第五章、涡旋式压缩机.ppt

1、第五章、涡旋式制冷压缩机,工作原理、总体结构及特点 热力过程分析 运动机构受力及分析 密封与防自转机构 输气量调节,主 要 内 容,第一节 涡旋式制冷压缩机工作原理,第一节涡旋式制冷 压缩机工作原理,一、涡旋式压缩机 工作原理 1、基元容积形成 静涡旋体与动涡旋体之间形成的月牙形的基元容积。,2、工作过程 动涡旋体O2围绕 静涡旋体中心O1作平面运动（无自转） ab吸气 cf压缩 gj排气,3、特点 无吸、排气阀，结构简单，噪声低 吸气排气同时进行，效率高 每三周完成一个工作循环 无余隙无膨胀过程，效率高 曲线形状复杂，加工精度高,4、总体结构1）全封闭立式涡旋式压缩机,体内高压 减少吸气过热

2、 提高效率,体内低压 电机冷却 寿命长,特点： 形成背压， 平衡工作力 高压缓冲， 减少压力脉动 压差泵供油,3）汽车空调用 涡旋式压缩机,2）卧式全封闭 涡旋式压缩机,三、涡旋式压缩机特点 1、效率高 比往复式高10%， 2、力矩变化小 比往复式低10%， 压力变化小，噪声低 3、结构简单，体积小 往转涡=137（零件数） 体积比往复式小40%，轻15% 可高速13000r/min,四、发展趋势 1、涡旋体线型研究开发 修正中心腔涡旋线，以降低涡旋体顶端接触应力 采用变基圆半径渐开线，以提高效率及可靠性 采用混合基圆半径渐开线或代数螺旋线以提高可靠性 采用双涡旋体型线以增加单机容量,2、扩大

3、容量 变频涡旋机， 双机共壳 3、扩大应用范围 开发低温涡旋压缩机， 涡旋充气泵， 空气压缩机 4、理论研究 新线型， 优化设计,第二节 热力学过程分析,一、涡旋体型线 通常涡旋体型线为渐开线 1、圆的渐开线方程 基圆r,渐开角，渐开角，初始角 x=rcos(+)+sin(+) y=rsin(+)-cos(+),2、涡旋体渐开线方程 内外涡旋体为+，-起始角； 内壁方程 x=rcos(i+)+isin(i+) y=rsin(i+)icos(i) 外壁方程 x=rcos(0)+0sin(0) y=rsin(0)0cos(0-) 3、涡旋体参数 基圆半径r，渐开角，涡旋体高h， 涡旋体壁厚t2r，

4、涡旋体节距P2r 压缩腔气体数N，涡旋圈数m=N+1/4 4、加工方法：展成加工方法,二、压气室容积及吸气室容积 在动、静涡旋体之间围成三对月牙形 工作基元其面积由标号所示 压缩机工作时这三对工作基元由外 向里平面运动形成吸排气过程 工作基元的容积就是内外涡旋体所 围成的渐开线面积之差 1、渐开线与基圆所围面积：,2、基元投影面积及容积： 1）工作基元投影面积 a)对于基元 S2=SL2-Ss2 动体内渐开线夹角及面积 静体外渐开线夹角及面积,P2r,t2r,b)对基元： c)对任一基元： d)对基元 ：,S11排气开始前后的面积 S12两基圆之间的面积 S14刀具铣销掉的面积,2）吸气基元容

5、积vs 吸气时=0；有N对涡旋体基元将进入压缩此时体积 3）压缩容积随变化曲线 a)=0，气室闭合 b)=2，变为 c)=*时,与连通,三、涡旋式压缩机输气量 1、理论输气量 2、实际输气量 3、容积效率v,四、涡旋式压缩机内压缩 1、压缩过程p、v曲线： 1）0 1吸气，v由0vx，p=ps0 2）1 *压缩，v由vx，p由ps0pdk 3）* 2排气，v，p=pdk,2、容积比与内容积比 1）容积比：吸气容积与任意转工作基元容积之比 2）内容积比：吸气容积与压缩终了工作基元容积之比 基元的内容积比,3、压力比，内压力比 1）压力比： 工作基元压力与吸气压力之比 2）内压力比： 工作基元压缩

6、终了压力与吸气压力之比 4、排气开始角* 0干涉齿处渐开线展角 渐开线起始角 由排气口的流量所决定,五、压缩机的排气孔口流量 由气体的连续方程,式中 A排气孔密面积 u气体流速 V工作基元容积,六、涡旋压缩机的功率 1、指示功的计算 2、指示功率 3、轴功率,第三节、计算实例,用R134a代替R22计算性能系数 全封闭涡旋制冷压缩机结构参数 涡旋体节距：p=18mm 涡旋体壁厚：t=4mm 涡旋体高：h=24mm 涡旋体圈数：m=325 压缩机转速：n=2880r/min,给定空调工况 制冷剂：R134a 蒸发温度：t0=7.2C 冷凝温度：tk=54.4C 吸气温度：t1=35C 冷凝器出液

