平衡块排气阀排气阀消声孔消声孔滑片滑片回油管回油管消声孔消声孔特点：特点：1. 变频调速进行无级能量变频调速进行无级能量调节：调节：频率调节范围频率调节范围30120 Hz，转速转速16006200rpm.2. 对转速范围宽的适应性：对转速范围宽的适应性：采取一些减振和消声措施。采取一些减振和消声措施。平衡块降低高速时引起的振平衡块降低高速时引起的

7、振动。曲轴的表面处理。动。曲轴的表面处理。3. 固定方式：固定方式：气缸与机壳气缸与机壳焊接在一起。焊接在一起。（1）变频压缩机）变频压缩机特点：特点：动力平衡性好，动力平衡性好，双转子使负荷扭双转子使负荷扭矩的变化平缓，矩的变化平缓，减振，适用于大减振，适用于大功率。功率。固定方式：固定方式：气缸气缸和电机热套在机和电机热套在机壳上，壳上，气缸与机气缸与机壳焊接壳焊接。（2）双缸滚动转子压缩机）双缸滚动转子压缩机4. 发展趋势发展趋势4. 发展趋势发展趋势（3）提高压缩机的经济性及可靠性）提高压缩机的经济性及可靠性 借助电子计算机对压缩机工作过程的性能仿真，主要部借助电子计算机对压缩机工作过

8、程的性能仿真，主要部件结构如轴承、滑片、滚动转子、排气阀等结构的特性件结构如轴承、滑片、滚动转子、排气阀等结构的特性分析，以及噪声和振动的仿真。可对压缩机的经济性和分析，以及噪声和振动的仿真。可对压缩机的经济性和可靠性、噪声和振动进行预测，并通过完善这些预测手可靠性、噪声和振动进行预测，并通过完善这些预测手段。对满足各种要求的滚动转子式压缩机进行优化设计。段。对满足各种要求的滚动转子式压缩机进行优化设计。（4）降低噪声）降低噪声为了减少由于滚动转子式压缩机与机壳焊接成整体结构为了减少由于滚动转子式压缩机与机壳焊接成整体结构带来噪声的不利影响，首先从振动方面入手减少曲轴及带来噪声的不利影响，首先

9、从振动方面入手减少曲轴及轴承的振动，改进压缩机与机壳的连接系统，开发各种轴承的振动，改进压缩机与机壳的连接系统，开发各种新型消声结构和排气阀等。新型消声结构和排气阀等。4-2 4-2 主要热力性能参数主要热力性能参数滚动转子式压缩机运动机构示意图滚动转子式压缩机运动机构示意图RrTx前提假设：前提假设：1.滑片只做上下往滑片只做上下往复运动；复运动；2.不计滑片厚度，不计滑片厚度，与转子的接触点与转子的接触点始终在坐标轴上始终在坐标轴上移动；移动；3.不计排气阀下面不计排气阀下面排气孔所占容积。排气孔所占容积。滚动转子式压缩机运动机构示意图滚动转子式压缩机运动机构示意图RrTx一、气缸工作容积

10、的变化规律一、气缸工作容积的变化规律1.滑片的运动规律滑片的运动规律与曲柄与曲柄连杆机连杆机构相似。构相似。,Rere令设计时一般设计时一般R和相和相对偏心矩对偏心矩作为结作为结构参数确定下来构参数确定下来1,1ReReRr则2sin121cos1Rx运动位移运动位移:2sin121sinRc运动速度运动速度:运动加速度运动加速度:2cos1cos2Ra根据几何关系，滑片与转子触点的运动关系：根据几何关系，滑片与转子触点的运动关系：1.滑片的运动规律滑片的运动规律2. 气缸容积变化规律气缸容积变化规律气缸的工作容积气缸的工作容积 是气是气缸内壁与转子外圆间形缸内壁与转子外圆间形成的月牙形面积成

