滚动转子式制冷压缩机

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1、第 四 章 滚 动 转 子 式 制 冷 压 缩 机 掌 握 的 主 要 内 容1、 工 作 原 理 、 基 元 容 积 和 压 力 的 变 化 关 系2、 热 力 性 能3、 受 力 分 析4、 输 气 量 调 节 第 一 节 工 作 过 程 和 结 构 特 点结 构 特 点 几 个 特 征 角 及 其 影 响 ：)1 吸 气 孔 口 后 边 缘 角构 成 吸 气 封 闭 容 积 ，引 起 低 压 或 真 空)2 吸 气 孔 口 前 边 缘 角引 起 吸 气 回 流)3 排 气 孔 口 后 边 缘 角影 响 余 隙 容 积 的 大 小)4 排 气 孔 口 前 边 缘 角构 成 排 气 封 闭

2、容 积 ，造 成 再 压 缩 。 )5 排 气 开 始 角决 定 了 压 缩 比 的 大 小 工 作 过 程 切 点 的 左 侧 , 膨 胀切 点 的 右 侧 , 压 缩排 气 结 束排 气 开 始 吸 气 结 束 吸 气 开 始压 缩 开 始 O 1OT 容 积 转 角 和 压 力 转 角 图VV pP 2 40 主 要 结 构 形 式 及 特 点 立 式 结 构消 声 器 平 衡 块储 液 器吸 气 管排 气 管 离 心 泵 油 。 固 定 方 式 ： 气 缸 与机 壳 焊 接 在 一 起 。储 液 器 的 作 用 ： 气液 分 离 、 储 存 制 冷剂 和 润 滑 油 、 缓 冲吸 气

3、压 力 脉 动电 机 冷 却 ： 机 壳 内充 满 高 压 气 体 ， 吸气 直 接 进 入 压 缩 机 ，减 少 了 吸 气 过 热 ，排 气 温 度 不 高 ， 冷却 电 机 卧 式 结 构 排 气 消 声 器 ：由 辅 轴 承 和 薄钢 板 组 成 的 空腔 组 成 。供 油 机 构 ： 靠吸 油 和 排 油 流体 二 极 管 将 油从 底 部 吸 入 通过 供 油 管 攻 油 。主 轴 承 固 定 方 式 ： 主 轴承 与 机 壳 焊 成 一体 。吸 油 二 极 管排 油 二 极 管 变 频 滚 动 式 压 缩 机 3、 固 定 方 式 ： 气 缸与 机 壳 焊 接 在 一 起变 频

4、电 机 平 衡 块排 气 阀消 声 器消 声 孔 滑 阀回 油 管 特 点 ： 1、 变 频 调 速进 行 无 级 能 量 调 节频 率 调 节 范 围30120Hz， 转 速16006200rpm.2、 对 转 速 范 围 宽 的 适应 性 ： 采 取 一 些 减 振和 消 声 措 施 。 平 衡 块降 低 高 速 时 引 起 的 振动 。 曲 轴 的 表 面 处 理 。 双 缸 全 封 闭 滚 动 转 子 式 压 缩 机排 气 管 吸气管双 缸 双 转 子排 气 消 声 器 特 点 ：动 力 平 衡 性 好 双 转子 使 负 荷 扭 矩 的 变化 平 缓 ， 减 振 ， 适用 于 大 功

5、率 。固 定 方 式 ： 气缸 和 电 机 热 套在 机 壳 上 +气 缸与 机 壳 焊 接 。 滚 动 转 子 式 压 缩 机 的 特 点 与 趋 势适 用 于 小 型 冰 箱 和 空 调 。优 缺 点 ： 零 部 件 少 ， 尺 寸 紧 凑 ， 重 量 轻 。 效 率对 磨 损 和 间 隙 敏 感 ， 气 缸 的 利 用 率 不 高 ， 压 机 和电 机 与 机 壳 的 刚 性 固 定 ， 减 振 更 必 要 .变 频 压 缩 机 ： 在 日 本 ， 变 频 房 间 空 调 器 是 主 流机 型 ， 容 量 范 围 在 进 一 步 扩 大 。双 缸 双 转 子 式 ： 新 机 型 ， 减

6、小 在 低 速 范 围 内 的振 动 。提 高 经 济 性 和 可 靠 性 ： 提 高 生 产 加 工 和 装 配 技术 ， 使 装 配 间 隙 合 适 ， 最 小 化 机 械 损 失 和 气 体 压 缩损 失 ， 开 发 高 效 率 的 电 机 。 第 二 节 主 要 热 力 性 能 参 数一 、 气 缸 工 作 容 积 的 规 律滑 片 的 运 动 滚 动 转 子 式 压 缩 机 运 动 机 构 示 意 图R r Tx , Rere令设 计 时 一 般 R和 相 对 偏 心 矩 作为 结 构 参 数 确 定 下 来 1, 1Re ReRr则 滑 片 的 运 动 关 系 2sin121cos

