滚动转子式制冷压缩机研究
环保制冷剂R290的制冷技术综述
环保制冷剂R290的制冷技术综述传统制冷剂引起的臭氧层耗损和温室效应等环境危害导致了制冷剂的替代问题成为当今制冷行业的共识，天然的环保制冷工质R290以优良的热物理性能及最重要的环境友好型特征脱颖而出。
本文针对使用R290环保工质的制冷技术进行了梳理与总结，重点分析了系统各部件的设计与优化进展。
标签：R290；压缩机；换热器；系统优化1 前言制冷剂于制冷机而言是循环得以进行的不可或缺的血液。
选择制冷剂时，对于环境可接受性因素，主要考虑对臭氧层耗损臭氧衰减指数ODP和大气温室效应温室指数GWP的两大影响指标【1】。
从长远来看，寻找高效、环保制冷剂成为制冷行业共同的目标。
碳氢化合物中的R290，其环保性能和热力学性能较好，并且其热力学性质与需淘汰的HCFCS 类工质R22非常相近，具备替代R22制冷剂应用于制冷系统的条件。
虽然R290具有易燃类安全性问题，但由于各自具有的优良的热物理性能以及最重要的环境友好型特征，从长远角度看，将会是舞台上的明星。
2 R290的热物性R290其ODP、GWP为0，标准沸点、凝固点、临界点等基本物理性质与R22非常接近，具备替代R22的基本条件。
R290导热系数大、粘性系数及绝热指数小，可改善换热器传热效果、降低压缩机能耗及压缩机排气温度；R290分子量小、气化潜热大、定压比热高，可大大减少系统制冷剂灌注量【2】。
R290存在微弱的易燃易爆性问题，这是影响其快速发展的主要因素。
欧洲专门制订了相关标准限制易燃易爆型工质在系统中的充灌量，在IEC60335-2-40和EN378-1：2008中规定了最大安全充灌量为290克【3】。
因此减少R290在系统中的充灌量是发展R290的首要条件，但减少充灌量会造成整机性能尤其是制热能力的下降，因此如何保证既安全又达到正常的使用要求，还需要继续优化系统结构和研发新技术。
3 减少R290充注量措施R290制冷剂主要集中在两器中，部分存在压缩机零部件里，极少部分存在管路中，因此可以通过减小换热器管径、采用微通道换热器及优化压缩机零部件、系统结构等措施，以减少R290充注量提高系统安全性。
滚动转子式压缩机的技术状况及发展
滚动转子式压缩机的技术状况及发展随着世界能源的紧缺和保护环境的呼声越来越高，人们对家用电器中占重要地位的空调器提出了节能、降低对环境直接污染和间接污染等要求。
滚动转子式压缩机作为房间空调器一种常用的、效率较高的压缩机形式，它与往复式压缩机相比，具有容积效率高，往复运动部件少，振动小，不需要内部悬挂支撑弹簧，零部件少等优点。
据统计，相对于往复式压缩机，转子式压缩机体积减少40－50％，重量轻40－50％。
从二十世纪八十年代起，对转子式压缩机的研究非常活跃，井已实现商品化。
目前在国内外，滚动转子式压缩机已替代往复式压缩机而广泛应用于空调等家用制冷设备中。
1 改进液动转子式压缩机特佐的技求方寨提高滚动转子式压缩机的性能是各个生产厂家最为关心的，力此，各个制造厂商纷纷投资研究提高滚动转子式压缩机的性能。
目前，改进滚动转子式压缩机特性的技术方案主要集中在提高机组工作效率、选用优质材料、降低噪声、增强可靠性等四个方面。
1．l提高压缩机工作效率提高压缩机的效率主要从电动机和压缩机机构两方面着手。
对于提高电动机效率可以采用特低铁损高磁通量的新型硅钢片作为铁芯材料，改变传统的绕线技术，提高电机的糟满率，装配过程中严格控制电机转子与定子之间的气隙等方案。
而对于提高压缩机机构的效率，采用的措施有：通过零件优化选配，减少滑动部分的间隙；采用圆形气缸，用减少螺栓扭紧力矩来减少其变形；高精度加工，提高滑动部分表面精度；采用计算机模拟技术，引入有限元方法，同时考虑到制冷剂及润滑油的泄漏、吸气加热损失、余隙中的气体膨胀等因素，建立滚动转子式压缩机的数学模型来指导设计。
根据压缩机运行过程中参数的变化规律，优化零部件的结构尺寸，选取合适的配合间隙，从而提高压缩机的输气量；生产线主要设备采用计算机管理程序控制自动检测，可对零件的加工质量进行综合分析与控制，确保了零件加工质量严格控制压缩机的装配间隙主要包括滚动转子与气缸的径向间隙。
