-涡旋式制冷压缩机(2010)

1、本章教学内容本章教学内容 u涡旋式制冷压缩机的结构、工作过程及特点涡旋式制冷压缩机的结构、工作过程及特点u涡旋式制冷压缩机的热力性能涡旋式制冷压缩机的热力性能u涡旋式制冷压缩机密封及防自转机构涡旋式制冷压缩机密封及防自转机构u涡旋式制冷压缩机的输气量调节涡旋式制冷压缩机的输气量调节5-1 5-1 涡旋压缩机结构、工作过程及特点涡旋压缩机结构、工作过程及特点 一、工作原理一、工作原理 涡旋压缩机是一种新型、节能、省材和低噪的涡旋压缩机是一种新型、节能、省材和低噪的容积型压缩机，其工作原理是利用动、静涡旋容积型压缩机，其工作原理是利用动、静涡旋盘的相对公转运动形成封闭容积的连续变化，盘的相对公转运

2、动形成封闭容积的连续变化，实现压缩气体的目的。实现压缩气体的目的。主要用于空调、制冷、一般气体压缩以及用于主要用于空调、制冷、一般气体压缩以及用于汽车发动机增压器和真空泵等场合，可在很大汽车发动机增压器和真空泵等场合，可在很大范围内取代传统的中、小型往复式压缩机。范围内取代传统的中、小型往复式压缩机。 二、根本结构及工作过程二、根本结构及工作过程1-1-静涡盘静涡盘 2-2-动涡盘动涡盘3-3-机体机体 4-4-十字联接环十字联接环 5-5-曲轴曲轴 6-6-吸气口吸气口7-7-排气孔排气孔涡旋压缩机的结构涡旋压缩机的结构u根本结构根本结构机体机体主轴主轴防自转机构防自转机构动涡盘动涡盘静涡盘

3、静涡盘主要零部件主要零部件两个具有双函数方程两个具有双函数方程型线的动涡盘和静涡型线的动涡盘和静涡盘相错盘相错180180对置相互对置相互啮合，其中动涡盘由啮合，其中动涡盘由一个偏心距很小的曲一个偏心距很小的曲柄轴驱动，并通过防柄轴驱动，并通过防自转机构约束，绕静自转机构约束，绕静涡盘作半径很小的平涡盘作半径很小的平面运动，从而与端板面运动，从而与端板配合形成一系列月牙配合形成一系列月牙形柱体工作容积。形柱体工作容积。结构特点：结构特点：过程模拟过程模拟整机整机总体结构总体结构 立式背压腔结构立式背压腔结构吸气管吸气管排气管排气管特点：利用排气来冷特点：利用排气来冷却电机，同时为平衡却电机，同

4、时为平衡动涡旋盘上承受的轴动涡旋盘上承受的轴向气体力而采用背压向气体力而采用背压腔结构，另外机壳内腔结构，另外机壳内是高压排出气体，使是高压排出气体，使得排气压力脉动小，得排气压力脉动小，因而振动和噪声都很因而振动和噪声都很小。小。背背压压腔腔背背压压孔孔背压腔如何实现轴向力的平衡？背压腔如何实现轴向力的平衡？n在动涡旋盘上开背压孔，背压孔与中间压在动涡旋盘上开背压孔，背压孔与中间压力腔相通，从背压孔引入气体至背压腔，力腔相通，从背压孔引入气体至背压腔，使背压腔处于吸、排气压力之间的中间压使背压腔处于吸、排气压力之间的中间压力。通过背压腔内气体作用于动涡旋盘的力。通过背压腔内气体作用于动涡旋盘

5、的底部，从而来平衡各月牙形空间内气体对底部，从而来平衡各月牙形空间内气体对动涡旋盘的不平衡轴向力和力矩。动涡旋盘的不平衡轴向力和力矩。高压外壳的特点：高压外壳的特点： 1.1.吸气温度加热损失少；吸气温度加热损失少； 2.2.排气脉动小；排气脉动小； 3.3.启动时冷冻机油发泡。启动时冷冻机油发泡。低压外壳的特点：低压外壳的特点： 1.1.吸气温度易过热；吸气温度易过热； 2.2.压缩机不易产生液击；压缩机不易产生液击； 3.3.内置电动机效率较高。内置电动机效率较高。卧式卧式汽车空调用涡旋式压缩机汽车空调用涡旋式压缩机 单涡旋与双涡旋压缩机单涡旋与双涡旋压缩机谷轮柔性涡旋压缩机的开展 v谷轮

6、谷轮柔性涡旋柔性涡旋压缩机压缩机n运动部件的减少改善了整机的可靠性运动部件的减少改善了整机的可靠性n轴向和径向柔性容许涡旋双向分开，提供出色的抗液击能力轴向和径向柔性容许涡旋双向分开，提供出色的抗液击能力n内置式过热、过压和过电流保护内置式过热、过压和过电流保护n全世界范围内有超过全世界范围内有超过4 4千万柔性涡旋压缩机安装运行千万柔性涡旋压缩机安装运行 v谷轮谷轮数码涡旋数码涡旋压缩机压缩机n基于谷轮柔性涡旋压缩机设计基于谷轮柔性涡旋压缩机设计n采用了简单常用的机电设计进行容量调节采用了简单常用的机电设计进行容量调节n据统计，数码涡旋现场故障率为百万分之二十据统计，数码涡旋现场故障率为百万