7、1Rx运 动 位 移 : 2sin121sinRc运 动 速 度 :运 动 加 速 度 : 2cos1cos2Ra根 据 几 何 关 系 ， 滑 片 与 转 子 触 点的 运 动 关 系 ： 气 缸 容 积 变 化 规 律sdAd 压 缩 机 每 转 一 微 小角 度 ， 吸 气 面 积 增加 一 微 小 梯 形 面 积 。 ddR dRR dRxAd s 22 212121 21 2sin41sin1221 22 RRA s 不 计 滑 片 厚 度 时 ， 吸 气 缸横 截 面 积 ： d 气 缸 容 积 变 化 规 律计 滑 片 厚 度 时 ， 滑 片 伸 入 气 缸 中 所 占 据 的

8、面 积 ：bO l 2l 1 滑 片 局 部 放 大A B xrx 1 11212 sin214sin2 xxx rrxbA 矩 形 面 积 弦 顶 面 积压 缩 和 排 气 缸 横 截 面 积 ： spd AAA 气 缸 工 作 横 截 面 积 ： 22 rRA p 吸 气 缸 横 截 面 积 ： xss AAA 吸 气 和 压 缩 容 积 的 变 化 关 系 LARRV xs 212sin41sin1221 22 转 子 长 度 LARR LrRV xd 212sin41sin1221 22 22 若 不 计 滑 片 厚 度 ， 则 0 xA 吸 气 和 压 缩 容 积 的 变 化 曲 线

9、 设 计 特 点 :1、 相 对 偏 心 距 影 响 气 缸 利用 率 ， 2、 吸 排 气 孔 口 位 置 / LRVd 2 LRVs 20 360吸 气 口 位 置排 气 口 位 置 Re 二 、 输 气 量 及 其 影 响 因 素1. 理 论 容 积 输 气 量 : pVt nVq 60 LrRVp 22 气 缸 工 作 容 积 :2. 实 际 容 积 输 气 量 : VtVVa qq hlTpVV 容 积 效 率 :滚 动 转 子 式 压 缩 机 的 容 积 效 率 比 往 复 式 压 缩 机 的 大 .9.07.0V 1)容 积 系 数 11 10 ksdkV ppc滚 动 转 子

10、式 压 缩 机 的 容 积 系 数 较 往 复 式 的 大1)在 =4 - 时 ,切 点T以 上 封 存 的 容 积2)排 气 阀 座 孔 的 容 积3)排 气 孔 口 附 近 及 以 上的 气 缸 被 削 去 的 部 分(减 小 过 度 压 缩 ).余 隙 容 积 小 ,膨 胀 过 程短 ,压 比 大 ,绝 热 膨 胀 .排 气 结 束排 气 开 始 吸 气 结 束 吸 气 开 始压 缩 开 始 O 1OT 余 隙 容 积 的 组 成 : 2.压 力 系 数3.温 度 系 数吸 气 通 过 吸 气 管 直 接 进 入 气 缸 ,因 吸 气 管 处 于 高 温高 压 的 机 壳 中 ,吸 入

11、气 体 仍 被 加 热 . 82.095.0 T 滚 动 转 子 式 压 缩 机 无 吸 气 阀 ,吸 气 压 缩 损 失 小 ,压 力 系数 约 为 1. 1p4.泄 漏 系 数泄 漏 途 径 :1)转 子 与 气 缸 的 切 点 处 、 滑 片 与 转 子 的 接 触点 处 的 径 向 间 隙 。 2)转 子 两 端 面 处 的 轴 向 间 隙 。 3） 滑片 两 端 面 的 轴 向 间 隙 。 系 数 随 转 速 变 化 。滚 动 转 子 式 压 缩 机 的 泄 漏 系 数 较 往 复 压 缩 机 的 小 。 5.回 流 系 数压 缩 开 始 T o1O 13530 h 的 范 围 容

12、积 变 化 较 小在 吸 气 结 束 To1O2 2+吸 气 回 流 过 程 压 缩 结 束或 排 气 开 始 O1O OT 压 缩 开 始 To1O压 缩 过 程 Vp , Vp , 三 、 压 缩 过 程对 多 变 压 缩 过 程 ： nsn VpVp 0 Vps ,0状 态 点 nspp 2sin25.0sin15.02 2sin25.0sin15.020 压 缩 过 程 中 的 压 力 转 角 关 系., 可 求 得 排 气 开 始 角令 dkpp 忽 略 排 气 阀 阻力 和 滑 片 厚 度 。 压 缩 结 束或 排 气 开 始 O1O OT 对 多 变 压 缩 过 程 ： nsn

