第 五 章 、 渦 旋 式 制 冷 壓 縮 機工 作 原 理 、 總 體 結 構 及 特 點熱 力 過 程 分 析運 動 機 構 受 力 及 分 析密 封 與 防 自 轉 機 構輸 氣 量 調 節(jié)主 要 內(nèi) 容 第一節(jié) 渦旋式制冷壓縮機工作原理 第 一 節(jié) 渦 旋 式 制 冷 壓 縮 機 工 作 原 理一 、 渦 旋 式 壓 縮 機 工 作 原 理1、 基 元 容 積 形 成 靜 渦 旋 體 與 動 渦 旋 體之 間 形 成 的 月 牙 形 的基 元 容 積 。 2、 工 作 過 程 動 渦 旋 體 O2圍 繞靜 渦 旋 體 中 心 O1作平 面 運 動 （ 無 自 轉 ）lab 吸 氣 lcf 壓 縮lgj 排 氣 3、 特 點無 吸 、 排 氣 閥 ， 結 構 簡 單 ，噪 聲 低吸 氣 排 氣 同 時 進 行 ， 效 率 高每 三 周 完 成 一 個 工 作 循 環(huán)無 余 隙 無 膨 脹 過 程 ， 效 率 高曲 線 形 狀 復 雜 ， 加 工 精 度 高 4、 總 體 結 構1） 全 封 閉 立 式 渦 旋 式 壓 縮 機l體 內(nèi) 高 壓減 少 吸 氣 過 熱提 高 效 率體 內(nèi) 低 壓電 機 冷 卻壽 命 長 l特 點 ： 形 成 背 壓 ，平 衡 工 作 力高 壓 緩 沖 ，減 少 壓 力 脈 動壓 差 泵 供 油 3） 汽 車 空 調 用 渦 旋 式 壓 縮 機2） 臥 式 全 封 閉渦 旋 式 壓 縮 機 三 、 渦 旋 式 壓 縮 機 特 點1、 效 率 高 比 往 復 式 高 10%，2、 力 矩 變 化 小比 往 復 式 低 10%，壓 力 變 化 小 ， 噪 聲 低3、 結 構 簡 單 ， 體 積 小往 轉 渦 =1 3 7 （ 零 件 數(shù) ）體 積 比 往 復 式 小 40%， 輕 15%可 高 速 13000r/min 四 、 發(fā) 展 趨 勢1、 渦 旋 體 線 型 研 究 開 發(fā)修 正 中 心 腔 渦 旋 線 ， 以 降 低 渦 旋 體 頂 端 接 觸 應 力采 用 變 基 圓 半 徑 漸 開 線 ， 以 提 高 效 率 及 可 靠 性采 用 混 合 基 圓 半 徑 漸 開 線 或 代 數(shù) 螺 旋 線 以 提 高 可 靠 性采 用 雙 渦 旋 體 型 線 以 增 加 單 機 容 量 2、 擴 大 容 量變 頻 渦 旋 機 ，雙 機 共 殼3、 擴 大 應 用 范 圍開 發(fā) 低 溫 渦 旋 壓 縮 機 ，渦 旋 充 氣 泵 ，空 氣 壓 縮 機4、 理 論 研 究新 線 型 ，優(yōu) 化 設 計 第 二 節(jié) 熱 力 學 過 程 分 析一 、 渦 旋 體 型 線通 常 渦 旋 體 型 線 為 漸 開 線1、 圓 的 漸 開 線 方 程 基 圓 r,漸 開 角 ， 漸 開 角 ， 初 始 角 x=rcos(+ )+sin(+ )y=rsin(+ )-cos(+ ) 2、 渦 旋 體 漸 開 線 方 程內(nèi) 外 渦 旋 體 為 + ， - 起 始 角 ；內(nèi) 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、 渦 旋 體 參 數(shù)基 圓 半 徑 r， 漸 開 角 ， 渦 旋 體 高 h，渦 旋 體 壁 厚 t 2r ， 渦 旋 體 節(jié) 距 P 2r 壓 縮 腔 氣 體 數(shù) N， 渦 旋 圈 數(shù) m=N+1/44、 加 工 方 法 ： 展 成 加 工 方 法 二 、 壓 氣 室 容 積 及 吸 氣 室 容 積 