转子与上、下端盖的端面间隙、滑片与气缸憎的侧面间隙、滑片与上、下端盖的端面间隙；改善润滑油循环系统，采用L形排气管和新型的油封装置，选用最合适的油槽、油量和制冷剂流通面积。
制冷压缩机3第三章 滚动转子式制冷压缩机
3)当转子开始第二转时,原来充满吸入蒸气的吸气腔成为压缩腔,但在β这个角度内,压缩腔与吸气口相通,因而 在 转 角 θ 由 2 π 转 至 2 π + β 时 产 生 吸 气 回 流 , 吸 气 状 态 的 气 体 倒 流 回 吸 气 孔 口 , 损 失 的 容 积 为 Δ V, 如 曲 线 b - b ' 所 示,吸气压力线4-5为水平线。
6)转角θ由4π-γ转至4π-ϕ是余隙容积中的气体膨胀过程。余隙容积与其后的低压基元容积经排气口连 通,余隙容积中高压气体膨胀至吸气压力ps0(压力变化线为7-8),使其后的低压基元容积吸入的气体减 少,而高压气体的膨胀功又无法回收。
7)转角θ由4π-ϕ转至4π是排气封闭容积的再度压缩过程,图3-4所示压力变化线为8-1,工作腔内的压力 急 剧 上 升 且 超 过 排 气 压 力 pdk, 为 消 除 排 气 封 闭 容 积 的 不 利 影 响 , 往 往 将 转 角 内 气 缸 内 圆 切 削 出 0.5~1mm的凹陷,使封闭容积与排气口相通。
制冷压缩 机
第3版
机械工业出版社
制冷压缩机
03第三章 滚动转子式制冷压缩机
目录
01 工作原理、结构特点及发展状况 02 主要热力性能 03 动力学分析及主要结构参数 04 振动与噪声
目录
05 摆动转子式压缩机
第三章 滚动转子式制冷压缩机
第一节
工作原理、结构特点及发展状况
第一节 工作原理、结构特点及发展状况
第一节 工作原理、结构特点及发展状况
滚动转子式压缩机吸气压力脉动研究
子 式 压 缩 机 为研 究 对 象 ， 借助流体仿真软件 Ｓ ｔ ａ ｒ － Ｃ Ｄ， 模 拟压缩机旋转压缩 过程 ， 得 到 汽 缸 吸气 口的 压 力 脉 动规律， 并 同 ＮＩ 试 验 测 试 的 压 力 脉 动进 行 对 比 ， 发 现两 者 结 果 较 为 吻 合 ； 并 通 过 仿 真 对 比 吸 气 管 路 对 压 缩 机 吸气 压 力 和吸 气 量 的 影 响 。
∞ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏｔ ａ ｒ ｙ ｃ ｏ ｍｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｂ ｙ ｕｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
第 １ ４ 卷 第２ 期
２ ０ １ ４ 年 ２ 月
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滚 动 转 子 式 压 缩 机 吸气 压 力 脉 动 研 究
吕浩 福 谢 利 昌
（ 珠海 凌达 压缩 机有 限公 司）
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《制冷压缩机》第4章_滚动转子式制冷压缩机解析
第四章
滚动转子式 制冷压缩机
§4-1 工作过程和结构特点
滚动转子式压缩机是一种容积型回转 式压缩机，它是利用气缸工作容积的变化 来实现吸气、压缩和排气过程的。
1. 工作原理
组成：气缸、滚动转子、 偏心轴、滑片等。
弹簧
滑片
滚动转子装在偏心轴 气缸 上，转子沿气缸内壁滚动， 与气缸间形成月牙形的工 作腔，滑片靠弹簧作用力 转子 使其端部与转子紧密接触， 曲轴 将月牙形工作腔分隔为两 部分，滑片沿滑片槽做往 复运动。气缸内壁、转子 外壁、切点、滑片构成基 元容积，容积内气体压力 随转角变化。
则r R e R1 e R , 1
设计时一般R和相 对偏心矩τ作为结 构参数确定下来
滚动转子式压缩机运动机构示意图