7、分之二十 v谷轮谷轮强热型数码涡旋强热型数码涡旋热泵压缩机热泵压缩机n柔性喷气增焓设计柔性喷气增焓设计 n全面彻底的材料兼容性和时效试验全面彻底的材料兼容性和时效试验 n喷气增焓过程提供了充分的涡旋冷却喷气增焓过程提供了充分的涡旋冷却 数码涡旋压缩机数码涡旋压缩机采用采用“轴向柔性浮动密封轴向柔性浮动密封技术，将一活塞安装在顶部技术，将一活塞安装在顶部定涡旋盘处，活塞顶部有一定涡旋盘处，活塞顶部有一调节室，通过调节室，通过0.6mm0.6mm直径的直径的排气孔和排气压力相连通，排气孔和排气压力相连通，而外接而外接PWMPWM阀脉冲宽度调阀脉冲宽度调节阀连接调节室和吸气压节阀连接调节室和吸气压力

8、。力。 PWMPWM阀处于常闭位置时，阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压力为排气压活塞上下侧的压力为排气压力，一弹簧力确保两个涡旋力，一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载。盘共同加载。 PWMPWM阀通电时，阀通电时，调节室内排气被释放至低压调节室内排气被释放至低压吸气管，导致活塞上移，带吸气管，导致活塞上移，带动顶部定涡旋盘上移，该动动顶部定涡旋盘上移，该动作使动、定涡旋盘分隔，导作使动、定涡旋盘分隔，导致无制冷剂通过涡旋盘。致无制冷剂通过涡旋盘。调制范围从调制范围从10% 10% 到到100%100%通过涡旋分开通过涡旋分开1 1毫米来到达调制冷量的目的毫米来到达调制冷量的目的数码涡旋的调制机构数

9、码涡旋的调制机构涡旋间别离涡旋间别离1.0 1.0 毫米毫米 负载负载 (1)(1)全能力全能力卸载卸载 (0)(0)零能力零能力例例1: 20% 输出输出8 秒秒全能力全能力零能零能力力2 秒秒例例2: 50% 输出输出全能力全能力零能零能力力5 秒秒5 秒秒1 1、压缩机低温制热可靠性要求：、压缩机低温制热可靠性要求：l在低温环境下在低温环境下连续运转不过热连续运转不过热l在低温环境下继续回油在低温环境下继续回油2 2、压缩机低温制热舒适性要求：、压缩机低温制热舒适性要求：l有足够的制热量有足够的制热量3 3、压缩机低温制热经济性要求：、压缩机低温制热经济性要求：l高高COPCOP数码涡旋

10、的优点数码涡旋的优点 高效、舒适高效、舒适卧室卧室( (开开) )餐厅餐厅( (关关) )起居室起居室( (开开) )用于冷冻系统中的系统流程图：用于冷冻系统中的系统流程图：对压缩过程进行中间补气的经济器运行方式，是解决对压缩过程进行中间补气的经济器运行方式，是解决涡旋压缩机在低温工况下运行时，由于压比过高导致涡旋压缩机在低温工况下运行时，由于压比过高导致排气温度过高的有效方法。排气温度过高的有效方法。u涡旋压缩机的工作过程涡旋压缩机的工作过程涡旋压缩机在主轴旋转涡旋压缩机在主轴旋转一周时间内，其吸气、一周时间内，其吸气、压缩、排气三个工作过压缩、排气三个工作过程是同时进行，外侧空程是同时进行

11、，外侧空间与吸气口相通，始终间与吸气口相通，始终处于吸气过程，内侧空处于吸气过程，内侧空间与排气口相通，始终间与排气口相通，始终处于排气过程。处于排气过程。 三、涡旋压缩机的特点三、涡旋压缩机的特点u优点：优点：n相邻两压缩室压差小，可使气体泄漏量减少。相邻两压缩室压差小，可使气体泄漏量减少。n由于吸气、压缩、排气过程是同时连续进行，故压力上由于吸气、压缩、排气过程是同时连续进行，故压力上升速度较慢，因此转矩变化幅度小、振动小；同时没有升速度较慢，因此转矩变化幅度小、振动小；同时没有余隙容积，故不存在引起容积效率下降的膨胀过程。余隙容积，故不存在引起容积效率下降的膨胀过程。n无吸、排气阀，效率