11、的月牙形面积 与转与转子长度子长度L的乘积。的乘积。pVsVdVpA22ppVA LRrLpsdVVV滑片将气缸容积分为吸气滑片将气缸容积分为吸气容积容积 和压缩容积和压缩容积不计滑片厚度时，不计滑片厚度时，2. 气缸容积变化规律气缸容积变化规律2211121sinsin 2242sxARRA为计滑片厚度时，滑片伸入气缸中所占据的面积：为计滑片厚度时，滑片伸入气缸中所占据的面积：吸气缸横截面积吸气缸横截面积xA2211112 sinsin42xxxAb xrr0 xA 压缩和排气缸横截面积：压缩和排气缸横截面积：dpsAAALARRVxs212sin41sin122122LARRLrRVxd2

12、12sin41sin12212222若不计滑片厚度，则若不计滑片厚度，则0 xA2. 气缸容积变化规律气缸容积变化规律吸气和压缩容积的变化曲线吸气和压缩容积的变化曲线结论：结论：余隙容积很小；余隙容积很小； 吸排气孔口位置；吸排气孔口位置； 相对偏心距相对偏心距影响气缸利用率。影响气缸利用率。 /LRVd2LRVs20360Re二、输气量及其影响因素二、输气量及其影响因素理论容积输气量理论容积输气量:60vtpqnV实际容积输气量实际容积输气量:vaVvtqq容积效率容积效率:VVpTlh 容积效率表征气缸工作容积的利用程度，反映由容积效率表征气缸工作容积的利用程度，反映由于余隙容积、吸气阻力

13、、吸气加热、气体泄漏和于余隙容积、吸气阻力、吸气加热、气体泄漏和吸气回流造成的容积损失。吸气回流造成的容积损失。0.7 0.9V（1）容积系数）容积系数1110ksdkVppc排气结束排气结束排气开始排气开始吸气结束吸气结束吸气开始吸气开始压缩开始压缩开始O1OOT1)在在=4-时时,切点切点T以以上封存的容积上封存的容积2)排气阀座孔的容积排气阀座孔的容积3)排气孔口附近及以上排气孔口附近及以上的气缸被削去的部分的气缸被削去的部分(减减小过度压缩小过度压缩)。余隙容积的组成余隙容积的组成:余隙容积小，膨胀过程余隙容积小，膨胀过程短，压比大，绝热膨胀。短，压比大，绝热膨胀。滚动转子式的容积系数

14、滚动转子式的容积系数一般比往复式的大。一般比往复式的大。（2）压力系数）压力系数1p表征吸气压力损失对输气量造成的影响。滚动转子式压缩表征吸气压力损失对输气量造成的影响。滚动转子式压缩机无吸气阀，吸气压缩损失小，可认为压力系数约为机无吸气阀，吸气压缩损失小，可认为压力系数约为1。（3）温度系数）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，加热后的气体比体积增加，机壳中，吸入气体仍被加热，加热后的气体比体积增加，使输气量减少。使输气量减少。0.95 0.82T（4）泄漏系数）泄漏系数泄漏途径：泄漏途径：转子

15、与气缸的切点处、滑片与转子的接触点处转子与气缸的切点处、滑片与转子的接触点处的径向间隙。的径向间隙。转子两端面处的轴向间隙。转子两端面处的轴向间隙。滑片两端面的滑片两端面的轴向间隙。轴向间隙。系数随转速变化。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，是影响输滚动转子式压缩机的泄漏系数较往复压缩机的小，是影响输气量的主要因素。气量的主要因素。l（5）回流系数）回流系数1h压缩开始压缩开始To1O30 351h在的范围,容积变化较小,2 2+吸气回流过程吸气回流过程吸气结束吸气结束To1O三、压缩过程三、压缩过程 压缩结束压缩结束或排气开始或排气开始O1OOT压缩开始压缩开始To

16、1O压缩过程压缩过程Vp ,Vp ,Vps,0状态点状态点对多变压缩过程：对多变压缩过程：0nnsp Vp V020.51sin0.25 sin220.51sin0.25 sin2nspp.,可求得排气开始角令dkpp 忽略排气阀阻忽略排气阀阻力和滑片厚度力和滑片厚度四、功率及效率四、功率及效率1. 等熵功率等熵功率03600tsmadksPqhh2. 指示功率指示功率itsiPP111111nnlTinnn等功压缩指数3. 机械效率机械效率 ：反映机械摩擦损失大小。：反映机械摩擦损失大小。m4. 电动机效率电动机效率 ：反映电动机的损失。：反映电动机的损失。mo 电效率电效率 ：反映电动机输