1. 滑片的运动规律
根据几何关系，滑片与转子触点的运动关系：
运动位移:
1 x R 1 cos sin 2 2 1 1 c R sin sin 2 2 1
2. 工作过程
由上述的工作过程可以看出： （1）转子回转一周，将完成上一工作循环的压 缩和排气过程，及下一工作循环的吸气过程。 （2）由于不设吸气阀，吸气开始的时机与气缸 上吸气孔口位置有严格的对应关系，不随工况的 变化而变动。 （3）由于设置了排气阀，压缩终了的时机将随 排气管中压力的变化而变动。
§4-2 主要热力性能参数
前提假设： 1. 滑片只做上下往 复运动； 2. 不计滑片厚度， 与转子的接触点 始终在坐标轴上 移动； 3. 不计排气阀下面 排气孔所占容积。
滚动转子式压缩机运动机构示意图
一、气缸工作容积的变化规律
1. 滑片的运动规律
涡旋式压缩机与滚动转子式压缩机的比较-制冷大场
涡旋式压缩机与滚动转子式压缩机的比较随着社会发展，人类对生存环境的舒适性要求也越来越高，所以提高压缩机的压缩效率和工作可靠性、开发应用节材、节能型压缩机就成为制冷技术发展的主要方向之一，第三代制冷与空调用压缩机---涡旋式压缩机就是在这种背景下应运而生并得到广泛应用、并在众多的商用空调系统中取代传统的第一、二代压缩机而占据主导地位，而滚动转子式压缩机（第二代压缩机）由于其相对较低的制造成本和相对较高的性能在小容量（3HP以下）空调机组中仍占据主要地位。
本文就涡旋式压缩机和滚动转子式压缩机在空调技术上的具体应用及有关性能进行具体比较。
涡旋压缩机是靠气体容积减小而使压力升高的一种压缩机，是一种借助于容积的变化来实现气体压缩的流体机械，这一点与往复式压缩机相同；涡旋式压缩机是通过主轴旋转带动工作转子运动来改变压缩机容积，以达到吸气、压缩和排气的目的，它的主要部件动涡盘的运动，是在偏心轴的直接驱动下进行的，这一点又与旋转式压缩机相同；但涡旋式压缩机的压缩腔，既不同于往复式的又不同于旋转式的，故把它称做新一代容积式压缩机即第三代压缩机，该型压缩机具有非常高的效率，比第二代压缩机转子压缩机效率高5％左右。
涡旋压缩机中的主要部件是两个形状相同但角相位置相对错开180°的渐开线涡旋盘，其一是固定涡旋盘，而另一个是由偏心轴带动，其轴线绕着固定涡旋盘轴线做公转的绕行涡旋盘。
工作中两个涡旋盘在多处相切形成密封线，加上两个涡旋盘端面处的适当密封，从而形成好几个月牙形气腔。
两个涡旋盘间公共切点处的密封线随着绕行涡旋盘的公转而沿着涡旋曲线不断转移，使这些月牙形气腔的形状大小一直在变化。
压缩机的吸气口开在固定涡旋盘外壳的上部。
当偏心轴顺时针旋转时，气体从吸气口进入吸气腔，相继被摄入到外围的与吸气腔相通的月牙形气腔里。
随着这些外围月牙形气腔的闭合而不再与吸气腔相通，其密闭容积便逐渐被转移向固定涡旋盘的中心且不断缩小，气体被不断压缩而压力升高。
低温全封闭滚动转子式和半封闭活塞式制冷压缩机组的性能比较
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撮作
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消 除泄漏现 象。
全 封 闭 滚 动 转 子 式 制 冷 压 缩 机 将 气 缸 体 、主 轴 承 座 和 电
冷却 方式
强
制 风 冷
该 种 全 封 闭滚 动 转 子 式 制 冷 压 缩 机 组 的 特 点
（ 高 度 低 １）
Ｘｉ ｎ Ｃｏ ｍ ｕ ｉａ ｉ ｎ Ｕｎｖ ｒ ｉ ａ ｍ ｎ ｃ ｔ ｉｅ ｓ ｔ ｏ ｙ
Ａｌ ｎ ｃ Ｓｅ ｉ ｅ ｅ ｐｓｏ ｏ ｐ ｅ ｓｏ ｎｔ ｎ ｆ ｌｓ ａｌｄ ｏｌ ｇ ｒ ｔｔ ｒｏ ｅ ｒ ｄ ｙ ｓ ｄ ｕ ｏ ｔ ｅｒ ｍ ｔ ｍ ・ ａｌｄ ｉｔ ｎ ｃ ｍ ｒ ｓ ｉｎ ｕ ｉ ａ ｄ ｕｌ ｅ ｅ ｒ ｌｎ ｏａ ｏ ｎ ｓａ ｅ ｗｉｅｌ ｕ ｅ ｐ ｎ ｈ ｉ ・ ｓ ｓ ・ ・ ｉ
１前 言
主 要 技 术 参 数 见 表 １所 示 。
