第五章涡旋式制冷压缩机
涡旋式制冷压缩机
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▪ 涡旋盘实物
1
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。
2
过程模拟
整机
涡旋盘
3
▪ 1.2 总体结构
立式
吸气 排气
4
卧式
5
▪ 单涡旋与双涡旋压缩机
8
▪ 2.1 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
9
▪ 2.2 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。
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▪ 2.3 变容量旁通调节 ——汽车空调中常用
6
汽车空调用涡旋式压缩机
7
▪ 1.3 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。
详细讲解涡旋压缩机原理、结构、特点、比较,性能分析等
详解涡旋压缩机（原理、结构、特点、比较，性能分析等）旋涡压缩机结构、工作过程及主要特点涡旋压缩机是一种容积式压缩的压缩机，压缩部件由动涡旋盘和静涡旋组成。
其工作原理是利用动、静涡旋盘的相对公转运动形成封闭容积的连续变化，实现压缩气体的目的。
主要用于空调、制冷、一般气体压缩以及用于汽车发动机增压器和真空泵等场合，可在很大围取代传统的中、小型往复式压缩机。
基本结构结构特点两个具有双函数方程型线的动涡盘和静涡盘相错180°对置相互啮合，其中动涡盘由一个偏心距很小的曲柄轴驱动，并通过防自转机构约束，绕静涡盘作半径很小的平面运动，从而与端板配合形成一系列月牙形柱体工作容积。
特点：利用排气来冷却电机，同时为平衡动涡旋盘上承受的轴向气体力而采用背压腔结构，另外机壳是高压排出气体，使得排气压力脉动小，因而振动和噪声都很小。
背压腔如何实现轴向力的平衡？动涡旋盘上开背压孔，背压孔与中间压力腔相通，从背压孔引入气体至背压腔，使背压腔处于吸、排气压力之间的中间压力。
通过背压腔气体作用于动涡旋盘的底部，从而来平衡各月牙形空间气体对动涡旋盘的不平衡轴向力和力矩。
高压外壳的特点：1、吸气温度加热损失少；2、排气脉动小；3、启动时冷冻机油发泡。
低压外壳的特点：1、吸气温度易过热；2、压缩机不易产生液击；3、置电动机效率较高。
数码涡旋压缩机采用“轴向柔性”浮动密封技术，将一活塞安装在顶部订涡旋盘处，活塞顶部有一调节室，通过0.6mm 直径的排气孔和排气压力相连接，而外接PWM阀（脉冲宽度调节阀）连接调节室和吸气压力。
PWM阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压力为排气压力，一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载。
PWM阀通电时，调节室排气被释放至低压吸气管，导致活塞上移，带动顶部定涡旋盘上移，该动作使动、定涡旋盘分隔，导致无制冷剂通过涡旋盘。
用于冷冻系统中的系统流程图：对压缩过程进行中间补气的经济器运行方式，是解决涡旋压缩机在低温工况下运行时，由于压比过高导致排气温度过高的有效方法。
第五章涡旋式压缩机
主 ➢工作原理、总体结构及特点
要 ➢热力过程分析
内 ➢运动机构受力及分析
容
➢密封与防自转机构 ➢输气量调节
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
x=r[cos(Фi+α)+Фisin(Фi+α)] y=r[sin(Фi+α)－Фicos(Фi＋α)] 外壁方程 x=r[cos(Ф0－α)+Ф0sin(Ф0－α)] y=r[sin(Ф0－α)－Ф0cos(Ф0-α)]
3、涡旋体参数
基圆半径r，渐开角α，涡旋体高h，
涡旋体壁厚t＝2rα，涡旋体节距P＝2πr 压缩腔气体数N，涡旋圈数m=N+1/4
式中
A－排气孔密面积 u－气体流速 V－工作基元容积
2 P2h
u(1) A (12)
u(12)P2Ah(22)
0 2
六、涡旋压缩机的功率
1、指示功的计算
wtshdkhs0 w i
w ts i
2、指示功率
pi
wiqvt 3600vs0
3、轴功率
pe
pi
pm
pi
m
m 90%
第三节、计算实例
用R134a代替R22计算性能系数
热力计算
各制冷循环点状态参数：图5-24
1点： t1=t0=7.2°C,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
涡旋压缩机
5.1气量的调节之变转速调节
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5.2 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。
5.3 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。
主要内容
1、主要构件及工作原理 2、应用领域及分类 3、涡旋曲线及结构内容积比的计算 4、泄漏的分析及密封机构 5、气量的调节 6、参考文献
