制冷压缩机第五章

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1、第五章涡旋式制冷压缩机Scroll Refrigerating CompressorScroll Refrigerating Compressor第五章第五章第一节 工作原理、总体结构及其特点第二节 热力过程分析第三节 热力计算实例第四节 运动机构受力分析第五节 密封与防自转机构第六节 输气量调节主要内容第一节 工作原理、总体结构及其特点第五章 一、工作原理 二、总体结构 三、特点 四、发展趋势及研究现状第五章 属容积型（回转式）压缩机； 由法国人发明， 1905年在美国取得专利， 1982年日本三电公司生产出汽车空调用涡旋 式压缩机； 为目前较新型的制冷压缩机，广泛用于 570kW功率范围。

2、涡旋式压缩机简介第五章 由动、静涡旋体、曲轴、 机座、防自转机构组成； 由动、静两个涡旋盘相错 180o对置而成，它们在几 条直线(在横截面上为几个 点)上接触并形成一系列月 牙形容积（基元容积）； 动涡旋盘由一个偏心距很 小的曲柄轴驱动，绕静涡 旋盘平动，两者间的相对 位置靠安装在动涡旋盘与 固定部件间的十字滑环保 证。结构组成一、工作原理第五章 动、静涡旋体型线均为螺 旋形，动涡旋体相对静涡 旋体偏心并相差180对 置安装。它们轴向在几条 直线上接触，在动静涡旋 体间形成一系列月牙形空 间，即基元容积。 动涡旋体以静涡旋体中心 为旋转中心作无自转回转 平动，外圈月牙形空间不 断向中心移动，

3、基元容积 不断缩小。基元容积第五章 工作原理静涡旋体最外侧开有吸气孔，其顶 部端面中心开有排气孔。制冷剂气体从 吸气孔进入动、静涡旋体间最外圈的月 牙形空间，随着动涡旋体的运动，气体 被逐渐推向中心空间，其容积不断缩小 压力不断升高，直至与中心排气孔相通 ，高压气体被排出压缩机。思考:涡旋压缩机是否可以反转?第五章 q 低压气体从机壳顶部吸气 管1直接导入涡旋板四周 ，封在月牙形容积中，然 后被压缩； q 高压气体由静涡旋体5的 中心排气孔2进入排气腔4 ，并通过排气通道6被导 入机壳下部去冷却电动机 11，与润滑油分离后由排 气管19排出； q 十字滑环18是上、下两面 设置互相垂直的两对凸

4、键 的圆环，其作用是防止动 涡旋体倾斜和自转。背压 腔8的作用是平衡轴向力 和力矩； q 润滑系统：压差供油结构与工作过程第五章 工作过程（图5-2）动涡旋体中心静涡旋体中心静涡旋体动涡旋体动涡旋体中心位于静涡旋体中心的右侧，涡旋外圈部 分刚好封闭，此时最外圈两个月牙形空间充满气体，完 成了吸气过程。第五章 压缩腔排气孔随着曲轴转动，动涡旋体作回转平动，动静涡旋体保持良好啮合，外圈两个月牙 形空间中的气体不断向中心推移，容积不断缩小，压力逐渐升高，进行压缩过程。工作过程第五章 当两个月牙形空间汇合成一个中心腔室并与排气孔相通时，压缩过程结束，开始 进入排气过程，直至中心腔室的空间消失，排气过程

5、结束。工作过程排气孔第五章 工作过程说明q涡旋圈数为3圈，曲轴旋转3周(即曲轴转角1080) ，涡旋体外圈分别开启和闭合三次，分别完成3次 吸气过程、压缩及排气过程。即每当最外圈形成两 个封闭的月牙形空间并开始向中心推移成为内工作 腔时，另一个新的吸气过程同时开始形成； q不同的涡旋圈数，压缩过程的转角不同，涡旋圈数 愈多转角愈大； q吸气、压缩、排气等过程同时和相继在不同的月牙 形空间中进行。外侧空间与吸气口相通，始终进行 吸气过程，中心部位空间与排气孔相通，始终进行 排气过程，中间月牙形空间一直进行压缩过程。第五章 工作过程特征 吸、排气连续进行，从吸气开始至排气结束需经动 涡旋体多次回转