表 １ 某 种 半 封 闭 活 塞 式 主 要 技 术 参 数
滚动转子式压缩机的技术状况及发展
（ 编辑 矫 龙 ）
统一规定为报关地， ３ 出１报检地仍为商柃
机卡规定的地点 勾
施以来， 随着国家经济体制和对々贸易的 ｝ ’
改革和发展， 特别是根据近午来 家几次
２ ｏ 年第６ ０ 期 家用电器科技 ． ， １ ．
维普资讯
及润滑油的泄漏、 吸气加热损失、 余隙中
的气体膨胀等因素， 建立滚动转子式压缩
贞
俊
厂商纷纷投资研究提高滚动转子式压缩 机的数学模型来指导设计。 根据压缩机运
优化零部件的 机的性能。 目前， 改进滚动转子式压缩机 行过程中参数的变化规律，
技术规范的强制性要求进行检验”并删除 ，
近十几年来， 我国相继颁布实施了一系列
同时原商检执法实践中出现的新情 检验 ” 。
况、 新问题， 在此次修改《 商检法》 中也从
下列四个方面做出相应修改：
一
与《 商检法》 密切相关的法律，商检法》 《 的
一
是关于进出口商品报检主体。 增加
势和要求。从我国加入世贸通过的法律文 占全部条款的 １ 这其中涉及法律问题 ０ ％。
运期限内完成， 现在改为在国家商检部门
口商品认证同国内产品认证实施统一的 统一规定 的期 限内完成 。 管理制度 ， 解决了非国民待遇问题。
六是关于保密问题。按照 Ｔ Ｔ协定 Ｂ
四是关于出厂前的监督检验。 取消了 已不再执行的驻厂员制度 ， 修改为：根据 “ 出口商品进行出厂前的质量监督管理和 此次《 商检法》 的修订具有重要的意
手续的代理人应当在商检机构进行注册
交授权委托书。” 二是关于报检的地点。 进口报检地点
登记； 办理报检手续时应当向商检机构提 我国政府均做出了修改的承诺。
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基元容积-转角曲线 气体压力-转角曲线
图3-4
College of Power Engineering Chongqing University
工作容积与气体压力随转角θ的变化
(5) 转角θ由2π+Ψ转至 4π-γ时，是排气过程，排 气结束时还有部分高温高 压气体，其容积为Vc。 该容积为余隙容积，压力 为pdk。容积变化曲线为cd，压力变化为6-7。
基元容积-转角曲线 气体压力-转角曲线
图3-4
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工作容积与气体压力随转角θ的变化
(6) 转角θ由4π-γ 转至4πф时，是余隙容积中的气 体的膨胀过程。余隙容积 中的高压气体膨胀至吸气 压力Ps0，使其后吸入吸 气腔的气体减少，而高压 气体的膨胀功无法回收。 压力变化为7-8。
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二、压缩机工作过程
几个特征角 吸气孔口后边缘角α （顺旋转方向）可构成吸气 封闭容积θ=α时吸气开始 ，α 大小影响吸气开始前吸气腔 中的气体膨胀，造成过度低 压或真空。 吸气孔口前边缘角β 造成在压缩过程开始前吸入 的气体向吸气口回流，导致 输气量下降。为减少β的不利 影响，通常β＝30˚～35˚
基元容积-转角曲线 气体压力-转角曲线
图3-4
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工作容积与气体压力随转角θ的变化
(4) 转角θ由2π+ β转至 2π+ Ψ时，是压缩过程， 此时基元容积缩小，压力 上升。直至达到排气压力 pdk。对应的压力变化曲线 5-6，容积曲线b’-c。
基元容积-转角曲线 气体压力-转角曲线
图3-4
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工作容积与气体压力随转角θ的变化
(2) 转角θ从α转成2π是吸 气过程，θ＝α时，吸气开 始。 θ＝2π时吸气结束， 此时基元容积最大，为 Vmax，容积随转角的变 化线为a-b，若不考虑吸 气压力损失，则吸气压力 线为水平线3-4。