1.1涡旋式压缩机的主要构件
涡旋式压缩机有两种结构：自转型和公 转型。涡旋压缩机主要由两个涡旋盘相 错180°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。 旋转涡 旋盘由一个偏心距很小的曲柄轴驱动， 绕固定涡旋盘平动，两者间的接触线在 运转中沿涡旋曲面移动。它们之间的相 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。
涡旋式压缩机结构简图
17—十字滑环 8—曲轴
2.1涡旋压缩机的优缺点
优点 1) 效率高、振动小、噪声低； 2) 结构简单体积小、重量轻可靠性高； 3）采用气体支承机构，允许带液压缩，一旦 压力过高，动盘与静盘端面脱离压力立即释放 缺点 1）制造需高精度的加工设备及精确的调心装 配技术； 2）结构太紧凑，压缩过程热量难以导出； 3）流量无法做的太大，压力也不宜过高。
涡旋式压缩机的优点
•涡旋式压缩机由于结构简单、零件少、 效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、 长寿命等诸方面大大优于其它型式的压 缩机，被誉为环保型压缩机。 •由于涡旋式压缩机的独特设计，使其 成为当今世界最节能压缩机。 •涡旋式压缩机主要运动件动为涡盘， 与静涡盘只有磨合没有磨损，因而寿命 更长，被誉为免维修压缩机。 •由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、 工作环境安静，又被誉为超静压缩机。
涡旋式制冷压缩机
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
1.
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
2.
球形联轴节 结构：两几何形状相同孔板，
Frx F1 F2 F3 Fo
'
' '
(m1 R1 m2 R2 m3 R3 mo Ro ) 2
F1-涡旋体离心力 F2-动涡旋体底盘离心力 Fo'-一次平衡离心力 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’
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
q周 q径
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
涡旋式压缩机
1.2 压缩机的工作原理
1.2.1基元容积的形成
图1-3示出涡旋式制冷压缩机的基本结构。主要由动涡旋体4、 静涡旋体3、曲轴8、机座5及防自转机构7等组成。动、静涡旋体 的型线均是螺旋形，动涡旋体相对静涡旋体对静涡旋体偏心并相 差180°对置安装，理论上它们轴向会在几条直线上接触（在横 截面上则为几个点接触），涡旋体型线的端部与相对的涡旋体底 部相接触，于是在动涡旋体间形成了一系列月牙形空间，即基元 容积。在动涡旋体以静涡旋体的中心为旋转中心并以一定的旋转 半径作无自转的回转平动时，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。静涡旋体的最外侧开有吸气孔1，并 在顶部端面中心部位开有排气孔2，压缩机工作时，气体制冷剂 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，其容积不断缩小而压力不断 升高，直至与中心排气孔相通，高压气体被排触压缩机。图1-3 中的十字交叉的突肋分别与动涡旋体下端面键槽及机座上的键槽 配合并在其间滑动。
1.3
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。
6.通风不良造成空气再循环（形成短路循环） 1.制冷剂不足
2.制冷剂泄漏
排气压力低 3.环境温度低，冷凝器的送风温度过低 4.对冷凝器送风过多 5.液体制冷剂回流 6.压缩机能力降低
第五章 涡旋式压缩机
第五章 涡旋式制冷压缩机
涡旋式制冷压缩机是20世纪 年代才发展起来 涡旋式制冷压缩机是 世纪80年代才发展起来 世纪 的一种新型容积式压缩机，它以其效率高、 的一种新型容积式压缩机，它以其效率高、体 积小、质量轻、噪声低、 积小、质量轻、噪声低、结构简单且运转平稳 等特点，被广泛用于空调和制冷机组中。 等特点，被广泛用于空调和制冷机组中。
排气过程的主轴转角达360度，排气阻力损失小 对零部件的精度要求高 工作腔无法实施外部冷却，压缩过程中的热量难以 导出。 受我选题高度限制，大排量时涡盘直径大，机器不 紧凑、要求更大的平衡重。 受工作腔密封与零部件强度的限制，排气压力一般 不超过3.0Mpa。
4.2 涡旋压缩机的几何理论 4.2.1 典型型线及主要几何参数 圆渐开线：