12、高，可靠性高，噪声低。无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低。n由于采用柔性结构，抗杂质和液击能力强，一旦压缩腔由于采用柔性结构，抗杂质和液击能力强，一旦压缩腔内压力过高，可使动盘与静盘端面脱离，压力立即得到内压力过高，可使动盘与静盘端面脱离，压力立即得到释放。释放。n机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机容机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机容积效率。积效率。n由于压缩气体由外向内运动，可进行喷液冷却和中间补由于压缩气体由外向内运动，可进行喷液冷却和中间补气，实现经济器运行。气，实现经济器运行。u 缺点：缺点：n涡旋体型线加工精度非常高，其端板平面的平面度、涡旋体型线加工精

13、度非常高，其端板平面的平面度、端板平面与涡旋体侧壁面的垂直度须控制在微米级，端板平面与涡旋体侧壁面的垂直度须控制在微米级，必须采用专用的精密加工设备以及精确的调心装配必须采用专用的精密加工设备以及精确的调心装配技术。技术。 限制其应用范围：目前仅用于功率在限制其应用范围：目前仅用于功率在1 115kW15kW的空调器中的空调器中n密封要求高，密封机构复杂。密封要求高，密封机构复杂。n由于无气阀，压缩腔内部会形成过压缩和欠压缩。由于无气阀，压缩腔内部会形成过压缩和欠压缩。三种类型压缩机比较：三种类型压缩机比较：压缩机类别压缩机类别比较项目比较项目涡旋式压缩机涡旋式压缩机滚动转子式压缩机滚动转子式

14、压缩机往复式压缩机往复式压缩机高压到低压泄露量高压到低压泄露量吸气阀阻力吸气阀阻力排气阀阻力排气阀阻力顶端余隙容积顶端余隙容积能效比能效比少少无无无无无无2.92.9有泄露有泄露无无有有较小较小2.62.6有泄露有泄露( (最大最大) )有有有有有有 2.62.6以下以下噪音噪音振动振动零部件数量零部件数量重量重量工作精度工作精度 9090606040408585最高最高10510540040060607575高高100100100100100100100100一般一般在中、小型空调机中，往复、涡旋、滚动转子式三类压缩机在中、小型空调机中，往复、涡旋、滚动转子式三类压缩机并存，但各有不同的结构

15、特点，下面从效率、噪音、振动等并存，但各有不同的结构特点，下面从效率、噪音、振动等几方面对这三种压缩机进行比较：几方面对这三种压缩机进行比较：四、涡旋压缩机的开展趋势及研究现状四、涡旋压缩机的开展趋势及研究现状u涡旋压缩机的开展历史涡旋压缩机的开展历史u19051905年年 法国人法国人Leon Creux Leon Creux 首先提出涡旋首先提出涡旋机械的工作原理，并申请美国专利。但由于机械的工作原理，并申请美国专利。但由于涡旋体加工困难、轴向力不能稳定平衡、防涡旋体加工困难、轴向力不能稳定平衡、防自转机构不灵活、密封机构不完善等原因，自转机构不灵活、密封机构不完善等原因，难以实用化。难以

16、实用化。u2020世纪世纪7070年代年代 高精度数控铣床的涌现和高精度数控铣床的涌现和世界能源危机的加剧，促进了涡旋压缩机的世界能源危机的加剧，促进了涡旋压缩机的开展。此时美国的开展。此时美国的Arthur D Little Arthur D Little 公司成公司成功开发出压缩氦气的涡旋压缩机，并应用在功开发出压缩氦气的涡旋压缩机，并应用在远洋海轮上，标志着涡旋压缩机实用化年代远洋海轮上，标志着涡旋压缩机实用化年代的到来。的到来。8080年代年代 涡旋压缩机首先被日本在制冷和空调领域取得商涡旋压缩机首先被日本在制冷和空调领域取得商业应用，在业应用，在8181年，日本年，日本SandenS

17、anden三电推出柜式空调三电推出柜式空调用涡旋压缩机；用涡旋压缩机；8282年，年，SandenSanden推出汽车空调用涡旋压推出汽车空调用涡旋压缩机；缩机；8787年，年，CopelandCopeland谷轮开始生产空调用涡旋谷轮开始生产空调用涡旋压缩机，并相继推出柔性涡旋和数码涡旋压缩机。压缩机，并相继推出柔性涡旋和数码涡旋压缩机。9090年代年代 涡旋压缩机的系列化产品相继问世，日本松下电涡旋压缩机的系列化产品相继问世，日本松下电器生产家用空调小型全封闭涡旋压缩机；东芝推出列器生产家用空调小型全封闭涡旋压缩机；东芝推出列车空调用涡旋压缩机；车空调用涡旋压缩机；CarrierCarri

18、er公司推出在冷水机组上公司推出在冷水机组上并联使用的涡旋压缩机；涡旋空气压缩机也得到一定并联使用的涡旋压缩机；涡旋空气压缩机也得到一定的开展。的开展。u空调用涡旋压缩机主要生产厂家空调用涡旋压缩机主要生产厂家功率在功率在0.750.7515kW15kW之间，一般为之间，一般为3 35kW5kW美国美国 CopelandCopeland是全球最大涡旋压缩机制造商，并是全球最大涡旋压缩机制造商，并于于9090年代后期最先推出数码涡旋压缩机，截止至年代后期最先推出数码涡旋压缩机，截止至20022002年，全球累计有年，全球累计有28002800万台万台CopelandCopeland制造的涡制造的