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基元容积
转子沿气缸内壁滚动，与气缸间形成一个 月牙形的工作腔，滑片靠弹簧的作用力使 其端部与转子紧密接触，将月牙形工作腔 分隔为两部分，滑片随转子的滚动沿滑片 槽道作往复运动。
端盖与气缸内壁、转子外壁、滑片及转子 与气缸切线(点)构成封闭的气缸容积，即 基元容积。 基元容积随转子转角变化，是转子转角θ 的函数。容积内气体压力随基元容积大小 而改变，从而完成压缩机的工作过程。
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排气孔口后边缘角γ 影响余隙容积的大小， 通常γ＝30˚～35˚。 排气孔口前边缘角ф 构成排气封闭容积，造 成气体再度压缩。 排气开始角Ψ 开始排气时基元容积内 气体压力略高于排气管 中压力，以克服排气阀 阻力顶开排气阀。
基元容积-转角曲线 气体压力-转角曲线
图3-4
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工作容积与气体压力随转角θ的变化
(3) 当转子开始第二转时， 原来充满吸入蒸气的吸气 腔变为压缩腔，但在β这个 角度内，压缩腔与吸气腔 相通，因而在转角θ从2π转 至2π+β时产生气体回流， 吸气状态的气体回流入吸 气口，损失的容积为ΔV， （曲线b-b’），气体压力 不变。
第三章
滚动转子式制冷压缩机
Rolling Rotor Compressor
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主要内容
一、工作过程和结构特点 二、主要热力性能参数 三、受力分析及主要结构参数 四、振动和噪声 五、摆动转子式制冷压缩机
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基元容积-转角曲线 气体压力-转角曲线
图3-4
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工作容积与气体压力随转角θ的变化
(7) 转角θ由4π- ф转至4π， 工作腔内压力急剧上升且 超过排气压力pdk
基元容积-转角曲线 气体压力-转角曲线
图3-4
再度压缩 θ=4π-φ θ=4π-γ
θ= 2π
θ=α
θ=2π+β
θ=2π+ψ
θ ：转子转角
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工作容积与气体压力随转角θ的变化
(1) 转角θ从00转至α角， 基元容积从零扩大，且不 与任何孔相连，产生封闭 容积，容积内气体膨胀， 其压力低于吸气压力Ps0。 当θ从θ＝α时，基元容积 与吸气孔相通，容积内压 力恢复为PS0，压力曲线 1-2-3。
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第一节 工作过程和结构特点
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一、概 述
1. 结构组成
气缸 滚动转子 偏心轴 滑片 排气阀 弹簧 外壳等
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工作过程
过程 准备过程 吸气过程 气体倒流 压缩过程 排气过程 余隙容积气体膨 胀过程 转角 0~α α~ 2p 压力变化 1-2,从最大降至0 3-4, Ps0 4-5,Ps0 5-6,从Ps0升至Pdk 6-7 Pdk 7-8,Pdk降至Ps0 基元容积
0 a~b, 从0升至Vmax b~b’,减少Δ V b’ ~c
2p ~ 2p + β 2p 2p 2p + ~ 4p-g 4p-g ~ 4p–
c~d
再压缩过程
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