1905 法国人Leon Creux 提出涡旋机械的工作原 理，并 申请美国专利。 70年代 高精度数控铣床的涌现和世界能源危机 的加剧，促进了涡旋压缩机的发展。 美国的Arthur D Little 公司成功开发出压缩氦气的 涡旋压缩机，并应用在远洋海轮上，标志着涡旋 压缩机实用化年代的到来。 80年代 涡旋压缩机首先在空调压缩机技术领域 取得商业应用。（81年，Sanden、Mitsubishi Heavy Industries 推出汽车空调用涡旋压缩机； 83年，Hitachi推出柜式空调用全封闭涡旋压缩机； 87年，Copeland开始生产空调压缩机）
二、多机并联 运行调节 此处介绍两台 运行的涡旋式 压缩机共用一 个机壳并联调 节的形式， 节的形式，其 结构如图5结构如图 9 所示。 所示。 由图5由图 10 还 可以看出， 可以看出，与 相同制冷量的 一台涡旋式相 比，在较宽的 制冷量范围空调中通 常采用变容量涡 旋式压缩机进行 输气量调节， 输气量调节，其 原理是通过吸气 回流旁通输气量。 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。 缩机结构。
详解涡旋压缩机(原理、结构、特点、比较,性能分析等)
详解涡旋压缩机（原理、结构、特点、比较，性能分析等）旋涡压缩机结构、工作过程及主要特点涡旋压缩机是一种容积式压缩的压缩机，压缩部件由动涡旋盘和静涡旋组成。
其工作原理是利用动、静涡旋盘的相对公转运动形成封闭容积的连续变化，实现压缩气体的目的。
主要用于空调、制冷、一般气体压缩以及用于汽车发动机增压器和真空泵等场合，可在很大范围内取代传统的中、小型往复式压缩机。
基本结构结构特点两个具有双函数方程型线的动涡盘和静涡盘相错180°对置相互啮合，其中动涡盘由一个偏心距很小的曲柄轴驱动，并通过防自转机构约束，绕静涡盘作半径很小的平面运动，从而与端板配合形成一系列月牙形柱体工作容积。
特点：利用排气来冷却电机，同时为平衡动涡旋盘上承受的轴向气体力而采用背压腔结构，另外机壳内是高压排出气体，使得排气压力脉动小，因而振动和噪声都很小。
背压腔如何实现轴向力的平衡？动涡旋盘上开背压孔，背压孔与中间压力腔相通，从背压孔引入气体至背压腔，使背压腔处于吸、排气压力之间的中间压力。
通过背压腔内气体作用于动涡旋盘的底部，从而来平衡各月牙形空间内气体对动涡旋盘的不平衡轴向力和力矩。
高压外壳的特点：1、吸气温度加热损失少；2、排气脉动小；3、启动时冷冻机油发泡。
低压外壳的特点：1、吸气温度易过热；2、压缩机不易产生液击；3、内置电动机效率较高。
数码涡旋压缩机采用“轴向柔性”浮动密封技术，将一活塞安装在顶部订涡旋盘处，活塞顶部有一调节室，通过0.6mm 直径的排气孔和排气压力相连接，而外接PWM阀（脉冲宽度调节阀）连接调节室和吸气压力。
PWM阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压力为排气压力，一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载。
PWM阀通电时，调节室内排气被释放至低压吸气管，导致活塞上移，带动顶部定涡旋盘上移，该动作使动、定涡旋盘分隔，导致无制冷剂通过涡旋盘。
用于冷冻系统中的系统流程图：对压缩过程进行中间补气的经济器运行方式，是解决涡旋压缩机在低温工况下运行时，由于压比过高导致排气温度过高的有效方法。
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▪ 2.1 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
10
▪ 2.2 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。
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▪ 2.3 变容量旁通调节 ——汽车空调中常用
▪ 1.1 涡旋压缩机工作原理
两盘啮合时，与端板配合形成一系列月牙形柱体工作容积
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▪ 涡旋盘实物
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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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过程模拟
整机
涡旋盘
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▪ 1.2 总体结构
立式
吸气 排气
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卧式
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▪ 单涡旋与双涡旋压缩机
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汽车空调用涡旋式压缩机
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▪ 1.3 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。