13、VpVp 0 压 力 转 角 曲 线 PVV p 0sp dkpmaxV V 2 40 dV 四 、 功 率 和 效 率1. 等 熵 功 率 36000sdkmats hhqP 2. 指 示 功 率 itsi PP 等 功 压 缩 指 数n 11 11 1 1nnlTi n n 第 三 节 受 力 分 析 及 主 要 结 构 参 数一 、 转 子 的 受 力 分 析To 0sp 吸 气 口排 气 口 gF AA T 1 1Oe l rR p L1 1. 作 用 于 转 子 上的 气 体 力 的 合 力 ： 01 sg ppLLF 由 几 何 关 系 ： 2sin2 11 rL 对 三 角 形

14、AOO1有 ： 1222 cos2 reer故 2cos121coscos 1 To 0sp 吸 气 口排 气 口 gFAA T 1 1Oel rR p L1 利 用 关 系 ： 2cos12sin ,1,1 11 Rr可 求 得 力 的 作 用 面 宽 度 ： 2cos11cos1211 RL 2cos11cos121 0 sg ppRLF 1.气 体 力 （ N）气 体 力 构 成 轴 承 的 负 荷 并 使 转 子 弯 曲 2. 阻 力 矩 (N.m)和 飞 轮 矩To 0sp 吸 气 口排 气 口 gF AA T 1 1Oel rR p L1 2)气 体 力 产 生 的 阻 力 矩 :

15、lFM gg 2cos11cos1221 2sin 1 Rel 2cos11cos12121 02 sg ppLRM 1)摩 擦 力 产 生 的 阻 力 矩 : nPM mif 1119550 摩 擦 功 率总 阻 力 矩 ： fg MMM 注 意 转 子 的 旋 转 方 向 ！ 转 子 所 受 气 体 力 和 阻 力矩 的 变 化 曲 线 图 31060 nmAmP fe M曲 线 下 的 面 积 为 压 缩 机 的 轴 功 率 ：dM排 气 开 始 时峰 值 确 定 轴承 的 最 大 负荷阻 力 矩 驱动力矩 JaMMd 飞 轮 矩 3. 旋 转 惯 性 力 及 力 矩 的 平 衡滚 动

16、转 子电 动 机 转 子 rxFrxF rxF xm 0 xm0 xm 0 xr0 xr xr a b 1） 单 缸 机 的 平 衡惯 性 力 的 平 衡 rxrxrx FFF 惯 性 力 矩 的 平 衡bFaF rxrx 平 衡 块 质 量 ： barrmm xxxx 00 barrmm xxxx 100 注 意 ： 在 平 衡 惯 性 力 的 同时 , 应 平 衡 力 矩 。 质 量 应加 装 在 电 机 转 子 的 两 端 。 2） 双 缸 机 的 平 衡惯 性 力 的 （ 静 ） 平 衡 3241 FFFF 惯 性 力 矩 的 （ 动 ） 平 衡 44223311 LFLFLFLF 若

17、 两 转 子 的 惯 性 力 相 等 ， 则 只 需 对 力 矩 进 行 平 衡4321 , FFFF 若 343 211143: LLr LLrmmm 则 平 衡 重 为3r滚 动 转 子电 动 机 转 子 3F 4F1F 1m 3m4m 4r 1r L 12m 2F2r L 4L 2L 3 二 、 滑 片 的 受 力 分 析滑 片 所 受 横 向 气 体 力 01 sg ppxLF 滑 片 所 受 纵 向 气 体 力 bsg LbpppLbF 02 21 sF bpjFp 0spb1gF弹 簧 力 jj maF 往 复 惯 性 力 jbss FLbpppLbF 021 弹 簧 力 保 证

18、滑 片 始 终 与 转 子 接 触 忽 略 摩 擦 力 三 、 主 要 结 构 参 数主 要 结 构 参 数 ： 气 缸 直 径 D、 气 缸 （ 或 转 子 ） 的 长 度L、 转 子 相 对 偏 心 距 (=e /R)、 相 对 气 缸 长 度 (=L/D)。 结 构 参 数 根 据 热 力 计 算 确 定 。1. 气 缸 直 径 D LrRV p 22 气 缸 工 作 容 积 制 冷 量 和 工 况 已 知 ，进 行 热 力 计 算 确 定 DLReRrRe ,1,参 数 间 的 关 系 ： 3124 pVD 设 计 参 数 2.相 对 偏 心 距 和 相 对 气 缸 长 度1） 相 对