19、涡旋压缩机，在全球，其生产的涡旋压缩机年总产旋压缩机，在全球，其生产的涡旋压缩机年总产量约为量约为600600万台，使用的冷媒有万台，使用的冷媒有R22R22、R407CR407C、R410AR410A和和R404AR404A。 CarlyleCarlyleCarrierCarrier开利于开利于9292年开始推出产品，年开始推出产品，目前年产量已达目前年产量已达100100万台，主要生产万台，主要生产2 29HP9HP涡旋涡旋压缩机。压缩机。 TraneTrane特灵于特灵于9292年开始生产年开始生产7.57.515HP15HP涡旋压涡旋压缩机。缩机。 Danfoss ManeuropDa

20、nfoss Maneurop丹福斯丹福斯 9292年推出年推出7.57.530HP30HP涡旋压缩机，已经有涡旋压缩机，已经有R22R22、R407CR407C、R134aR134a和和R410AR410A生产线。生产线。日本日本 DaikinDaikin大金、大金、HitachiHitachi日立、日立、MatsushitaMatsushita、Mitsubishi ElectricMitsubishi Electric、MHIMHI、SandenSanden三电、三电、SanyoSanyo三洋和三洋和Toshiba-Toshiba-CarrierCarrier东芝东芝- -开利，在数量上没

21、有一家可开利，在数量上没有一家可以与以与CopelandCopeland竞争。竞争。韩国韩国 CenturyCentury生产生产5 5款款1.55.0HP1.55.0HP的涡旋压缩机，的涡旋压缩机，LG ElectronicsLG ElectronicsLGLG电子在世界各地的工厂电子在世界各地的工厂都已经有涡旋式生产线准备上市。都已经有涡旋式生产线准备上市。中国中国 美的、海尔、苏州美的、海尔、苏州CopelandCopeland，西安的大金，西安的大金，广州的万宝依托日立技术，大连广州的万宝依托日立技术，大连SanyoSanyo有涡有涡旋机生产。旋机生产。u 研究现状及开展趋势研究现状及

22、开展趋势n涡旋体型线的研究开发：单一型线、修正型线、涡旋体型线的研究开发：单一型线、修正型线、组合型线、通用型线。组合型线、通用型线。n扩大制冷容量：变频涡旋机、数码涡旋机、双扩大制冷容量：变频涡旋机、数码涡旋机、双作用涡旋机、双机共用同一机壳涡旋机等。作用涡旋机、双机共用同一机壳涡旋机等。n扩大应用范围：开发低温用涡旋机、涡旋式真扩大应用范围：开发低温用涡旋机、涡旋式真空泵、涡旋式空压机、涡旋式发动机等。空泵、涡旋式空压机、涡旋式发动机等。n理论研究进一步深入：计算机模拟及优化设计，理论研究进一步深入：计算机模拟及优化设计，建立各种模型如各种泄露模型、传热模型、建立各种模型如各种泄露模型、传

23、热模型、摩擦损失模型等排气孔口的形状和位置，背摩擦损失模型等排气孔口的形状和位置，背压孔的大小、位置及背压压力的上下等，并进压孔的大小、位置及背压压力的上下等，并进行动力学分析。行动力学分析。5-2 5-2 涡旋压缩机的热力性能涡旋压缩机的热力性能一、涡旋压缩机的几何理论一、涡旋压缩机的几何理论u 典型型线及主要几何参数典型型线及主要几何参数u圆渐开线圆渐开线 易加工，常用型线易加工，常用型线 直线直线L L沿圆周作纯滚动时，直线上任一点沿圆周作纯滚动时，直线上任一点A A的轨迹的轨迹AKAK被称为被称为圆的渐开线。圆的渐开线。圆的渐开线方程圆的渐开线方程 )cos(sin)sin()cos(

24、 ryrxr r基圆基圆渐开线渐开线L L发生线发生线O OB BK KA A圆的渐开线圆的渐开线渐开线初始角，渐开线初始角，渐开线展角，渐开线展角， 渐开角，渐开角， rr基圆半径。基圆半径。涡旋盘实物涡旋盘实物1 1合金铸铁合金铸铁Cu-Cr-MoCu-Cr-Mo合金铸铁合金铸铁 CuCu减小涡旋盘外表粗糙度减小涡旋盘外表粗糙度 CrCr、MoMo改善铸铁内在性能，提高硬度改善铸铁内在性能，提高硬度和韧性和韧性2 2优质灰铸铁优质灰铸铁HT15HT15、HT20HT20、HT25HT253 3铝合金主要是硅铝合金，硬度要求铝合金主要是硅铝合金，硬度要求4 4粉末冶金件耐磨，但不易加工粉末冶

