
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。
主要用于居民住宅区,工业区,办公楼等噪音不得过大的环境。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。
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。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。
涡旋压缩机在主轴旋转一周时间内,其吸气、压缩、排气三个工作过程是同时进行,外侧空间与吸气口想通,始终处于吸气过程,内侧空间与排气口想通,始终处于排气过程。
涡旋压缩机的特点
优点:
相邻两压缩室压差小,可使气体泄漏量减少。
由于吸气、压缩、排气过程是同时连续进行,故压力上升速度较慢,因此转矩变化幅度小、振动小;同时没有余隙容积,故不存在引起容积效率下降的膨胀过程。
无吸、排气阀,效率高,可靠性高,噪声低。
由于采用柔性结构,抗杂质和液击能力强,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。
机壳内腔为排气室,减少了吸气预热,提高了压缩机容积效率。
由于压缩气体由外向内运动,可进行喷液冷却和中间补气,实现经济器运行。
缺点:
涡旋体型线加工精度非常高,其端板平面的平面度、端板平面与涡旋体侧壁面的垂直度须控制在微米级,必须采用专用的精密加工设备以及精确的调心装配技术。
限制其应用范围:目前仅用于功率在1~15kW的空调器中密封要求高,密封机构复杂。由于无气阀,压缩腔内部会形成过压缩和欠压缩。
发展趋势:
1.涡旋体型线的研究开发:单一型线、修正型线、组合型线、通用型线。
2.扩大制冷容量:变频涡旋机、数码涡旋机、双作用涡旋机、双机共用同一机壳涡旋机等。
3.扩大应用范围:开发低温用涡旋机、涡旋式真空泵、涡旋式空压机、涡旋式发动机等。
4.理论研究进一步深入:计算机模拟及优化设计,建立各种模型(如各种泄露模型、传热模型、摩擦损失模型等)排气孔口的形状和位置,背压孔的大小、位置及背压压力的高低等,并进行动力学分析。
防自转机构与各配合键槽之间的摩擦损失
防自转机构主要用于防止动盘自转运动,在压缩机工作过程中,防自转机构在机架和动盘上分别沿垂直方向上与键槽滑动配合,在滑动过程中产生滑动摩擦损失。
(1)十字键或键槽的垂直度、平行度、光洁度、平面度超差较大时,会增大摩擦,加大功耗;
(2)立式涡旋压缩机防自转机构是直接与机架上的支撑面接触的,故在运动过程中也会产生摩擦损失。
曲轴与主、副轴承之间的摩擦损失
电动机驱动力是通过曲轴转动,从而通过轴承带动动盘旋转来完成吸气、压缩、排气的过程。
由于曲轴中心线与滑动轴承的中心线重合非常困难,而且由于加工误差和装配误差的影响,曲轴和轴承常常是偏心的,因而产生的摩擦损失也是必然的。
润滑油的影响
运动部件各摩擦面、啮合面都必须有足够的润滑,才能保证压缩机安全、可靠、高效的工作,润滑不良,会加剧运动部件的磨损。
在制冷压缩机中,不论是强制还是自然冷却,润滑油总是在冷却后由上油孔或上油管进入各摩擦面,吸收十字环、工作腔、轴承等处的热量,随高压气体经排气口排出,从而保证压缩机正常工作。
流体阻力
动盘运动引起的流动阻力损失
当动盘旋转时,因其背面受中间压力腔中流体(包括气体、气体和润滑油的混合物)阻碍,会产生流动阻力损失,阻力大小与动盘背部结构、几何尺寸、旋转角度及流体密度有关。
平衡块的流动阻力损失
平衡块所在空间是具有一定压力的气体、润滑油或润滑油和气体的混合物,当平衡块随曲轴一起旋转运动时,会产生阻力损失,阻力大小与平衡块几何尺寸、流体扰动系数、粘度、密度等有关。
吸、排气阻力损失
气体流动时,由于气体内部的摩擦以及气体与管壁之间的摩擦,而导致流动阻力损失。
当气体通过吸气管道和吸气逆止阀时,产生阻力损失,使吸气压力降低和吸气比容升高,从而降低压缩机的实际排气量,降低了容积效率;同样,排气孔口处的流动阻力,使得压缩机实际排气压力升高,而使功耗增加。
气体的泄漏
气体泄漏种类
气体泄漏分为内泄漏和外泄漏两种。
内泄漏:指压缩机各相邻压缩腔之间,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,所以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,导致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,即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。