19、 偏 心 距 的 影 响 ： 2sin121cos1Rx滑 片 位 移 ： 01 sg ppxLF 滑 片 侧 面 的 气 体 力 ： 2cos11cos121 0 sg ppRLF转 子 的 气 体 力 ： Rea) 愈 大 ， 气 缸 的 有 效 利 用 率 愈 大 2122 2 LrR LRVVB p则气缸利用率,B b) 愈 大 ， 滑 片 的 气 体 力 增 加 ， 而 转 子 所 受 气 体 力 愈 小 1, gFx 则 gF则, 2） 相 对 气 缸 长 度 的 影 响 ： DL 1,) gg FFLa 和则 则 周 向 泄 漏 量,) Lb 0.125.0,16.011.0 一

20、 般结 论 ： 选 较 大 的 值 有 利 ,但 不 宜 过 大 .结 论 ： 选 较 小 的 值 有 利 ,但 不 宜 过 小 .c) 愈 大 ， 泄 漏 圆 周 长 愈 短 ， 周 向 泄 漏 愈 小 。 1, ReRrRe 3 泄 漏 间 隙主 要 间 隙 ： 1） 转 子 端 面 间 隙 2） 转 子 径 向 间 隙3） 滑 片 端 面 间 隙 4） 滑 片 槽 侧 面 间 隙 。对 滚 动 转 子 式 压 缩 机 ， 泄 漏 对 性 能 和 寿命 的 影 响 是 重 要 的 ！间 隙 大 ， 泄 漏 大 ， 能 效 比 小 ， 间 隙 小 ，摩 擦 功 率 大 ， 能 效 比 小 。

21、 存 在 最 佳 间 隙 。因 此 , 开 发 减 小 泄 漏 的 新 结 构 , 如摆 转 式 滚 动 压 缩 机 。 Swing Compressor 摆 转 式 压 缩 机特 点 : 转 子 与 叶 片 铸 造成 一 体 ,与 轴 瓦 一 起 使 压 缩平 稳 ,减 少 滑 阀 与 转 子 的 泄漏 和 混 合 油 引 起 的 摩 擦 , 效 率 和 可 靠 性 更 高 ,采 用 变频 ,在 中 低 速 (泄 漏 小 )， 效率 和 节 能 显 著 ,且 面 向 替 代工 质 HCFC, 407C 和 410A .日 本 大 金 (DAIKIN)公 司 正在 用 它 代 替 传 统 的

22、滚 动 转子 式 . 一 、 变 频 调 节特 点 ： 节 能 、 舒 适 、 启 动 快 、 温 控 精 度 高 , 连续 调 节 , 且 易 实 现 自 动 化 .1. 交 流 变 频 器 调 速 Alternating current inverter控 制 电 路 的 调 制 方 式 :脉 宽 调 制 和 脉 幅 调 制变 频 器 的 型 式 : 电 流 源 型 和 电 压 源 型PWMpulse-width modulationPAMpulse-amplitude modulation (pulse duration)(pulse height)极 数 P sfn 160 转 差 率

23、感 应 (异 步 )电 动 机 转 速 :Induction motor 调 节 原 理 ：通 过 调 节交 流 电 频率 来 改 变电 机 转 速第 四 节 输 气 量 调 节 交 流 变 频 器 结 构频 率 调 节 范 围 ： 30120Hz,转 速 ： 16006200rpm空 调 用 变 频 器 多 采 用 ： 电 压 源 型 脉 宽 调 制 方 式特 点 ： 1） 保 持 U / f 约 为 恒 定 ， 使 电 动 机 的 最 大 转 矩 在 很 宽 的频 率 范 围 内 保 持 恒 定 (频 响 特 性 )， 即 转 矩 不 随 转 速 变 化 ， 只 随负 荷 而 变 。 2）

24、 主 电 路 简 单 ， 负 荷 响 应 好 。 微 机 部 分 (系 统 控 制 ) 数 字 信 号 控制 部 分(波 型 ) 整 流 器 部 分 (交 流 变 直 流 ) 逆 变 器 部 分 (直 流 变 交 流 ) M电 动 机遥 控 器温 度 传 感 器被 控 温 度 电 源（ 50/60Hz) 交 流 变 频 器 结 构 调 节 原 理 ： 调 整 直 流 电 机 电枢 的 电 压 来 改 变 电 机 转 速 。U aU续 流 二 极 管 aI常 数 K周 期 性 开 闭 开 关 电 机 .,)0( ,)0(,电机转速可调的从而直流电源是可调整连续变化电枢电压的直流分量连续变化时不变