25、金件耐磨，但不易加工涡旋盘毛坯涡旋盘毛坯u 涡旋体的渐开线方程涡旋体的渐开线方程 考虑到涡旋体应有一定的壁厚考虑到涡旋体应有一定的壁厚t t及涡旋内外壁及涡旋内外壁初始角不同初始角不同+、，涡旋内、外壁渐，涡旋内、外壁渐开线方程为：开线方程为： ooooooooiiiiiiiiryrxryrxcossinsincoscossinsincosu 涡旋压缩机的主要涡旋参数涡旋压缩机的主要涡旋参数n基元半径基元半径r rn渐开线起始角渐开线起始角a an涡旋体壁厚涡旋体壁厚t=2rat=2ran涡旋体节距涡旋体节距P=2rP=2rn涡旋体高度涡旋体高度h hn压缩腔室对数压缩腔室对数N Nn涡旋圈数

26、涡旋圈数m=N+1/4m=N+1/4u 压缩室容积和吸气容积压缩室容积和吸气容积n压缩室容积压缩室容积 n 将两个相同涡旋参数的涡旋体中的一个旋转将两个相同涡旋参数的涡旋体中的一个旋转180180，再平移回转半径，再平移回转半径R=0.5R=0.5P-2t)=r(-2a)P-2t)=r(-2a)的距的距离，使两涡旋体相互相切接触，可以形成假设干对月离，使两涡旋体相互相切接触，可以形成假设干对月牙形空间，称此空间为涡旋式压缩机压缩室容积。牙形空间，称此空间为涡旋式压缩机压缩室容积。n 压缩室容积压缩室容积= =月牙形面积月牙形面积涡旋体高度涡旋体高度n 由于不同压缩室月牙形面积不同，因此对于压缩

27、由于不同压缩室月牙形面积不同，因此对于压缩腔室对数为腔室对数为3 3时，所形成的三对月牙形面积从内到外其时，所形成的三对月牙形面积从内到外其压缩室容积须分别计算。压缩室容积须分别计算。n 中心压缩室容积：中心压缩室容积：V1=S1h (S1 V1=S1h (S1 中心压缩室投中心压缩室投影面积影面积n 其它压缩室容积：其它压缩室容积：Vi=P(P-2t)(2i-1-/)h Vi=P(P-2t)(2i-1-/)h n ii压缩室从内到外的编号数，压缩室从内到外的编号数，i=2,3i=2,3 吸气容积吸气容积V Vs s定义定义 当动涡旋体转角当动涡旋体转角=0=0时，最外圈压缩室容时，最外圈压缩

28、室容积定义为吸气容积。积定义为吸气容积。 计算公式计算公式 N N对压缩腔涡旋压缩机吸气容积为注意对压缩腔涡旋压缩机吸气容积为注意=0=0： 由由Vi=P(P-2t)(2i-1-/)h Vi=P(P-2t)(2i-1-/)h 得吸气容得吸气容积积VsVs为：为： Vs =P(P-2t)(2N-1)hVs =P(P-2t)(2N-1)h二、热力性能参数分析二、热力性能参数分析u实际输气量实际输气量 理论输气量：理论输气量： 实际输气量：实际输气量：式中：式中：V V容积效率，且容积效率，且 V V= =v v p p T T l l n n转速，转速，r rminmin。vtvvaqq )/()

29、12)(2(60603hmhNtPPnnVqsvt 分析分析 V V的影响：的影响：涡旋压缩机无余隙容积中的气体向吸气腔的膨胀过程：涡旋压缩机无余隙容积中的气体向吸气腔的膨胀过程：故故v v =1=1。涡旋压缩机无吸气阀，吸气压力损失小，故有较高压涡旋压缩机无吸气阀，吸气压力损失小，故有较高压力系数力系数p p=1=1。涡旋压缩机的吸气室在外侧直接吸气，另外中心室与涡旋压缩机的吸气室在外侧直接吸气，另外中心室与吸气室通过中间压缩室隔开，吸气加热不大，另外转吸气室通过中间压缩室隔开，吸气加热不大，另外转速高，故温度系数速高，故温度系数T T近似为近似为1 1。涡旋压缩机各压缩室间压力差不大，故泄

30、漏量较小。涡旋压缩机各压缩室间压力差不大，故泄漏量较小。 结论：一般涡旋压缩机容积效率较高，大概在结论：一般涡旋压缩机容积效率较高，大概在90%90%98%98%之间。之间。u 轴功率轴功率理论比功：理论比功： 理论比功理论比功tsts可表示成：可表示成： 式中：式中：h hdkdk、h hs0s0压缩气体终了、开始焓值。压缩气体终了、开始焓值。0sdktshhw实际指示功：实际指示功： 左右。左右。大约在大约在空调用涡旋机空调用涡旋机75i itsiww 左右。左右。一般为一般为率率的机械效的机械效其中空调用涡旋压缩机其中空调用涡旋压缩机轴功率轴功率指示功率指示功率90:3600:0mmie