17、入功利用的完善程度。：反映电动机输入功利用的完善程度。el4-3 4-3 受力分析及主要结构参数受力分析及主要结构参数通过分析作用于滚动转子式压缩机主要运动部通过分析作用于滚动转子式压缩机主要运动部件上的力及力矩随转角的变化规律，为校核零部件件上的力及力矩随转角的变化规律，为校核零部件强度和刚度及确定轴承负荷提供依据。为使压缩机强度和刚度及确定轴承负荷提供依据。为使压缩机运转平稳，对飞轮矩及平衡质量需进行计算。运转平稳，对飞轮矩及平衡质量需进行计算。滚动转子式压缩机主要运动部件有滚动转子、滚动转子式压缩机主要运动部件有滚动转子、主轴和滑片，作用力有气体力、摩擦力、偏心转子主轴和滑片，作用力有气

18、体力、摩擦力、偏心转子的惯性力、滑片弹簧力等。的惯性力、滑片弹簧力等。一、转子的受力分析一、转子的受力分析T0sp吸气口吸气口排气口排气口gFAAT11OelrRpL11. 气体合力气体合力10gsFL L pp112 sin2Lr由几何关系：由几何关系：对三角形对三角形AOO1有：有：2221 2cosrereO11coscos1cos22111,11cossin22rR1. 气体合力气体合力112 1 cos1 cos21LR可求得力的作用宽度可求得力的作用宽度由由2cos11cos1210sgppRLF气体力构成轴承的负荷并使转子弯曲气体力构成轴承的负荷并使转子弯曲2. 阻力矩（阻力矩（

19、Nm）及飞轮矩）及飞轮矩摩擦产生的阻力矩摩擦产生的阻力矩1195501fimMPn摩擦功率摩擦功率气体力产生的阻力矩气体力产生的阻力矩1sin212 1cos1cos221leR20112 1cos1cos221ggsMF lR Lpp总阻力矩：总阻力矩：( )gfMMMf注注意意转转子子的的旋旋转转方方向向定值定值转子所受气体力和阻力矩的变化曲线图转子所受气体力和阻力矩的变化曲线图dM排气开始时排气开始时峰值确定轴峰值确定轴承最大负荷承最大负荷 阻力矩阻力矩驱驱动动力力矩矩M曲线下的面积代表电动曲线下的面积代表电动机旋转一圈对压缩机做的功，机旋转一圈对压缩机做的功，可用来计算压缩机的轴功率：

20、可用来计算压缩机的轴功率：31060nmAmPfe飞轮矩飞轮矩JaMMd3. 旋转惯性力及力矩的平衡旋转惯性力及力矩的平衡（1）单缸机的平衡）单缸机的平衡注意：注意：在平衡惯性力的同在平衡惯性力的同时时, 应平衡力矩。应平衡力矩。质量应质量应加装在电机转子的两端。加装在电机转子的两端。惯性力的平衡惯性力的平衡rxrxrxFFF惯性力矩的平衡惯性力矩的平衡rxrxF aF b00 xxxxr ammrb 001xxxxrammrb 平衡块质量平衡块质量3. 旋转惯性力及力矩的平衡旋转惯性力及力矩的平衡（2）双缸机的平衡）双缸机的平衡1423FFFF惯性力的（静）平衡惯性力的（静）平衡惯性力矩的（

