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不平旋转衡质量 不平衡旋转质量由动涡盘与曲柄
发表于:2020-12-10 13:39 分享至:

  涡旋压缩机工作原理_机械/仪表_工程科技_专业资料。《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 主要内容 ? 发展历史 ? 基本原理 ? 涡旋压缩机的特点及应用 ? 涡旋压缩机几何理论、型线及其修正 ? 柔性补偿机

  《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 主要内容 ? 发展历史 ? 基本原理 ? 涡旋压缩机的特点及应用 ? 涡旋压缩机几何理论、型线及其修正 ? 柔性补偿机构 ? 防自转机构 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的发展历史 ? 1905 年由法国人Leon Creux提出涡旋机械的概念,并在美国 注册专利 ? 上世纪70年代,高精度数控铣床的出现,给涡旋机械技术的发 展带来了机遇 ? 1975年美国ADL公司首次开发了涡旋式氦气压缩机,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,迈出了工 程开发关键性的一步 ? 80年代初,涡旋机械首先在空调技术领域取得了商业应用,生 产了涡旋式汽车空调压缩机(Sanden,1982)和柜式空调全封 闭涡旋压缩机(Hitachi,1983) 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 ? 谷轮(Copeland )公司于1987年开始生产涡旋压缩机 ? 开利公司,特灵公司于1992年开始生产涡旋压缩机 ? 80年代后期,涡旋机械在我国逐渐成为研究热点,先后 有西安交通大学、甘肃工业大学、机械部通用机械研究所 等。1987年试制出第一台涡旋空气压缩机 ? 1990s,涡旋压缩机系列化产品相继问世。日本松下电器 生产出家用空调用小型全封闭压缩机;东芝推出列车空调 压缩机;开利推出冷水机组上并联用的涡旋压缩机;涡旋 空气压缩机也得到一定的发展。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机应用 ? 空调压缩机 全封闭结构,单机功率在1-25HP范围,制冷工质可以是R22、R407C、 R410A等 ? 制冷压缩机 压力比大,排气温度较高,一般采用加大润滑油或喷射制冷工质的方法降低 进行内冷却 ,目前有适用工质R12、R404A/R507和R134a,功率在215HP. ? 空气压缩机 压力比较高,且空气会产生较多的压缩热,因而技术上难度较空调压缩机 大。目前空气压缩机的应用包括无油涡旋空气压缩机和喷油涡旋空气压缩 机,单机排气量一般在1m3/min以内,排气压力在1Mpa以下。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的生产厂家 ? 空调用涡旋压缩机 (0.75~15 KW,一般3~5 KW) 欧美: Copeland 目前全球最大的涡旋生产制造商。在全球年总产量 为600万台。冷媒有R22、R407C、R410A和R404A。 Carrier 92年开始推出产品,年产量100万台,生产2-9HP的涡 旋压缩机。 Trane 92年开始生产7.5-15HP的涡旋压缩机 Danfoss 92年开始生产7.5-30HP的涡旋压缩机。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 日本: Dakin Hitachi Sande Sanyo Toshiba_ Carrier Mutisubishi Electric ,数量上没有一家可以和 Copeland 竞争。 韩国: LG 电子,Century 生产 1.5-5.0 HP 涡旋压缩机 中国: 苏州 Copeland 西安Dakin 广州万宝 大连三洋 ? 涡旋空气压缩机 瑞典 Atlas 日本 岩田涂装 三井精机 1-15KW 功率范围内最受青睐的机型 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的主要构件有: 静涡盘 动涡盘 十字滑环 主轴 机架 静涡盘与动涡盘的涡旋体或涡圈一般均为相 同的渐开线构成,偏心配置,相向安装,且 相位相差180度。 涡旋式压缩机 涡旋压缩机基本原理 《容积式压缩机》讲义 图1 涡旋压缩机基本零件 1 静涡盘 2 动涡盘 3 十字滑环 4 主轴 5 机架 图2 涡旋压缩机基本机构 1 静涡盘 2 动涡盘 7 排气口 3 十字滑环 4 主轴 5 机架 6 吸气口 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的特点 作为一种回转机械,与往复机械比较,具有如下优点: ? 结构简单,体积小,重量轻,易损件少,可靠性高。 ? 无余隙气体膨胀,吸气过热很小,泄漏小(相邻容积 之间压差小),容积效率高。 ? 无气阀,流动损失小;动盘运转速度低,整个机器摩 擦损失相对较小,机械效率高。 ? 多个工作腔同时工作,转矩均匀,运转平稳。 ? 吸排气过程连续,进排气的压力脉动小,故振动小, 噪声低。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 作为一种回转机械,与其它回转机械比较,具有如下优点: ? 吸气过程主轴转角可到达360度,理论上涡旋压缩 机的容积(进气)系数可大到100% 。 ? 排气过程主轴转角为360度,这也是其它回转压缩 机无法比拟的。因此,排气比较均匀,阻力损失相 对较小。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机存在的缺点: ? 对零部件的精度要求很高 ? 工作腔无法实施外冷却 ? 受涡旋体高度的限制,流量大时涡盘直径必 须增大,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 力不宜过高,到目前没有超过3.0MPa的工业 产品。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 ? 涡旋压缩机的研究动向 ?提高涡旋盘的生产效率; ?减小机械摩擦损失、气体泄漏损失,提高工作 效率和可靠性; ?拓宽使用领域 ?适应新的制冷工质的要求 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的几何理论 构成涡旋压缩机的 涡旋曲线可以采用 螺线、正多边形的 渐开线以及圆的渐 开线 。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 φ 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 若以渐开角(也叫展开角) ? 作为参变数,则圆的 渐开线可表示为: x ? r (cos ? ? ? sin ? ) y ? r (sin ? ? ? cos ? ) 考虑到涡圈有一定的壁厚,涡旋体的外侧及内侧渐 开线 ? r[(cos(?0 ? ? ) ? ?0 sin(?0 ? ? )] y0 ? r[(sin(?0 ? ? ) ? ?0 cos(?0 ? ? )] 以 ?0 为参变数 以 ?i 为参变数 xi ? r[(cos(?i ? ? ) ? ?i sin(?i ? ? )] yi ? r[(sin(?i ? ? ) ? ?i cos(?i ? ? )] 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 具有一定壁厚的涡旋体外侧及内侧的渐开线的方程还 可以表示为: x0 ? r[cos ? ? (? ? ? ) sin ? ] y0 ? r[sin ? ? (? ? ? ) cos ? ] xi ? r[cos ? ? (? ? ? ) sin ? ] yi ? r[sin ? ? (? ? ? ) cos ? ] 都以为 ? 参变数 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 β φ φ φ 0 δ α α 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的涡线参数: 基圆半径 r 涡旋体壁厚 涡旋体节距 涡旋体高度 h 渐开线 压缩腔室对数 N 涡旋圈数 m?N? 动、静涡盘基圆中心距离 (回转半径) 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 创成法生成圆的渐开线 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 创成法生成圆的渐开线 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 基元容积随转角变化的关系 记圆的渐开线展角增量 d ? 对应的微元面积为 dS 则有: 1 dS ? ( r? ) 2 d ? 2 , 由此求得图中阴影部分的面积 S?? ? S 为: 0 1 2 3 dS ? r ? 6 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 B r?d? M(x,y) d? S ? A d? 渐开线 r 基圆 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 定义涡圈最外侧闭合时,动涡盘转角 ? =0 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 φ θ A0[φ]= Ai[φ]= 3? ?? ?? 2 5? ?? ?? 2 S 1 S l ? [ r 2? ] 6 9? ?? ?? 3 2 5? ?? ?? 2 ?? ?? 1 S s ? [ r 2? 3 ] 32 ? ?? ?? 6 2 7? 涡旋式压缩机 压缩腔面积2 计算用图 《容积式压缩机》讲义 由于形成两个2个形状相同的压缩腔,所以其容积为: ? V2 ? 2 ? S ? h ? ? p ( p ? 2t )h (3 ? ) ? 从中心压缩腔数起的第 i 个压缩腔容积的通式为: ? Vi (? ) ? ? p ( p ? 2t ) h[(2i ? 1) ? ] (i ? 2) ? 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 中心腔 1 的容积计算,分为两种情况: 首先来看排气角 ? * 的定义:工作腔和排气孔开始连通时 的动盘转角。 先看 时中心腔容积的计算: 0 ?? ??* 涡旋式压缩机 静盘 《容积式压缩机》讲义 ?* 动盘 开始排气时刻的回转角, 称作排气角。 θ θ 涡旋式压缩机 0 ?? ?? * θ θ ? * ? ? ? 2? 《容积式压缩机》讲义 θ θ 0 ?? ??* 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 θ θ θ θ ? * ? ? ? 