涡旋式制冷压缩机
涡旋压缩机
涡旋压缩机涡旋压缩机：原理、应用和优势引言：涡旋压缩机是一种高效、可靠的压缩设备，广泛应用于航空、能源、化工等各个领域。
本文将介绍涡旋压缩机的工作原理、应用领域以及相对于其他压缩机的优势。
一、涡旋压缩机的工作原理涡旋压缩机利用涡旋产生的动能和静能的转化来实现气体的压缩。
其工作原理基于离心力和面积收缩的效应。
在涡旋压缩机的转子中，气体通过离心力的作用，被扔到转子的壁面上。
与此同时，流体被夹在每对螺旋形涡旋之间，它们同时沿着轴向移动并向出口处推移。
随着转子的旋转，气体不断受到更多的约束和压缩，最终达到所需的压缩比。
二、涡旋压缩机的应用领域1. 航空领域：涡旋压缩机在航空发动机中扮演着至关重要的角色。
它们可以将进气压力提高数倍，确保发动机能够正常运转。
涡旋压缩机的高效率和紧凑设计使其能够适应航空领域的要求。
2. 能源行业：涡旋压缩机在石油和天然气生产中广泛用于压缩和输送气体。
由于其高效节能的特点，涡旋压缩机能够有效提高能源的利用率，并降低生产成本。
3. 化工领域：在化工工艺中，涡旋压缩机被广泛应用于气体的压缩和处理。
例如，在气体分离工艺中，涡旋压缩机能够将混合气体压缩到所需的分离压力，以实现气体的分离和提纯。
4. 制冷和空调：涡旋压缩机也可以应用于制冷和空调系统中。
由于其高效和可靠性，涡旋压缩机能够提供稳定的冷凝效果，从而保证制冷系统的正常运行。
三、涡旋压缩机的优势1. 高效节能：相对于传统的容积式压缩机，涡旋压缩机具有更高的压缩效率和较低的能源消耗。
这是由于其涡旋结构能够提供更大的气体压缩比，并减少了不必要的能量损耗。
2. 紧凑设计：涡旋压缩机具有紧凑的设计，占用较少的空间，适用于空间有限的应用场景。
这使得涡旋压缩机更加方便安装和维护。
3. 高可靠性：涡旋压缩机的结构简单，零件少，因此具有更高的可靠性和稳定性。
这对于需要连续运行的工业过程至关重要。
4. 轻负荷运行：涡旋压缩机适用于工况变化频繁的情况下。
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
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▪ 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
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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。
第四章 涡旋式制冷压缩机
整机
过程模拟
涡旋盘
图4-13 涡旋式制冷压缩机 结构总图
1-曲轴 2、4-轴承 3-密封 5、 15-背压腔 6-防自转环 7-排 气管 8-吸气腔 9-吸气管 10排气口 11-机壳 12-排气腔 13-静盘 14-动盘 16-机架
17-电动机 18-润滑油
立式
吸气 排气
卧式
涡旋式制冷压缩机
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。
图4-12 涡旋式压缩机工作原理示意图 a）0°位置 b）90°位置 c）180°位置 d）270°位置
1-压缩室 2-进气口 3-动盘 4-静盘 4-排气口 6-吸气室 7-排气室 8-压缩室
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；
十字滑环18是上、下两面设置 互相垂直的两对凸键的圆环， 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；
润滑系统：压差供油
工作过程（图5-2）
工作过程
排气孔
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，排气过程结束。
工作过程说明
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，完成3次吸气过程、1次压缩及排气过程。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；
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；
涡旋式制冷压缩机应用和技术现状及发展趋势
涡旋式制冷压缩机应用和技术现状及发展趋势一、应用涡旋式压缩机主要应用于家用、商用和工业领域的制冷设备。
在家用领域，涡旋式压缩机广泛应用于冰箱、空调和热泵等设备中。
其体积小巧、运行稳定的特点使得家用电器制造商更倾向于选择使用涡旋式压缩机。
商用领域的应用则主要体现在商用冷藏柜、酒店冷库、商场空调等场所。
而在工业领域，涡旋式压缩机被应用于工业冷柜、食品加工生产线等。
由于其高效节能的特点，在市场上得到了很多设备制造商的青睐。
二、技术现状目前，涡旋式压缩机技术已经相对成熟，市场上有多家公司提供该种类型的产品。
涡旋式压缩机采用涡旋叶片和静叶片相互作用，通过不断转动来实现压缩的作用。
相比于传统的往复式压缩机，涡旋式压缩机具有运行平稳、振动小的优势。
同时，涡旋式压缩机还采用了新型的涡旋叶片设计，提高了压缩效率，使得制冷效果更好。
在涡旋式压缩机的控制方面，目前主要采用电控技术。
通过精确控制电压和电流，可以实现对涡旋式压缩机的启动、停止和运行状态的调节。
此外，还可以通过智能化控制系统，实现更加智能和自动化的操作，提高制冷设备的性能和效率。
三、发展趋势涡旋式制冷压缩机具有广阔的应用前景和发展空间。