21、动）平衡惯性力矩的（动）平衡11332244FLF LF LF L若两转子的惯性力相等，则若两转子的惯性力相等，则只需对力矩进行平衡只需对力矩进行平衡1234,FF FF若1 11234343m r LLmmr LL则平衡重为则平衡重为二、滑片的受力分析二、滑片的受力分析滑片所受横向气体力（两侧面）滑片所受横向气体力（两侧面）10gsFxL pp滑片所受纵向气体力滑片所受纵向气体力2012gsbFLb ppLbp往复惯性力往复惯性力jjFma012ssbjFLb ppLbpF弹簧力保证滑片始终与转子接触弹簧力保证滑片始终与转子接触忽略摩擦力忽略摩擦力三、主要结构参数三、主要结构参数主要结构参数

22、有：气缸直径主要结构参数有：气缸直径D、气缸（或转子）的轴向长、气缸（或转子）的轴向长度度L、转子相对偏心距、转子相对偏心距(=e /R)、相对气缸长度、相对气缸长度(=L/D)。结构参数根据热力计算确定。结构参数根据热力计算确定。1. 气缸直径气缸直径D气缸工作容积气缸工作容积22pVRrL参数间的关系参数间的关系,1,e R rReRLD1 342pVD制冷量和工况已知，制冷量和工况已知，进行热力计算确定进行热力计算确定设计参数设计参数2. 相对偏心距和相对气缸长度相对偏心距和相对气缸长度（1 1）相对偏心距）相对偏心距的影响的影响：Re愈大，气缸的有效利用率愈大愈大，气缸的有效利用率愈大

23、愈大，滑片的气体力增加，而转子所受气体力愈小愈大，滑片的气体力增加，而转子所受气体力愈小22212pVR LBVRrL,B则气缸利用率1,gxF则,gF则211cossin21xR滑片位移滑片位移滑片侧面气体力滑片侧面气体力10gsFxL pp转子气体力转子气体力012 1cos1cos21gsFRLpp愈大，泄漏圆周长愈短，周向泄漏愈小。愈大，泄漏圆周长愈短，周向泄漏愈小。2. 相对偏心距和相对气缸长度相对偏心距和相对气缸长度,1e R rReR结论：选较大的结论：选较大的值有利，但不宜过大（为什么？）值有利，但不宜过大（为什么？）（2 2）相对气缸长度）相对气缸长度的影响：的影响：L D1

24、,ggLFF则和,L则泄漏量0 . 125. 0,16. 011. 0一般结论：选较小的结论：选较小的值有利，但不宜过小值有利，但不宜过小（为什么？）（为什么？）3. 泄漏间隙泄漏间隙主要间隙：主要间隙：（1）转子端面间隙）转子端面间隙（2）转子径向间隙）转子径向间隙（3）滑片端面间隙）滑片端面间隙（4）滑片槽侧面间隙。）滑片槽侧面间隙。间隙过大，则泄漏大，能效比低；间隙过间隙过大，则泄漏大，能效比低；间隙过小，摩擦功率大，能效比也低。小，摩擦功率大，能效比也低。存在最佳间隙存在最佳间隙。对滚动转子式压缩机，泄漏对性能和寿命的影对滚动转子式压缩机，泄漏对性能和寿命的影响是重要的。因此开发减小泄

25、漏的新结构是趋响是重要的。因此开发减小泄漏的新结构是趋势，势， 如如摆转式滚动压缩机摆转式滚动压缩机。 摆转式压缩机摆转式压缩机特点特点: 转子与叶片铸造成一转子与叶片铸造成一体体,与轴瓦一起使压缩平稳，与轴瓦一起使压缩平稳，减少滑阀与转子的泄漏和混减少滑阀与转子的泄漏和混合油引起的摩擦，效率和可合油引起的摩擦，效率和可靠性更高，采用变频，在中靠性更高，采用变频，在中低速泄漏小，效率和节能显低速泄漏小，效率和节能显著著,且面向替代工质且面向替代工质HCFC, 407C 和和 410A .日本大金日本大金(DAIKIN)公司正在公司正在用它代替传统的滚动转子式用它代替传统的滚动转子式。4-5 4-5 振动与噪声振动与噪声一、振动源与噪声源一、振动源与噪声源振动源振动源（1）曲轴扭矩振动）曲轴扭矩振动 （2）转子的旋转不平衡惯性力）转子的旋转不平衡惯性力 （3）压力脉动产生的激振力