2? 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 中心腔1的面积 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 θ S ?? ?? 1 S1 ? [ r 2? 3 ] 32 ? ?? ?? 6 2 5? ?? ?? 1 S1 ? [ r 2? 3 ] 32 ? ?? ?? 6 2 5? — S2 ?? ?? ?? ?? 1 1 S 3 ? [ r 2? 3 ]02 ? [ r 2? 3 ]02 6 6 3? 3? ?? ?? ?? ?? 1 1 S 3 ? [ r 2? 3 ]02 ? [ r 2? 3 ]02 6 6 3? 3? S4 S4 涡旋式压缩机 中心压缩腔1 面积计算用图 《容积式压缩机》讲义 r0 ? 2 r r0 ? 2 r 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 中心腔的容积计算式为: V1 ? S ? h ? (2 S1 ? 2 S 3 ? S 2 ? 2 S 4 ) ? h ? 1 2 5? 3? 3? 2 r {( ? ? ? ? )3 ? ( ? ? ? ? ) 3 } ? 2 r 2? ( ? ? ) 2 ? r 2? 3 ? ( ? S 2 ? 2 S 4 ) 3 2 2 2 3 0 ?? ??* 当 时,由于所研究的中心腔1 已与其外 2? 便得到此 侧的压缩腔2 连通,所以只要将上式转动 时的容积: V1 ? S ? h ? (2 S1 ? 2 S 3 ? S 2 ? 2 S 4 ) ? h 1 2 9? 7? 7? 2 2 3 3 3 2 2 ? r {( ?? ?? ) ? ( ? ? ? ? ) } ? 2r ? ( ? ? ) ? r ? ? (? S 2 ? 2 S 4 ) 3 2 2 2 3 ? * ? ? ? 2? ? * ? ? ? 2? 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 行程容积及排气量 对具有N个压缩腔室的压缩机, 从工作腔容积计算的通式可以 Vi (? )? ? 0,i ? N 成为行程容积 Vh 得出,令i=N, ?=0 ,则 (m3),即: ? Vh ? Vi (? )? ? 0,i ? N ? ? p ( p ? 2t )h[(2i ? 1) ? ]? ? 0,i ? N ? ? p ( p ? 2t )h (2 N ? 1) ? 压缩机每分钟的理论排气量 Vt (m3 / min) 为: 压缩机每分钟的实际排气量 V (m 3 / min) 为: Vt ? nVh V ? Vt? v 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 定义涡圈最外侧闭合时,动涡盘转角 ? =0 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 3.5x10 3.0x10 -4 -4 工作容积 /(m3) 2.5x10 2.0x10 1.5x10 1.0x10 5.0x10 -4 -4 -4 -4 -5 0.0 -5.0x10 -5 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 曲柄转角 /度 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 内压缩及开始排气角 涡旋压缩机的内容积比是指形程容积与任意回转角下个各压 缩腔的容积之比, 即: Vh vi (? ) ? Vi (? ) 而结构内容积比是指形程容积与内压缩终了时压缩腔的容积之 比, 即: Vh vi (? ) ? Vi (? * ) * vi (? * ) ? 2N ?1 ?* 3? ? 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 排气角的确定 ? 开始排气角 ? 取决于刀具对渐开线的干涉情况。 ? 改变涡旋体最里边(即涡圈始端)的几何形状, * 开始排气角随之发生变化。 ? 涡旋压缩机的结构内容积比,也就是涡旋压缩机的 内压比就取决于始端的干涉条件,不能随意改变, 这样肯定限制了设计的自由度。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 动 盘 ? ? 静 盘 1 2 ?o* ? ? * ? 涡旋式压缩机 刀具的干涉及开始排气角 《容积式压缩机》讲义 刀具外圆方程为: ( x ? r ) 2 ? y 2 ? [r (? ? ? )]2 ? y0 ? r[(sin(?0 ? ? ) ? ?0 cos(?0 ? ? )]? 2 x0 ? r[(cos(?0 ? ? ) ? ?0 sin(?0 ? ? )] ? 外侧渐开线 ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 2 2 3 ? ? ? ? ?0* ? ? 2 * 显然,改变涡旋体最里边(即涡圈始端)的几何形状,其 便不能用上式确定。 涡旋式压缩机 ? * 《容积式压缩机》讲义 涡圈型线齿端修正 涡圈齿端修正的必要性 ? ? ? ? 排气角由干涉条件确定,设计内压比不能随意改变; 始端形成尖角,会产生很大的应力,在高压下易损坏; 涡圈始端刚性降低,会产生过大的变形,导致磨损; 始端比较薄,加工时让刀现象严重,难保证加工精度; ? 