31、esivaiiPPPvwqPP u 影响涡旋压缩机性能的主要因素分析影响涡旋压缩机性能的主要因素分析动力功耗方面动力功耗方面 造成涡旋压缩机电动机输入功率偏大的原造成涡旋压缩机电动机输入功率偏大的原因在实际工作过程中非常复杂，但主要有：因在实际工作过程中非常复杂，但主要有：1 1电机损耗过大，包括铜损、铁损与电机损耗过大，包括铜损、铁损与电动机材料和加工工艺有关；电动机材料和加工工艺有关；2 2压缩压缩机工作过程引起的功率消耗等。机工作过程引起的功率消耗等。 分析如下：分析如下：机械摩擦机械摩擦 压缩机工作时，动、定盘之间压缩机工作时，动、定盘之间, ,防自转机防自转机构与配合键槽之间，曲轴与

32、主、副轴承之间构与配合键槽之间，曲轴与主、副轴承之间接触并发生相对滑动等，不可防止地产生摩接触并发生相对滑动等，不可防止地产生摩擦损失。擦损失。l 动盘与定盘之间的摩擦损失动盘与定盘之间的摩擦损失 动、定盘间的摩擦损失指的是压缩机工作腔内的摩擦损失，主要有：1动、定盘的涡旋线、齿顶、底面的加工精度、平面度、位置度等没有到达要求造成。2压缩机整机含尘量较高，或固体尘埃(如焊渣、加工余屑等)颗粒直径过大造成。 从而造成压缩机工作腔内异常摩擦，严重时甚至影响压缩机正常工作。l 防自转机构与各配合键槽之间的摩擦损失防自转机构与各配合键槽之间的摩擦损失 防自转机构主要用于防止动盘自转运动，在压缩机工防自

33、转机构主要用于防止动盘自转运动，在压缩机工作过程中，防自转机构在机架和动盘上分别沿垂直方作过程中，防自转机构在机架和动盘上分别沿垂直方向上与键槽滑动配合，在滑动过程中产生滑动摩擦损向上与键槽滑动配合，在滑动过程中产生滑动摩擦损失。失。 1 1十字键或键槽的垂直度、平行度、光洁度、平面十字键或键槽的垂直度、平行度、光洁度、平面度超差较大时，会增大摩擦，加大功耗；度超差较大时，会增大摩擦，加大功耗； 2 2立式涡旋压缩机防自转机构是直接与机架上的支立式涡旋压缩机防自转机构是直接与机架上的支撑面接触的，故在运动过程中也会产生摩擦损失。撑面接触的，故在运动过程中也会产生摩擦损失。l 曲轴与主、副轴承之

34、间的摩擦损失曲轴与主、副轴承之间的摩擦损失 电动机驱动力是通过曲轴转动，从而通过轴承带动电动机驱动力是通过曲轴转动，从而通过轴承带动动盘旋转来完成吸气、压缩、排气的过程。动盘旋转来完成吸气、压缩、排气的过程。 由于曲轴中心线与滑动轴承的中心线重合非常困由于曲轴中心线与滑动轴承的中心线重合非常困难，而且由于加工误差和装配误差的影响，曲轴难，而且由于加工误差和装配误差的影响，曲轴和轴承常常是偏心的，因而产生的摩擦损失也是和轴承常常是偏心的，因而产生的摩擦损失也是必然的。必然的。l 润滑油的影响润滑油的影响 运动部件各摩擦面、啮合面都必须有足够的润滑，才运动部件各摩擦面、啮合面都必须有足够的润滑，才

35、能保证压缩机平安、可靠、高效的工作，润滑不良，能保证压缩机平安、可靠、高效的工作，润滑不良，会加剧运动部件的磨损。会加剧运动部件的磨损。 在制冷压缩机中在制冷压缩机中, ,不管是强制还是自然冷却，润滑油不管是强制还是自然冷却，润滑油总是在冷却后由上油孔或上油管进入各摩擦面，吸收总是在冷却后由上油孔或上油管进入各摩擦面，吸收十字环、工作腔、轴承等处的热量，随高压气体经排十字环、工作腔、轴承等处的热量，随高压气体经排气口排出，从而保证压缩机正常工作。气口排出，从而保证压缩机正常工作。 流体阻力流体阻力l动盘运动引起的流动阻力损失动盘运动引起的流动阻力损失l 当动盘旋转时当动盘旋转时, ,因其反面受

36、中间压力腔中因其反面受中间压力腔中流体流体( (包括气体、气体和润滑油的混合物包括气体、气体和润滑油的混合物) )阻阻碍碍, ,会产生流动阻力损失会产生流动阻力损失, ,阻力大小与动盘背阻力大小与动盘背部结构、几何尺寸、旋转角度及流体密度有部结构、几何尺寸、旋转角度及流体密度有关。关。l平衡块的流动阻力损失平衡块的流动阻力损失l 平衡块所在空间是具有一定压力的气体、平衡块所在空间是具有一定压力的气体、润滑油或润滑油和气体的混合物润滑油或润滑油和气体的混合物, ,当平衡块当平衡块随曲轴一起旋转运动时随曲轴一起旋转运动时, ,会产生阻力损失会产生阻力损失, ,阻阻力大小与平衡块几何尺寸、流体扰动系