在 動 、 靜 渦 旋 體 之 間 圍 成 三 對 月 牙 形 工 作 基 元 其 面 積 由 標 號 所 示 壓 縮 機 工 作 時 這 三 對 工 作 基 元 由 外 向 里 平 面 運 動 形 成 吸 排 氣 過 程 工 作 基 元 的 容 積 就 是 內(nèi) 外 渦 旋 體 所 圍 成 的 漸 開 線 面 積 之 差1、 漸 開 線 與 基 圓 所 圍 面 積 ： 32220 0 6121 rdrdss drdrrds 2)(21)(21 2、 基 元 投 影 面 積 及 容 積 ： 1） 工 作 基 元 投 影 面 積 a)對 于 基 元 S2=SL2-Ss2動 體 內(nèi) 漸 開 線 夾 角 及 面 積靜 體 外 漸 開 線 夾 角 及 面 積 drS L 22902 )(21 drSs 22702 )(21 htPPhSV rdrS )3)(2(2 )3)(2(2)(21 22 227292 290 2動 內(nèi) 270 2靜 外 P 2rt 2r b)對 基 元 ：c)對 任 一 基 元 ：d)對 基 元 ： htPPv )5)(2(3 htPP )132)(2( hSSSS hSv )222( 1413121111 hitPPvi )12)(2( S11排 氣 開 始 前 后 的 面 積S12兩 基 圓 之 間 的 面 積S14刀 具 銑 銷 掉 的 面 積 2） 吸 氣 基 元 容 積 vs吸 氣 時 =0； 有 N對 渦 旋 體 基 元 將 進 入 壓 縮 此 時 體 積3） 壓 縮 容 積 隨 變 化 曲 線a)=0， 氣 室 閉 合b) =2 ， 變 為 c) = *時 , 與 連 通 hNtPPvs )12)(2( 三 、 渦 旋 式 壓 縮 機 輸 氣 量1、 理 論 輸 氣 量2、 實 際 輸 氣 量3、 容 積 效 率 vsvt nvq 60 hNtPPn )12)(2(60 vtvva qq iTpvv 95.0,1,1,1 iTpv 95.0v 四 、 渦 旋 式 壓 縮 機 內(nèi) 壓 縮1、 壓 縮 過 程 p 、 v 曲 線 ：1） 0 1吸 氣 ， v由 0 vx， p=ps02） 1 *壓 縮 ， v由 vx， p由 ps0 pdk3） * 2排 氣 ， v， p=pdk 2、 容 積 比 與 內(nèi) 容 積 比1） 容 積 比 ： 吸 氣 容 積 與 任 意 轉 工 作 基 元 容 積 之 比2） 內(nèi) 容 積 比 ： 吸 氣 容 積 與 壓 縮 終 了 工 作 基 元 容 積 之 比 基 元 的 內(nèi) 容 積 比 )()( v vv si 3 12)3)(2( )12)(2()(2 NtPP NtPPvi )()( i si vvv 3、 壓 力 比 ， 內(nèi) 壓 力 比1） 壓 力 比 ：工 作 基 元 壓 力 與 吸 氣 壓 力 之 比2） 內(nèi) 壓 力 比 ：工 作 基 元 壓 縮 終 了 壓 力 與 吸 氣 壓 力 之 比4、 排 氣 開 始 角 * 0干 涉 齒 處 漸 開 線 展 角漸 開 線 起 始 角由 排 氣 口 的 流 量 所 決 定 nisi vpp )()()( 10 ni N 3 12 023 nisi Vpp )()()( 0 五 、 壓 縮 機 的 排 氣 孔 口 流 量 由 氣 體 的 連 續(xù) 方 程dtdvuA dtAdvu 2)22()21( 0)21()21( 22AhPu AhPu 式 中A 排 氣 孔 密 面 積u 氣 體 流 速V 工 作 基 元 容 積 六 、 渦 旋 壓 縮 機 的 功 率1、 指 示 功 