随着人们对高效制冷设备需求的日益增长，涡旋式压缩机在家用和商用领域的应用将会进一步扩大。
此外，随着工业领域的发展，涡旋式压缩机在工业冷藏和食品加工生产线等设备上的应用也将逐渐增多。
在技术方面，涡旋式压缩机将会更加注重能源效率和可持续发展的要求。
目前，研究者正致力于提高涡旋式压缩机的性能和效率，通过改进设计和优化控制算法，提高压缩机的能效比。
同时，开发新材料和新工艺也是提升涡旋式压缩机性能的关键。
综上所述，涡旋式制冷压缩机在各个领域都有广泛的应用，在技术方面也取得了长足的发展。
未来，涡旋式压缩机将会继续追求高效节能和智能化控制，以满足市场对制冷设备的需求。
同时，不断提高性能和效率，使涡旋式压缩机成为制冷行业的主流产品。
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
涡旋式压缩机工作原理
涡旋式压缩机工作原理
涡旋式压缩机工作原理是通过涡旋（vortex）或称为涡流（swirl）的运动原理来实现气体的压缩。
它将空气或其他气体引入一个筒形腔体，然后以高速旋转的叶轮创造一个旋转的流动场。
涡旋式压缩机的主要组成部分包括一个圆筒形腔体和一个叶轮。
腔体通常是带有入口和出口的环形结构，叶轮则位于腔体内部。
当气体通过入口进入腔体时，叶轮开始转动并产生高速涡旋流动。
在转动的过程中，叶轮的旋转力将气体从腔体底部抬升到腔体顶部，并沿着螺旋形路径流动。
由于旋转速度和叶轮设计的影响，涡旋的速度逐渐增加。
随着气体沿螺旋路径上升，它逐渐被压缩。
当气体到达腔体顶部时，它通过出口被释放出来。
同样，涡旋的运动会带动气体通过出口以较高的速度离开腔体。
通过这种方式，气体被压缩并被释放出来，实现了压缩机的工作。
涡旋式压缩机相比于传统的往复式压缩机具有一些优势。
首先，涡旋式压缩机可以实现较高的压缩比，同时具有较小的尺寸和重量，节省空间。
其次，涡旋式压缩机没有活塞和气缸等运动部件，因此运行更平稳，噪音和振动较低，维护成本更低。
然而，涡旋式压缩机也存在一些限制。
例如，由于旋转叶轮的高速旋转，会产生较高的离心力和摩擦力，导致能量损失和磨
损。
此外，涡旋式压缩机在处理高压和大气流量时可能会出现一些挑战。
总体而言，涡旋式压缩机通过利用涡旋流动的原理来实现气体的压缩，具有一些优势和限制，可广泛应用于许多领域，如制冷、空调、工业气体处理等。
旋涡式压缩机工作原理
1、冷库设备中旋涡式压缩机的工作原理早在20世纪初由法国人所发明，但是由于当时加工精度不高和结构上存在问题，这种原理一直未得到推广使用。
到了七十年代，该项技术在美国才开始得到应用。
自本世纪80年代以来，涡旋压缩机以其机构紧凑、高效节能、微振低噪以及工作可靠性等特点，开始在小型冷库制冷及空调领域获得越来越广泛的应用，也因此成为压缩机技术发展的主要方向之一。
旋涡式压缩机也是一种容积型回转式压缩机，一般为直立型。
其结构主要分为动静式和双公转式2种，目前动静式应用最为普遍，它的工作部件主要由动涡轮与静涡轮组成。
动、静涡轮的结构十分相似，都是由端板和由端板上伸出的渐开线型涡旋齿组成，两者偏心配置且相差180o，静涡轮静止不动，而动涡轮在专门的防转机构的约束下，由曲柄轴带动作偏心回转平动，无自转，只有公转。
2、开始压缩容积(最大容积)3、回旋半径min，终了压力一般小于12MPa，个别场合可达4．5MPa。
在化工系统中，大多采用于式结构，而空气动力工程与制冷领域中常采用湿式。
(1)工作原理一对相同型线且相互错开180度的涡旋叶片圈组合一对啮合（如图4所示），动圈2以回旋半径的圆作不旋转的回运动。
如(A)所示，在吸气完了时，一对涡旋圈共形成两对月牙形容积。
最大的月牙容积l1即将开始压缩。
动圈涡旋中心绕定圈涡旋中心连续公转，原最大的月牙容积实现a—b—c的压缩，达到预定压力，由排气口9排出。
在月牙11压缩的同时，在动圈和定圈的外周义形成吸气容积4、8，连续回转运动过程中，也实现了相同的压缩，如此周而复始完成吸气、压缩、排气过程。
(2)冷库设备涡旋式压缩机优点：1，涡旋压缩机运转可靠，而且容易实现变转速运动和变排量技术。
2绝热效率高，在同样制冷量情况下，旋涡式比往复式约高10％。
3动涡盘与主轴等运动部件的受力变化小，整机振动小。
4零部件少。
约为往复式的40％。
5驱动动涡盘运动的偏心轴可6容积效率高，因为相邻的月牙形空间之间的压差小，泄漏少，无吸汽和排汽阀，阻力小，无余隙容积的再膨胀。
制冷压缩机第4章 涡旋式制冷压缩机
4.2涡旋式压缩机的啮合原理与型线
涡旋体型线：圆的渐开线
x r[cos( ) sin( )] y r[sin( ) cos( )]
内壁渐开线方程：
xi r[cos(i ) i sin(i )] yi r[sin(i ) i cos(i )]
为目前较新型的制冷压缩机，广泛用于1~15 kW(5 ~ 70kW) 功率范围的空调制冷机组，。
4.1工作原理、总体结构及其特点
4.1.1涡旋式压缩机的工作原理和工作过程
1.工作原理
动涡旋体 静涡旋体 曲轴 机座 防自转机构
1.工作原理
基元容积：
螺旋型动、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
知识扩展
内泄漏
指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。
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。
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 15％；