37、数、力大小与平衡块几何尺寸、流体扰动系数、粘度、密度等有关。粘度、密度等有关。l 吸、排气阻力损失吸、排气阻力损失 气体流动时气体流动时, ,由于气体内部的摩擦以及气体与管壁之由于气体内部的摩擦以及气体与管壁之间的摩擦，而导致流动阻力损失。间的摩擦，而导致流动阻力损失。 当气体通过吸气管道和吸气逆止阀时，产生阻力损当气体通过吸气管道和吸气逆止阀时，产生阻力损失，使吸气压力降低和吸气比容升高，从而降低压失，使吸气压力降低和吸气比容升高，从而降低压缩机的实际排气量缩机的实际排气量, ,降低了容积效率；同样，排气孔降低了容积效率；同样，排气孔口处的流动阻力，使得压缩机实际排气压力升高，口处的流动阻力

38、，使得压缩机实际排气压力升高，而使功耗增加。而使功耗增加。u 气体的泄漏气体的泄漏n气体泄漏种类气体泄漏种类 气体泄漏分为内泄漏和外泄漏两种。气体泄漏分为内泄漏和外泄漏两种。 内泄漏：内泄漏：指压缩机各相邻压缩腔之间，压缩腔与背指压缩机各相邻压缩腔之间，压缩腔与背压腔之间的气体泄漏，表现为高压气体向低压腔泄漏，压腔之间的气体泄漏，表现为高压气体向低压腔泄漏，再从低压腔压力压缩到泄漏前压力，造成重复压缩消再从低压腔压力压缩到泄漏前压力，造成重复压缩消耗功率，所以内泄漏直接结果为增加功耗。耗功率，所以内泄漏直接结果为增加功耗。 外泄漏：外泄漏：指压缩机在吸气过程中与外界指压缩机在吸气过程中与外界(

39、 (大于吸气压大于吸气压力的高压气体力的高压气体) )进行气体交换，导致高压气体进入到吸进行气体交换，导致高压气体进入到吸气腔内膨胀，并占据空间，使得实际吸气量减少，即气腔内膨胀，并占据空间，使得实际吸气量减少，即外泄漏不仅使功耗增加，而且还减少吸入气体量，使外泄漏不仅使功耗增加，而且还减少吸入气体量，使排气量减少和制冷量降低。排气量减少和制冷量降低。n 泄漏通道泄漏通道l内泄漏内泄漏l 涡旋压缩机中涡旋压缩机中, ,内泄漏的发生途径主要有工内泄漏的发生途径主要有工作腔之间的泄漏作腔之间的泄漏, ,工作腔与背压腔之间的泄漏工作腔与背压腔之间的泄漏, ,平安阀孔泄漏等。平安阀孔泄漏等。l工作腔之

40、间的泄漏：工作腔之间的泄漏：l 径向泄漏径向泄漏: :气体或润滑油中溶解的工质通过气体或润滑油中溶解的工质通过轴向间隙产生的泄漏轴向间隙产生的泄漏( (图图1)1)。l 周向泄漏周向泄漏: :气体或润滑油中溶解的工质通过气体或润滑油中溶解的工质通过径向间隙产生的泄漏径向间隙产生的泄漏( (图图2)2)。定盘低压侧高压侧动盘 图3-18定盘低压侧动盘高压侧图3-19中间压力孔背压腔图3-20定盘背压动盘图3-21定盘高压侧低压侧安全阀孔图3-22定盘高压侧型环吸气管图3-23图图1 1图图2 2轴向间隙轴向间隙径向间隙径向间隙工作腔与背压腔之间的泄漏：工作腔与背压腔之间的泄漏： 中间压力腔与背压

41、腔之间通过中间压力腔与背压腔之间通过中间压力孔中间压力孔造成气体或造成气体或润滑油中溶解工质的泄漏润滑油中溶解工质的泄漏( (图图3)3)。 背压腔与动盘端板通过它们之间的背压腔与动盘端板通过它们之间的密封密封造成气体或润造成气体或润滑油中溶解工质的泄漏滑油中溶解工质的泄漏( (图图4)4)。定盘低压侧高压侧动盘 图3-18定盘低压侧动盘高压侧图3-19中间压力孔背压腔图3-20定盘背压动盘图3-21定盘高压侧低压侧安全阀孔图3-22定盘高压侧型环吸气管图3-23定盘低压侧高压侧动盘 图3-18定盘低压侧动盘高压侧图3-19中间压力孔背压腔图3-20定盘背压动盘图3-21定盘高压侧低压侧安全阀