的 計 算2、 指 示 功 率3、 軸 功 率 itsi ww 0sdkts hhw 03600 svtii vqwp mimie pppp %90m 第 三 節(jié) 、 計 算 實 例用 R134a代 替 R22計 算 性 能 系 數(shù)全 封 閉 渦 旋 制 冷 壓 縮 機 結 構 參 數(shù)渦 旋 體 節(jié) 距 ： p=18mm渦 旋 體 壁 厚 ： t=4mm渦 旋 體 高 ： h=24mm渦 旋 體 圈 數(shù) ： m=325壓 縮 機 轉 速 ： n=2880r/min 給 定 空 調 工 況制 冷 劑 ： R134a蒸 發(fā) 溫 度 ： t0=7.2C冷 凝 溫 度 ： tk=54.4C吸 氣 溫 度 ： t1=35C冷 凝 器 出 液 溫 度 ： t4=46.1C熱 力 計 算各 制 冷 循 環(huán) 點 狀 態(tài) 參 數(shù) ： 圖 5-241點 ：t 1=t0=7.2C,p1=p0=0.377MPa,v1=0.053m3/Kg 第 四 節(jié) 、 運 動 機 構 受 力 分 析渦 旋 體 受 力 ： 氣 體 力 、 慣 性 力 、 摩 擦 力對 壓 縮 機 影 響 ： 強 度 、 剛 度 、 摩 擦 、 磨 損 、 熱 力 性 能一 、 切 向 力 及 阻 力 矩 1、 作 用 于 渦 旋 體 力 ：切 向 力 Ft： 曲 軸 ， 沿 旋 轉 方 向 成 矩 Mt徑 向 力 F r： 曲 軸 ， 沿 旋 轉 半 徑 方 向 成 矩 Mr軸 向 力 Fa： 曲 軸 ， 沿 軸 方 向 成 矩 Ma 2、 切 向 力 ： AppFt )()( 211 hRA 11 1111 RRRR rR )21(1 rR )2( rR )23( 1 )23()2()21(11 rrrR )2()2(2 PrhppPFt )(2()( 211 )(2( 02010 sss ppppPp )(2( 11101 st PpF ）（ 同 理3、 切 向 力 矩 和 自 轉 力 矩 ：1） 切 向 力 矩 （ 饒 o公 轉 ）2） 自 轉 力 矩 （ 繞 o自 轉 ， 用 防 自 轉 機 構 消 除 ）)(2()( 10 iist PpF RFM tt )()( )(2( 10 iis ihRPp )(21)( tz RFM 4、 徑 向 力 ： Fr()作 用 于 曲 軸 銷 、 鍵 可 忽 略二 、 軸 向 力 及 其 平 衡1、 軸 向 力 ：軸 向 力 Fa作 用 于 各 月 牙 形 工 作 腔 ， 是 的 函 數(shù)在 吸 氣 腔 ：在 其 它 腔 ：S 1由 式 5-9計 算 )1(2 )(2)( 0 21 rhp pprhF sr )1)(12()1()( 22120 iNiisa iPsPpF )1)(12()1()( 121212 bNibba iPsPpF 2、 軸 向 力 平 衡1） 采 用 推 力 軸 承 ， 減 少 軸 向 摩 擦 ， 保 證 密 封2） 采 用 背 壓 推 力 機 構 ， 泵 壓 力 自 動 補 嘗 間 隙3） 在 渦 旋 體 背 面 加 彈 簧 ， 自 動 補 嘗 間 隙4） 在 渦 旋 體 背 面 加 油 壓 ， 補 嘗 間 隙三 、 傾 覆 力 矩 ： 軸 承 上 受 壓 力 F bt,Fbr與 渦 旋 體 上 受 力 Fr,Fa,Ft不 平 衡 ， 產(chǎn) 生 力 矩 使 渦 旋 體 產(chǎn) 生 傾 覆繞 t軸繞 r軸 brrbrot hFhFM 2RFhFhFM aptrbtor 22 otoro MMM 四 、 渦 旋 體 旋 轉 慣 