涡旋式制冷压缩机ppt课件.ppt

涡旋式制冷压缩机,制作人：司家斌,涡旋式压缩机是回转式压缩机的一种，是指由一个固定的渐开线静涡旋盘和一个呈偏心回转平动的渐开线运动涡旋盘组成可压缩容积的制冷压缩机。,涡旋式制冷压缩机,化学工业出版社,一 总体结构,1）全封闭立式涡旋式压缩机,2）卧式全封闭涡旋式压缩机,3）空调用涡旋式制冷压缩机,图5-6所示的汽车空调用涡旋式压缩机为开启式压缩机，由汽车的主发动机通过皮带轮驱动压缩机运转。,4）汽车用涡旋式制冷压缩机,单涡旋与双涡旋压缩机,二 基本结构主要由静涡旋盘、动涡旋盘、机座、防自转机构十字滑环及曲轴等组成。,图 涡旋式制冷压缩机结构简图1静涡旋盘2动涡旋盘 3机座4曲轴5十字滑环 6吸气口7排气口,涡旋压缩机主要由两个涡旋盘相错180o对置而成，其中一个是固定涡旋盘，而另一个是旋转涡旋盘，它们在几条直线(在横截面上则是几个点)上接触并形成一系列月牙形容积。 由固定蜗盘和旋转蜗盘构成压缩工作气腔,。,三 工作原理及分析,涡旋式空气压缩机是在动涡旋体由偏心轴驱动并由防自转机构制约，围绕静盘基圆中心，作很小半径的平面回转平动时，外圈月牙形空间便会不断向中心移动，使基元容积不断缩小，气体在动静盘齿合所组成的若干对月牙形压缩腔内被逐步压缩然后由静盘部位的轴向孔连续排出。 旋转涡旋盘之间的相对位置，借安装在旋转涡旋盘与固定部件间的十字滑环来保证。,工作过程,涡旋压缩机在主轴旋转一周的时间内，仅有的进气、压缩、排气三个工作过程是同时进行的，外侧空间与吸气口相通，始终处于吸气过程，内侧空间与排气口相通，始终处于排气过程。,工作过程,涡旋压缩机工作原理,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,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,密封与防自转机构分析,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，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，结构简单， 但无支撑作用,输气量调节分析,一、变频调节1、调节性能：容积效率： 涡旋式滚动转子式活塞式等熵效率： 涡旋式滚动转子式活塞式2、噪声及振动振动：涡旋式滚动转子式活塞式噪声：涡旋式滚动转子式活塞式,3、多机并联运行调节例：多机并联据系统要求而控制开机数量，效率较高，二、设变量旁通阀原理：启动：运行：,四 选型及性能分析,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，涡旋体节距P2r 压缩腔气体数N，涡旋圈数m=N+1/44、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,输汽量调节变转速调节,涡旋式压缩机比活塞式和滚动转子式适用于更宽的速度范围,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=ps02）1 *压缩，v由vx，p由ps0pdk3）* 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,七、 多机并联运行调节,两台并联运行的涡旋式压缩机共用一个机壳，彼此独立运行也可并联运行 ，具有高效、可靠及成本低的优点，有较高的COP值。,八、 变容量旁通调节,汽车空调中常用,通过活塞式控制阀6控制回流气体调节孔9的开启度，以控制吸入气体的回流量，从而实现输汽量的调节。,五 新型输汽量调节,一、变转速调节,图5-7示出了采用变频调节的三种压缩机(活塞式、滚动转子式、涡旋式)的等熵效率 tS及输汽系数的比较。,图5-8是涡旋式压缩机变速调节时的振动与噪声特性与活塞式和滚动转子式的比较。从图中看出，在任何频率下涡旋式压缩机的振动和噪声都比活塞式及滚动转子式低。,涡旋式压缩机比活塞式和滚动转子式适用于更宽的速度范围，在空调器或热泵中采用涡旋式压缩机进行变频调节输气量是很有前途的。,多机并联运行调节,两台运行的涡旋式压缩机共用一个机壳并联调节的形式，其结构如图5- 9 所示。,与相同制冷量的一台涡旋式相比，在较宽的制冷量范围内有较高的COP值。,变容量旁通调节,在汽车空调中通常采用变容量涡旋式压缩机进行输气量调节，其原理是通过吸气回流旁通输气量。图5- 11 示出一种变容量涡旋式压缩机结构。,从图5- 12 给出的上述变容量涡旋式压缩机的调节特性曲线中看出，在一定的转速范围内，其制冷量可根据空调工况的要求保持不变.,变频技术存在一些不足之处1 容量输出.变频压缩机的工作频率在3-117Hz,当室内负荷突然从小变大时,压缩机频率增加需要经过中间过渡段,这就意味着,如室内负荷有所变化,压缩机则要对新的负荷有一响应的时间,不能立即对应.2 旁通控制.压缩机安装有旁通装置.