HOUSEHOLD APPLIANCE1999 年 第 5 期 No.5 1999变频双转子压缩机力平衡分析陶建幸 樊江勤背景资料●变频技术 (变频调速技术作为在国内的一门新兴的高效节能技术在家电领域中得到了 普遍应用 ,尤其在空调器产品上的应用最为广泛●据统计 ,目前变频空调器生产已占全国空调器总产量的 3%,模糊控制的变频洗衣 机、电冰箱、吸尘器已经开始研制 ,而且已在国家获得立项 ,变频微波炉也在起步 ●变频技术在家电产品上的应用 ,提高了产品的档次和质量的稳定性 ,达到了节能环保 目的 ,使智能化家居成为可能●目前国内变频产品的关键配套件、元器件发展和生产是滞后的 ,其配套能力不强 ,质 量稳定性不高 ;虽然有国产变频空调器压缩机 ,但产量有限 ;变频电机还没有形成生产 能力 ;变频电冰箱压缩机还在研制等等1 引言长期以来 ,单转子压缩机在家用空调器中得到了广泛的应用 ,随着人们生活水平的 提高 ,人们对更舒适、更节能的空调器需求量越来越大早期 ,变频空调器使用的单转 子压缩机 ,由于其平衡重大 ,且气体力无法平衡 ,振动和噪声较大 ,限制了其最低工作 转速 ,直接影响了空调的舒适性 ,也限制了最高工作转速 ,影响到空调器快速制冷、制 热功能的发挥。
本文介绍的变频双转子压缩机 ,其旋转惯性力、旋转惯性力矩及气体力 都得到了有效的平衡 ,从而使压缩机由于不平衡质量和气体力所产生的轴的变形减小 , 具有较好的动平衡特性 ,使压缩机从低速到高速都能平衡有效的运转2 变频双转子压缩机结构特点该压缩机上、下缸体用中间隔板隔开 ,两缸体的滑片槽、吸排气孔口与缸体中心呈 对称分布偏心轴的上、下偏心拐呈 180°对称分布 ,分别位于上、下缸体中 ,使压缩 机每一转中吸排气进行两次 ,压缩机芯结构简图如图 118a.gif (4158 bytes图 13 旋转惯性力和旋转惯性力矩的平衡如图 2 两滚子、偏心拐构成的偏心重其旋转惯性力始终大小相等 ,方向相反 ,可自 行平衡 ,但惯性力矩不能平衡 ,为此 ,电机转子两端需增加两个平衡重 ,一方面要求平 衡重自身的惯性力平衡 ,另一方面要求所有旋转惯性力矩要平衡为此①我们将平衡重设计成完全一致的形式 ,首先解决了平衡重本身惯性力的平衡问题 ②然后根据惯性力矩的平衡可求得 :F m (L1-L 2=FM (L4-L 3其中 :平衡重惯性力 F m =me′ω偏2,心重惯性力 F M =Meω2,故平衡重重量18b.gif (662 bytes若平衡重满足上述两条件 ,偏心重、平衡重的旋转惯性力和旋转惯性力矩就能得到有效 的平衡 ,从而抑制不平衡质量引起的壳体振动。
18c.gif (2011 bytes图 24 气体力的平衡滚子气体力的大小和方向随着转角 φ的变化在不断变化为便于说明上、下缸体所 受气体力的合力 ,我们先分析上缸体随转角 φ受力变化情况 ,此时的计算过程与单转子 压缩机情况相同 ,在此基础上再来分析双转子受力下面我们就按举例中提供的数据计 算图 3 中上缸体在一转中气体力的变化 ,计算中制冷剂工质为R22,计算过程详见图 4, 计算公式参见参考文献 1 中 P143~P15419b.gif (4477 bytes图 319c.gif (4400 bytes 19d.gif (3525 bytes 19e.gif (3501 bytes 19f.gif (3955 bytes19g.gif (1884 bytes图 4本计算例中主要符号的含义及数值R=27— 气缸缸孔半径 ;e=3.3—偏心拐偏心距 ;r=R —e=23.7— 滚子外圆半径 ;h=24—滚子及缸体的高度 ;b=4.75—滑片的厚度 ; ε =e/R=3.3/27=0.122—相对偏心距 ;dp=9.3—主轴承盖排气孔口直径 ;h p =4—主轴承盖排气孔口高度 ;19a.gif (963 bytes—排气孔口余隙容积 ;P d =2.145MPa— 排气压力 ;P 0=0.625MPa—吸气压力 ;P φ—压 缩腔压力 ;n=1.15— 多方压缩指数 ; β =30°——吸气口下缘角 ; φ—偏心轴转角 ; θ—滚子圆心分别与滑片、缸体切点边线的夹角 ; τ—气体力与 X 轴夹角 ;L—气体力在 滚子上的作用线长 ;V β—转角 β时压缩腔容积 ;V φ—转角 φ时压缩腔容积 ;F r— 滚子 所受气体力 ;F rx —滚子所受气体力在 X 轴上的分力 ;F ry —滚子所受气体力在 Y 轴上的分 力。
根据程序计算结果 ,绘制缸体在一转中压缩腔压力和气体力随转角 φ的变化关系如 图 519h.gif (3450 bytes家用电器科技 990507 图 5从曲线图上看，当转角 φ=210°，即开始排气时，此时上缸体所受气体力为最大 Fr=1685N 在 Y 轴上的分力亦为最大Fry=1610N因单缸气体力脉动很大，使单转子压缩机在低速阶段运转时振动大为增加，一般低速限值之外只为30t/s而本文所探讨的变频双 转子压缩机，上、下缸体所受气体力如图 3 所示，下缸体压缩腔正好与上缸体压缩腔与缸体中心呈对称分布，随着转角 φ的变化，上、下缸体滚子所受气体力总是大小相等，方向相反，互相抵销，其气体力随转角φ变化曲线为一平滑的直线， Fr=0由此可见，该变频双转子压缩机与单转子压缩机相比，气体力脉动所引起的旋转方向的扭振亦得到了有效的控制 5结论通过对上述结构的变频双转子压缩机的受力分析，可看出该机在动平衡特性上比单转子压缩机有明显的优越性，它有效控制了不平衡质量引起的壳体的振动和气体力脉动引起的旋转方向的扭振，从而有利于提高压缩机效率，降低振动和噪声，是压缩机实现变频器驱动，从低频到高频 (15～ 100Hz 平稳运转的理想结构，具有较高的研究开发和 推广价值。
作者单位：江苏春兰电器集团公司 参考文献 1?李文林，《回转式制冷压缩机》，机械工业出版社， 1992；P143～P154 2?缪道平，《活塞式制冷压缩机》，机械工业出版社， 1981 3?川平睦羲，《封闭式制冷机》，轻工业出版社， 1987 (编辑韩彬file:///F|/qikan_htm 抽取 _2000before/kjqk(200810/jydqkj/jydq99/jydq9905/990507.htm（第 6／6 页） 2010-1-1 0:29:00。