7、温度：t4=46.1C 热力计算 各制冷循环点状态参数：图5-24 1点：t1=t0=7.2C,p1=p0=0.377MPa,v1=0.053m3/Kg,第四节、运动机构受力分析,涡旋体受力：气体力、惯性力、摩擦力 对压缩机影响：强度、刚度、摩擦、磨损、热力性能 一、切向力及阻力矩 1、 作用于涡旋体力： 切向力Ft： 曲轴，沿旋转方向成矩Mt 径向力Fr： 曲轴，沿旋转半径方向成矩Mr 轴向力Fa： 曲轴，沿轴方向成矩Ma,2、切向力：,同理 3、切向力矩和自转力矩： 1）切向力矩（饶o公转） 2）自转力矩（绕o自转，用防自转机构消除）,4、径向力：Fr() 作用于曲轴销、键可忽略 二、轴向

8、力及其平衡 1、轴向力： 轴向力Fa作用于各月牙形工作腔，是的函数 在吸气腔： 在其它腔： S1由式5-9计算,2、轴向力平衡 1）采用推力轴承，减少轴向摩擦，保证密封 2）采用背压推力机构，泵压力自动补尝间隙 3）在涡旋体背面加弹簧，自动补尝间隙 4）在涡旋体背面加油压，补尝间隙 三、倾覆力矩： 轴承上受压力Fbt,Fbr与涡旋体上受力Fr, Fa,Ft不平衡，产生力矩使涡旋体产生倾覆 绕t轴 绕r轴,四、涡旋体旋转惯性力及力矩平衡 思路：先将涡旋体质量采用传动到平面内进行平衡，然后将涡旋体及曲轴连成一体行成二次平衡 1、动涡旋体惯性力的一次平衡 1）动涡旋体质心位置： 将动涡旋体质量坐标质

9、心，质心m为座标m(xm,ym),起始角，渐开线法端展角,2）动涡旋体质量： h高度 s涡旋体投影面积 比重（密度） 3）一次平衡质量mo,平衡质量半径 R1,涡旋体质量半径,力矩平衡方程,平衡质量,4）动旋转体惯性力 a)平衡后动涡旋体总体质量：,b)动涡旋体总体旋转惯性力为：,m1-涡旋体质量 mo-一次平衡质量 m2-动涡旋体底盘质量 m3-动涡旋体轴承质量,F1-涡旋体离心力 Fo-一次平衡离心力 F2-动涡旋体底盘离心力 F3-动涡旋体轴承离心力,2、惯性力二次平衡 设：平衡后涡旋体总质量为m，质心为R， 安装曲轴后，曲柄质量为m4，半径为R 方法：用两质量为mo和mo进行平衡 各质

10、量体产生惯性力为 惯性力平衡： 惯性力矩平衡：,上述公式联立即可求出平衡质量m0“、m0,第五节密封与防自转机构,一、涡旋式压缩机的泄漏 泄漏途径 1）由轴向间隙产生径向泄漏 2）由径向间隙产生周向泄漏 泄漏长度 周相接触长度大，泄漏小 径相接触长度小，泄漏大 结论： 减少轴向间隙可有效减少径向泄漏,二、密封机构 考虑因素：可靠性高，补偿性强 1、轴向密封机构：（密封轴向间隙） 1）接触式密封： 方法：在涡旋体顶端面镶嵌密封材料 材料：工程热塑料，耐磨金属材料 特点：结构简单，易加工，寿命短 2）非接触式密封 a)油沟密封： 在涡旋体顶端开油沟并延长用以润滑端面， 同时在涡旋体的背面设背压腔，

11、防止动静体脱开,特点：密封性好，寿命长，可靠性好，加工工艺困难,2、轴向柔性密封机构 方法：在涡旋体背面设置波形弹簧， 设柔性止推环，在涡旋体顶面开油沟。 二、径向密封机构： 采取措施： 形成动静涡旋体系在一起形成密封 单圆曲柄径向密封机构 o1曲柄圆转中心，o2涡旋体中心， o3曲柄柄体中心， 依靠曲柄销9与轴承8间的轴承间隙4 控制动静涡旋体的接触情况。,偏心轴套式径向密封机构 o1曲轴中心；o3曲柄中心； o2涡旋体中心；R1曲轴回转半径 R2涡旋体回转半径；滞后角 旋转时变化R2变化，从而使 o1o2变化，间隙得到控制 滑动衬套式机构 曲轴6内开槽，内有可滑动块2， 由弹簧顶着，动涡旋

12、体滑销2安装在 滑块1内，弹簧5顶出R变化调节间隙,三、防自转机构 动涡旋体绕静涡旋体中心做无自转平动，需要设置防自转机构。 防自转机构有：十字联接环、球形联轴节、圆柱联轴节 十字联接环 结构：十字联接环上DC 与机体槽连（可滑动） AB与动涡旋体连， 原理：使动涡旋体绕o2转动 特点：结构简单易磨损， 加工困难,球形联轴节 结构：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 原理：动涡旋体平动时， 钢球可在孔内转动、 要求：平动半径为R时， 孔板孔为2R，钢球半径为R 特点：结构简单，易加工， 可实现滚动支撑，减少磨损,圆柱销联轴节 结构：在机座上开孔板6， 动涡旋体上连轴销3 原理：当动涡旋体平动时， 销在孔内平动，半径R 要求：销半径2R,孔径4R 特点：受力好，结