空调在低负荷情况下运行,由于压缩机里的制冷剂热气旁通,能量会有损失,系统的COP降低.此外还造成较高的蒸发温度和蒸发压力,除湿能力下降.3 室温控制.系统容量发生变化时(如在同一个制冷系统多开几个室内机),变频器控制就需要逐渐地提高频率,在此过渡期间室内温度控制不稳定.4 环保.变频控制器会产生高次谐波,可造成变压器/电容器过热,精密仪器的精度降低以及干扰电视信号,移动信号和地铁站信号的传送.,数 码 涡 旋 技 术,宽度脉冲调节式数码涡旋压缩机技术(PWM),数码涡旋压缩机工作原理 压缩机容量是通过涡旋盘的周期性啮合与脱开来改变的.当外部电磁阀关闭时,数码涡旋象标准型压缩机一样工作,容量达到100%.当外部电磁阀打开时,两个涡旋盘稍微脱离,此时压缩机无制冷剂被压缩,从而无容量输出.所以,在一个10s的循环中,如果涡旋盘加载2s,卸载8s,其平均容量就是20%,加载时间占循环周期的比例可以在10%100%输出容量的范围内任意改变.,电磁阀处于常闭状态时,活塞上下两侧的压力为排气压力,一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载.电磁阀通电时,调节室内的排气被释放到低压吸气管.这时,活塞的下部压力大于活塞上部压力,导致活塞上移,同时定涡旋盘也随之上移.该动作使两个涡旋盘分开,涡旋盘没有对制冷剂进行压缩.电磁阀断电再次使压缩机满载,恢复压缩操作.,图1给出了数码涡旋压缩机机械硬件.定涡旋盘顶部安装有活塞,活塞上移定涡旋盘也随之上移,活塞顶部的调节室通过排气孔与排气压力相连通,调节室与吸气压力通过一外接电磁阀连接起来.,数码涡旋操作分为两个阶段:电磁阀关闭的“负载状态”和电磁阀打开的“卸载状态”.负载状态时数码涡旋压缩机象常规涡旋压缩机一样工作,传递全部容量和制冷剂蒸汽流量;卸载状态中,无容量和制冷剂蒸汽流量通过压缩机.,结合图3介绍一下“周期时间”的概念.一个周期时间包括“负载状态时间”和“卸载状态时间”.容量调节这两个时间阶段的组合决定压缩机的容量调节.,例如:在15s周期时间内,若负载状态时间为7.5s,卸载状态时间为7.5s,压缩机调节量为(7.5s100%+7.5s0%)/15=50%.若在相同的周期时间内负载状态时间为12s而卸载状态时间为3s,则压缩机调节量为80%.也就是容量为负载状态时间除以周期时间.通过改变负载状态时间和卸载状态时间,可用压缩机产生任何容量(10%100%).,变容机构,16 秒,全能力,零能力,零能力,全能力,10 秒,10 秒,例子: 20%输出,例子: 50%输出,负载 (1)卸载 (0) 全能力零能力,4秒,涡旋间分离1亳米,可用不同的周期时间获得相同的容量。例如：用.秒负载时间和.秒卸载时间组合得到 容量。同样，也可用秒负载时间和秒卸载时间组合得到 容量（图）。谷轮公司已根据经验为各容量调节确定了理想的周期时间。“周期时间”和“容量调节比例”成反比，容量调节比例越低，周期时间应越长（图）。在各理想的周期时间内系统能量效率最大。,数码涡旋系统和变频系统节能的比较本试验是在上海海事大学冷藏集装箱实验室内模拟的,冷藏集装箱采用变频和数码两种压缩机,设定相同的工况条件,比较两者的情况.,制冷性能/效率的比较,运行费用的比较,六 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冷凝器出液温度：t4=46.1C热力计算各制冷循环点状态参数：图5-241点：t1=t0=7.2C,p1=p0=0.377MPa,v1=0.053m3/Kg,七 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,八 涡旋式制冷压缩机特点,1相邻两室的压差小，气体的泄漏量少。2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，因此转矩变化幅度小、振动小。3没有余隙容积，故不存在引起输气系数下降的膨胀过程。4无吸、排气阀，效率高，可靠性高，噪声低。5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。6机壳内腔为排气室，减少了吸气预热，提高了压缩机的输气系数。7涡线体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加工设备。8密封要求高，密封机构复杂。,1.效率高A.吸气,压缩,排气过程是单向进行,吸入气体的有害过热小.B.相邻两室的压差小，气体的泄漏量少C.没有余隙容积的影响，故不存在引起输气系数下降的膨胀过程。,2.力矩转矩变化小、振动小、 噪声低,A.涡旋式压缩机的压缩过程较慢,且连续进行,所以排气的压力脉动很小,振动和噪声小.B.月牙形空间同时进行压缩过程,故曲轴转矩变化小,压缩运转平稳.,3.结构简单,体积小质量轻,可靠性高,由于没有吸气阀和排气阀,易损零件小,有轴向径向间隙可调的柔性机构,能避免液击,故结构简单,体积小质量轻运行可靠性高,