6、平动才能完成,故转矩较均衡，气 流脉动小，振动小，噪声低； 各月牙形空间之间压差较小，故泄漏少； 进排气分别在涡旋外侧和内侧，减轻了吸气加热； 采用排气冷却电动机，减少了吸气过热度，提高了 压缩机效率； 由于机壳内为高压排出气体，排气压力脉动小，振 动、噪声小； 余隙容积中气体没有向吸气腔的膨胀过程，不需进 气阀，容积效率高，可靠性高。第五章 二、总体结构 目前仅有小型全封 闭及开启式两种机 型，采用氟利昂工 质。 主要用于汽车空调 及家用及商用热泵 型空调器中。第五章 吸气管 立式全封闭型排气管 吸气过 电机、 排气过 电机 各自特 点第五章 卧式全封闭型第五章 汽车空调用涡旋式压缩机各类压

7、缩机的应用范围第五章 相邻两室的压差小，气体的泄漏量少； 由于吸气、压缩、排气过程是同时连续地进行，压 力上升速度较慢，故转矩变化幅度小、振动小； 没有余隙容积，故不存在引起输气系数下降的膨胀 过程； 无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低； 由于采用气体支承机构，故允许带液压缩，一旦压 缩腔内压力过高，可使动盘与静盘端面脱离，压力立 即得到释放； 机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了输气 系数； 涡线体型线加工精度高，必须采用专用的精密加工 设备； 密封要求高，密封机构复杂。第五章 三、特点第五章 q 效率高 吸气、压缩、排气连续单向进行，直接吸气，因 而吸入气体的有害过热小； 没有余隙

8、容积中气体的膨胀过程，容积效率高（ 高达95以上）； 两相邻压缩腔中的压差小，气体泄漏少； 动涡旋体上所有接触线转动半径小，运动速度低 ，摩擦损失小； 无吸气阀，也可不设置排气阀，气流的流动损失 小； 涡旋式压缩机的效率比往复式约高l0。第五章 第五章 q 力矩变化小，振动小，噪声低 压缩过程较慢，并可同时进行两三个压缩过程，机器运转平稳，且曲 轴转动力矩变化小，其转矩为滚动转子式和往复式的1/10； 气体基本连续流动，吸、排气压力脉动小，因此振动、噪声小。第五章 q 结构简单，体积小，重量轻，可靠性高 构成压缩室的零件数与滚动转子式及往复 式之比为1:3:7，其体积比往复式小40 ，重量轻

9、15； 没有吸、排气阀，易损件少；有轴向、径 向间隙可调的柔性机构，能避免液击，可 靠性高； 在高转速下运行可保持高效率和高可靠性 ，其最高转速可达13000rmin。 q 制造需高精度的加工设备及精确的调心装 配技术，限制了其制造及应用。 第五章 涡旋式压缩机的优点第五章 优化结构，简化生产工艺，降低生产成本 涡旋体型线研究，提高密封性能，减少磨损 图5-10 双涡旋体型线 双作用压缩机：采用双作用涡旋盘，动涡盘两面有完全 对称的型线，分别与两侧静涡旋盘型线啮合。此结构 两侧气体力完全平衡，可减少轴向磨损和气体泄漏。 扩大应用范围（低温领域、新工质） 计算机仿真优化设计采用新材料、新机构，减

10、少机械摩擦损失、气体泄 漏损失、传热损失和气流阻力损失，提高涡旋压缩机的工作效率 和工作可靠性。 变容量调节新技术：数码涡旋压缩机四、发展趋势及研究现状第二节 热力过程分析第五章 一、涡旋体型线 （涡旋参数） 二、压缩室容积及吸气容积 三、输气量 四、内压缩 五、涡旋式压缩机的功率第五章 涡旋体型线：圆的渐开线图5-12 主要涡旋参数： 基圆半径 渐开线起始角 涡旋体壁厚 涡旋体节距 涡旋体高 压缩腔室对数 涡旋圈数一、涡旋体型线 思考：偏心轴的 偏心距是多大？第五章 将两个相同涡旋参数的涡旋体中的一个旋转180， 再平移回转半径R=0.5(P-2t)=r(-2 )距离，使两涡旋体 相互相切接