25、当UU TT a T aUU1aU 2aU TPWM调 速 原 理2. 直 流 变 频 器 调 速Direct current inverter直 流 变 频 器 驱 动 直 流 电 机 调 速 范 围 ： 15008250rpmUUTUdtTU TTa 01直 流 电 压 3.变 频 调 节 带 来 的 问 题（ 高 速 时 ） 4.杂 质 增 加5.噪 声 增 加1.运 动 部 件 的 磨 损 增 加 曲 轴 采 用 浸 硫 渗 氮 处 理 增 加耐 磨 性2.排 气 阀 的 流 阻 损 失 增 加高 速 时 ,排 气 量 增 加 ,流 速 增 加 ,因 而 流 阻 增 加 ,此 外 ,气

26、 体 推 力 增 加 ,使 气 阀 弹 簧 力 相 对 过 软 而 延 迟 关 闭 ,延 迟 关 闭 时 所 受 气 体 力 与 弹 簧 力 同 方 向 ,且 气 体 力 较大 ,使 阀 片 受 较 大 的 冲 击 力 而 破 损 .采 用 特 殊 阀 片 材料 和 高 性 能 的 气 阀 . O1OT3.润 滑 油 循 环 率 增 加 会 降 低 换 热 性 能 增 加 压 力 损 失 。 采 取 回 油 措 施 减 少 耗 油 量 。 二 、 旁 通 调 节吸 气 排 气压 缩 腔旁 通 孔旁通回路 排 气 阀1.单 缸 机 旁 通 调 节 旁 通 孔 的 位置 决 定 了 调节 量 的

27、大 小 . 2.双 缸 机 旁 通 调 节 电 磁 阀卸 载 阀 电 磁 阀 控 制 卸 载 阀对 右 气 缸 吸 气 孔 口的 关 闭 ,卸 载 一 个气 缸 ,输 气 量 减 半 .3.多 机 并 联 调 节 通 过 调 节 停 机 台 数 来 调 节 输 气 量 . 一 、 振 动 源 与 噪 声 源二 、 消 减 振 动 和 降 低 噪 声 的 措 施1.提 高 曲 轴 的 动 力 平 衡 性平 衡 质 量 应 满 足 力 平 衡 、 力 矩 平 衡 和 一 阶 振 型 平 衡 .系 统 振 动 具 有 本 征 模 态 ， 例 两 端 固 定 的 绳 的 速 度 的 一阶 和 二 阶

28、振 型 为 ： 1n 2n 第 五 节 滚 动 转 子 式 制 冷 量 压 缩 机 的 振 动 与 噪 声1. 振 动 源 :1)曲 轴 扭 矩 振 动 2)旋 转 不 平 衡 惯 性 力 3)压 力 脉 动2. 噪 声 源 :1)电 磁 噪 声 电 磁 力 引 起 的 振 动 2)制 冷 剂 的 气 流 噪声 3)机 械 噪 声 2.控 制 曲 轴 的 旋 转 不 均 匀 度增 加 旋 转 质 量 的 惯 性 矩3.机 壳 的 优 化 设 计改 善 机 壳 的 刚 性 、 形 状 和 材 料4.消 减 气 流 脉 动 设 置 脉 动 衰 减 器 、 消 声 器5.降 低 电 磁 噪 声控 制

29、 曲 轴 与 定 子 间 的 偏 心 ,以 降 低 气 隙 间 电 磁 失 衡的 不 均 匀 性 .6.降 低 机 械 噪 声 .改 善 气 阀 设 计 、 控 制 摩 擦 副 间 的 间 隙 ， 保 持 良 好 润 滑 8.有 源 噪 声 控 制 降 噪 方 法Active noise controlPassive noise control通 过 噪 声 频 谱 分 析 ， 利 用 声 学 原 理 ， 产 生 反 噪 声 的干 涉 波 ， 与 噪 声 波 相 抵 消 。 这 是 一 种 积 极 的 噪 声 控制 方 法 。 该 技 术 的 优 点 是 ： 在 低 频 范 围 的 消 声 量 大 、体 积 小 且 不 产 生 气 体 的 阻 力 损 失 。7.降 低 停 机 过 程 中 的 振 动 和 噪 声通 过 切 断 控 制 系 统 控 制 在 曲 轴 弱 反 转 或 突 然 停止 的 转 角 范 围 内 切 断 电 动 机 电 源 (减 小 运 转 的 惯性 加 速 度 )