性 力 及 力 矩 平 衡思 路 ： 先 將 渦 旋 體 質 量 采 用 傳 動 到 平 面 內(nèi) 進 行 平 衡 ，然 后 將 渦 旋 體 及 曲 軸 連 成 一 體 行 成 二 次 平 衡1、 動 渦 旋 體 慣 性 力 的 一 次 平 衡1） 動 渦 旋 體 質 心 位 置 ：將 動 渦 旋 體 質 量 坐 標 質 心 ， 質 心 m為 座 標 m(xm,ym)3 sincos3sin(2 2222 qqrxm )3 sincossin3cos(2 2222 qqrym 起 始 角 ， 漸 開 線 法 端 展 角 2） 動 渦 旋 體 質 量 ： h高 度s渦 旋 體 投 影 面 積 比 重 （ 密 度 ）3） 一 次 平 衡 質 量 mo shm 11 2322 31 rrs )21( 2221 hrm 221 mm yxR 11 RmRm oo 22222 )21( o mmo R yxhrm 平 衡 質 量 半 徑 R1渦 旋 體 質 量 半 徑力 矩 平 衡 方 程平 衡 質 量 4） 動 旋 轉 體 慣 性 力a)平 衡 后 動 渦 旋 體 總 體 質 量 ：321 mmmmm o 321 orx FFFFF 2332211 )( oo RmRmRmRm b)動 渦 旋 體 總 體 旋 轉 慣 性 力 為 ：m1-渦 旋 體 質 量mo-一 次 平 衡 質 量m2-動 渦 旋 體 底 盤 質 量m3-動 渦 旋 體 軸 承 質 量F1-渦 旋 體 離 心 力 Fo-一 次 平 衡 離 心 力 F2-動 渦 旋 體 底 盤 離 心 力 F3-動 渦 旋 體 軸 承 離 心 力 2、 慣 性 力 二 次 平 衡設 ： 平 衡 后 渦 旋 體 總 質 量 為 m， 質 心 為 R， 安 裝 曲 軸 后 ， 曲 柄 質 量 為 m4， 半 徑 為 R方 法 ： 用 兩 質 量 為 mo和 mo進 行 平 衡各 質 量 體 產(chǎn) 生 慣 性 力 為慣 性 力 平 衡 ：慣 性 力 矩 平 衡 ： 2mRF rx 24 mRFrx 2 oorx RmF o 2 oorx RmF o 4 oo rxrxrxrx FFFF bFaFjFeF rxrxrxrx oo 4 上 述 公 式 聯(lián) 立 即 可 求 出 平 衡 質 量 m0“、 m0 第 五 節(jié) 密 封 與 防 自 轉 機 構一 、 渦 旋 式 壓 縮 機 的 泄 漏l 泄 漏 途 徑l 1） 由 軸 向 間 隙 產(chǎn) 生 徑 向 泄 漏l 2） 由 徑 向 間 隙 產(chǎn) 生 周 向 泄 漏l 泄 漏 長 度周 相 接 觸 長 度 大 ， 泄 漏 小徑 相 接 觸 長 度 小 ， 泄 漏 大結 論 ：減 少 軸 向 間 隙 可 有 效 減 少 徑 向 泄 漏 徑周 qq 二 、 密 封 機 構考 慮 因 素 ： 可 靠 性 高 ， 補 償 性 強1、 軸 向 密 封 機 構 ： （ 密 封 軸 向 間 隙 ）1） 接 觸 式 密 封 ：方 法 ： 在 渦 旋 體 頂 端 面 鑲 嵌 密 封 材 料 材 料 ： 工 程 熱 塑 料 ， 耐 磨 金 屬 材 料特 點 ： 結 構 簡 單 ， 易 加 工 ， 壽 命 短 2） 非 接 觸 式 密 封 a)油 溝 密 封 ：在 渦 旋 體 頂 端 開 油 溝 并 延 長 用 以 潤 滑 端 面 ， 同 時 在 渦 旋體 的 背 面 設 背 壓 腔 ， 防 止 動 靜 體 脫 開特 點 ： 密 封 性 好 ， 壽 命 長 ， 可 靠 性 好 ， 加 工 工 藝 困 難 2、 軸 向 柔 性 密 封 機 構方 法 ： 在 渦 旋 體 背 面 設 置 波 形 彈 簧 ，設 柔 性 止 推 環(huán) ， 在 渦 旋 體 頂 面 開 油 溝 。