11、触，可形成若干对月牙形空间，此即涡旋压缩 机的压缩室容积。二、压缩室容积及吸气容积图5-15 两涡旋体构成的压缩室投影面积 图5-15示出圈数为 3.25时形成的三对 月牙形面积, 规定 其构成的压缩室由 最内向外排定序号 为室）第五章 1 、压缩室容积（5-8）q 当两涡旋体构成的压缩室大于3个，则除中心压 缩室以外，任一对压缩室容积的通用计算式为：q 中心压缩室容积为：（5-11）其中，S1为中心压缩室 的投影面积。第五章 q 当动涡旋体转角0时，最外圈压缩室容 积定义为吸气容积。若涡旋式压缩机有N对压 缩腔，吸气容积计算式为：2、吸气容积（5-12）（即吸气容积按式（5-8 ）计算，式中

12、的 i=N,=0）第五章 q 压缩室容积V是动涡旋体转角的函数： =0时第室容积完全闭合； =2时第室变为第室，即 V=V2()=V3(=2)； 当=*时第室与第室连通，开始排气， 此时的排气容积V*=V1(*)+V2(*)，但 V1(*)是第室残留气体的容积，即涡旋式 压缩机的余隙容积，它没有向吸气腔的膨胀过 程，不影响压缩机的容积效率。思考:吸气的一周在哪里?压力如何变化（图5-20）3、压缩室容积随转角变化曲线V曲线第五章 q 理论输气量qvt理论输气量为吸气容积与压缩机转速的乘积（m3/h）qvt 60nVs60n P(P-2t)(2N-1)h q 实际输气量qvaq 容积效率v 定义

13、与往复式相同（5-13）三、输气量（5-14）（5-15）第五章 无余隙容积中气体向吸气腔的膨胀过程，容积系数v1（即涡旋 式压缩机的余隙对输气量无影响）； 无吸气阀，吸气为吞吸式，吸气压力损失小，压力系数p 1； 中心室与吸气室通过中间压缩室隔开，余隙中的高温气体不会回流 到吸气室加热吸入气体，加之转速高，因此温度系数T较高，近似 有T 1； 由于涡旋式压缩机各圈压缩空间的压力差不大，因此泄漏量较小且 为内泄漏（泄漏量受轴向和径向间隙大小影响，尤其轴向间隙影响 较大），在密封完善时泄漏更小； 其容积效率在0.95以上，这是其它容积式压缩机不能与之相比的。涡旋式压缩机的容积效率第五章 内泄漏指

14、压缩机各压缩腔之间,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,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。内泄漏直接结果 为增加功耗；外泄漏指压缩机在吸气过程中与外界(大于吸气压力的高压气 体)进行气体交换。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。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。气体泄漏的种类第五章 0-1 吸气过程 1-2 吸气闭合阶段（敞开容积由大变小直至闭合） 2-4 压缩过程 4-5 残留气体混合 5-6 排气过程压力-转角曲线（P-）容积-转角曲线（V-）四、内压缩图5-21 压力转角曲线及容

15、积转角曲线1、压力（容积）随转角的变化曲线第五章 容积比：指吸气容积与任意转角下的各压缩室容积之比内容积比：指吸气容积与压缩终了时的容积之比 无排气阀时的计算式：式（5-18） 有排气阀时的计算式：式（5-19）2、容积比与内容积比（5-16）（5-17）第五章 压力比：任意转角时各压缩室气体压力与吸气压力之比内压力比：压缩终了压力与吸气压力之比3、压力比与内压力比（5-20）（5-21）压力比越高则涡旋圈数越多，涡旋体加工越困难，通常单级压力比不超过8。内压力比与内容积比的关系：压力比与容积比的关系：（5-22）第二章过压缩图2-2a 发生过压缩时的P-V图 当压缩终了时汽缸中的 压力 大于制冷系统中 排气压力 ，此时压缩 机的内压力比 大于系 统运行中的压力比 ， 即 ，此时压缩机 中压缩过程发生过压缩， 产生等容膨胀额外功耗。第二章图2-2b 发生欠压缩时的P-V图 当压缩终了时汽缸中的 压力 小于制冷系统中 排气压力 ，此时压缩 机的内压力比 小于系 统运行中的压力比 ， 即 ，此时压缩机 中压缩过程发生欠压缩， 产生等容压缩额外功耗。欠压缩第五章 4、排气开始角 排气开始角*是指转角 时压缩机 进入排气阶段。 带有排气阀和不