42、孔图3-22定盘高压侧型环吸气管图3-23图图3 3图图4 4定盘低压侧高压侧动盘 图3-18定盘低压侧动盘高压侧图3-19中间压力孔背压腔图3-20定盘背压动盘图3-21定盘高压侧低压侧安全阀孔图3-22定盘高压侧型环吸气管图3-23l 外泄漏外泄漏主要是指由于定盘吸气主要是指由于定盘吸气孔孔O O型环型环密封性差，导致密封性差，导致高压气体进入吸气腔的高压气体进入吸气腔的泄漏泄漏( (图图5)5)。图图5 5u 吸气预热吸气预热 吸入气体受压缩机机体或环境加热，使吸入气吸入气体受压缩机机体或环境加热，使吸入气体比容增加，实际吸气量减小，压缩机的制冷体比容增加，实际吸气量减小，压缩机的制冷量

43、降低，功耗增加。量降低，功耗增加。 有资料说明：吸气预热每增加有资料说明：吸气预热每增加33，压缩机的能，压缩机的能效比就下降效比就下降1% 1% 。 综上可知综上可知, ,影响涡旋压缩机性能的因素错综复杂影响涡旋压缩机性能的因素错综复杂的的, ,它包括设计、制造和使用等各个环节它包括设计、制造和使用等各个环节, ,除以除以上分析的因素外上分析的因素外, ,另外吸油管搅油损失另外吸油管搅油损失, ,气体流气体流动摩擦损失动摩擦损失, ,动、定盘材料热膨胀系数的影响动、定盘材料热膨胀系数的影响, ,动、定盘齿高选配等。在涡旋压缩机生产过程动、定盘齿高选配等。在涡旋压缩机生产过程中出现能效比偏低时

44、中出现能效比偏低时, ,应抓住主要矛盾应抓住主要矛盾, ,系统化系统化分析原因分析原因, ,才能行之有效地解决问题。才能行之有效地解决问题。5-3 5-3 涡旋压缩机的密封及防自转机构涡旋压缩机的密封及防自转机构一、涡旋式压缩机的泄漏一、涡旋式压缩机的泄漏u泄漏途径泄漏途径u泄漏通道泄漏通道 泄漏通道泄漏通道 动画演示动画演示 由于径向泄漏长度比周向泄漏长度长，故径向泄漏比周向泄漏量由于径向泄漏长度比周向泄漏长度长，故径向泄漏比周向泄漏量大，因此轴向密封机构更重要。大，因此轴向密封机构更重要。度。度。其泄漏长度为涡旋线高其泄漏长度为涡旋线高间隙产生的泄漏间隙产生的泄漏点点发生的动静涡旋体啮合发

45、生的动静涡旋体啮合周向泄漏：由径向间隙周向泄漏：由径向间隙度。度。其泄漏长度为涡旋线长其泄漏长度为涡旋线长的泄露的泄露面面发生的沿动静涡旋体端发生的沿动静涡旋体端径向泄漏：由轴向间隙径向泄漏：由轴向间隙,二、密封机构二、密封机构u轴向密封机构轴向密封机构 分接触式和非接触式两种，目的是阻止气体径向泄漏。分接触式和非接触式两种，目的是阻止气体径向泄漏。l接触式密封接触式密封l 原理原理：在涡旋体端面开涡旋槽，内嵌密封元件，使：在涡旋体端面开涡旋槽，内嵌密封元件，使之与另一涡旋体的底面紧密接触来实现。之与另一涡旋体的底面紧密接触来实现。l动画动画接触式密封接触式密封l 密封材料密封材料：热压塑料、

46、工程树脂条或层状耐磨金属。：热压塑料、工程树脂条或层状耐磨金属。l 特点特点：结构简单，并易于通过一般加工方法来控制：结构简单，并易于通过一般加工方法来控制涡旋体的结构来保证轴向间隙。涡旋体的结构来保证轴向间隙。l 非接触式密封非接触式密封油沟密封：在涡旋体端面开油沟，使油通过供油孔充满油沟密封：在涡旋体端面开油沟，使油通过供油孔充满油沟和轴向间隙，形成的油膜具有静压轴承作用，既油沟和轴向间隙，形成的油膜具有静压轴承作用，既阻止动静涡旋体的接触，又起密封作用。该结构要求阻止动静涡旋体的接触，又起密封作用。该结构要求在动涡旋体的反面设置背压腔结构，以防止动静涡旋在动涡旋体的反面设置背压腔结构，以防止动静涡旋盘脱离。盘脱离。 动画动画轴向柔性密封机构：通过采用动涡旋体反面的止推环和轴向柔性密封机构：通过采用动涡旋体反面的止推环和十字联接环内的波形弹簧组成轴向柔性密封机构，同十字联接环内的波形弹簧组成轴向柔性密封机构，同时在涡旋体端面开设密封沟槽共同实现密封和防止液时在涡旋体端面开设密封沟槽共同实现密封和防止液击。击。 动画动画u 径向密封机构径向密封机构目的：径向密封主要靠控制动静涡盘侧壁面之间径向目的：径向密封主要靠控制动静涡盘侧壁面之间径向 间隙，防