二 、 徑 向 密 封 機 構 ：采 取 措 施 ： 形 成 動 靜 渦 旋 體 系 在 一 起 形 成 密 封l 單 圓 曲 柄 徑 向 密 封 機 構l o 1曲 柄 圓 轉 中 心 ， o2渦 旋 體 中 心 ，l o3曲 柄 柄 體 中 心 ，l 依 靠 曲 柄 銷 9與 軸 承 8間 的 軸 承 間 隙 4l 控 制 動 靜 渦 旋 體 的 接 觸 情 況 。 l 偏 心 軸 套 式 徑 向 密 封 機 構l o1曲 軸 中 心 ； o3曲 柄 中 心 ；l o2渦 旋 體 中 心 ； R1曲 軸 回 轉 半 徑l R2渦 旋 體 回 轉 半 徑 ； 滯 后 角l 旋 轉 時 變 化 R2變 化 ， 從 而 使l o1 o2變 化 ， 間 隙 得 到 控 制l 滑 動 襯 套 式 機 構l 曲 軸 6內(nèi) 開 槽 ， 內(nèi) 有 可 滑 動 塊 2，l 由 彈 簧 頂 著 ， 動 渦 旋 體 滑 銷 2安 裝 在 l 滑 塊 1內(nèi) ， 彈 簧 5頂 出 R變 化 調 節(jié) 間 隙 三 、 防 自 轉 機 構 動 渦 旋 體 繞 靜 渦 旋 體 中 心 做 無 自 轉 平 動 ， 需 要 設 置 防 自 轉 機 構 。 防 自 轉 機 構 有 ： 十 字 聯(lián) 接 環(huán) 、 球 形 聯(lián) 軸 節(jié) 、 圓 柱 聯(lián) 軸 節(jié)l 十 字 聯(lián) 接 環(huán)l 結 構 ： 十 字 聯(lián) 接 環(huán) 上 DCl 與 機 體 槽 連 （ 可 滑 動 ）l AB與 動 渦 旋 體 連 ，l 原 理 ： 使 動 渦 旋 體 繞 o 2轉 動l 特 點 ： 結 構 簡 單 易 磨 損 ，1. 加 工 困 難 l 球 形 聯(lián) 軸 節(jié)l 結 構 ： 兩 幾 何 形 狀 相 同 孔 板 ，l 分 別 安 在 機 體 動 渦 旋 體 上 ， 在 孔l 板 間 設 置 鋼 球 連 接 孔 板l 原 理 ： 動 渦 旋 體 平 動 時 ，l 鋼 球 可 在 孔 內(nèi) 轉 動 、l 要 求 ： 平 動 半 徑 為 R時 ， 孔 板 孔 為 2R， 鋼 球 半 徑 為 R l 特 點 ： 結 構 簡 單 ， 易 加 工 ， 可 實 現(xiàn) 滾 動 支 撐 ， 減 少 磨 損 l 圓 柱 銷 聯(lián) 軸 節(jié) 結 構 ： 在 機 座 上 開 孔 板 6， 動 渦 旋 體 上 連 軸 銷 3原 理 ： 當 動 渦 旋 體 平 動 時 ， 銷 在 孔 內(nèi) 平 動 ， 半 徑 R要 求 ： 銷 半 徑 2R,孔 徑 4R特 點 ： 受 力 好 ， 結 構 簡 單 ， 但 無 支 撐 作 用 5-6、 輸 氣 量 調 節(jié)一 、 變 頻 調 節(jié)1、 調 節(jié) 性 能 ：容 積 效 率 ： 渦 旋 式 滾 動 轉 子 式 活 塞 式等 熵 效 率 ： 渦 旋 式 滾 動 轉 子 式 活 塞 式2、 噪 聲 及 振 動振 動 ： 渦 旋 式 滾 動 轉 子 式 活 塞 式 噪 聲 ： 渦 旋 式 滾 動 轉 子 式 活 塞 式 3、 多 機 并 聯(lián) 運 行 調 節(jié)例 ： 多 機 并 聯(lián) 據(jù) 系 統(tǒng) 要 求 而 控 制 開 機 數(shù) 量 ， 效 率 較高 ，二 、 設 變 量 旁 通 閥原 理 ：啟 動 ：運 行 ：