动、静盘脱啮时,中型腔有一部分无效容积存在,将使 排气过程平稳性降低,增加功率损失和产生较大的气流 脉动与噪音。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡圈齿端修正的原则 ? ? 满足结构内容积比的设计要求; 消除中心腔无效容积的存在; ? ? ? ? 增强齿端厚度,消除刀具干涉,提高强度和刚度; 使可开设的排气孔面积尽可能大,形状易于加工; 齿端修正圆弧的最小曲率半径不小于刀具半径,以免刀具对齿 端形成干涉; 中心腔排气开始时刻的内压力尽量与排气背压相等,以避免由 于过压缩或不足压缩所引起的附加功耗。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 最常用的两种齿端修正形式 ——对称圆弧修正 半径 Rc 的圆弧称为修正圆弧 半径 rc 的圆弧称为连接圆弧 两段圆弧满足以下条件: ?修正圆弧和涡圈内侧渐 开线保持一阶连续; ?连接圆弧和涡圈外侧渐 开线保持一阶连续; ?连接圆弧和修正圆弧保 持一阶连续。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 修正参数分析 ? a 2 ? ? a ?? ? ? ? ? ? 2? ? dc ? ? ?? ? 2 ? a ?? ? ? ? ? ? 2? ? ?? 2 rc ? a ? ? ? ? ? ? d c Rc ? ? ? rc dc ? ? ? ? arctan a 对称圆弧修正的 齿端自由变化参 数只有一个,即 修正角 ? ? ? 2? ? ? * 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 齿端对称圆弧修正时,齿端自由变化参数只有一个,即修正 角 ? ;根据所要求的结构内容积比可以唯一确定修正参数。 7.0 6.5 6.0 7 340 6 连接圆弧半 径 320 结构内容积比 vi 连接圆弧半径 rc /(mm) 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 50 100 150 200 250 300 350 400 排气角 θ (deg) 5 300 4 3 260 2 240 1 60 排气角 280 * 修 正 角 β ( deg) 80 100 120 140 160 180 200 修正角 β/(deg) 修正角越大,排气角越小,结构内容积比也越小 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 ——对称圆弧加直线修正 R ? Rc ? ?r r ? rc ? ?r d ? d c ? ?r 通常取修正圆弧半径 R 和修正直线长度 L 作为齿端修正的基本参数 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 齿端对称圆弧加直线修正时,齿端自由变化参数有两个, 修正圆弧半径 和修正直线长度 ;满足一定要求的结 R L 构内容积比的修正结果并不是唯一的。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 修正参数对型线 Δr减小 X X 基圆 基圆 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 吸、排气孔口设计 ? 吸气孔口与排气孔口在任何主轴转角时,都不得与内压 缩过程的任一压缩腔连通。 ? ? ? 吸气孔口与排气孔口的有效流通面积应尽可能大,并具 有良好的启闭特性,以减小流动损失。 曲轴转角达到设计排气角时,排气孔开始开启,即尽量 避免过压缩或不足压缩引起的附加功耗损失。 在整个转角的排气过程中,排气孔应始终与排气腔连通, 否则会导致排气腔内压力急剧升高,功耗大幅增加,甚 至发生危险。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 吸气孔口 高压壳体腔涡旋压缩机的吸排气孔口 低压壳体腔涡旋压缩机的吸排气孔口 开设在静涡盘上,可以轴向 开设,也可以沿侧向开设 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 排气孔口 ? ? ? 曲轴转角达到设计排气角时,排气孔开始开启,即尽量避 免过压缩或不足压缩引起的附加功耗损失。 任何时刻排气孔都不能与中心排气腔以外的其它工作腔连 通,以免产生内泄漏或外泄漏,影响机器效率。 在整个转角的排气过程中,排气孔应始终与排气腔连通, 否则会导致排气腔内压力急剧升高,功耗大幅增加,甚至 发生危险。 ? 与中心腔连通的瞬间实际排气面积要尽可能的大,以减小 整体排气损失。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 ABCDEA区域 理论上排气孔 可开设的最大 区域 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 常见的排气孔形状 圆形孔 圆弧形孔 腰形孔 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 (a) BC ? 2 a 圆形孔 (b) BC ? 2 a 圆形孔 腰形排气孔 凸轮形排气孔 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 旋转惯性力、旋转惯性力矩及其平衡 为了减少机器的振动,必须考虑惯性力及其力矩的平衡。 不平旋转衡质量 不平衡旋转质量由动涡盘与曲柄销质量之和构成。由渐开线或其它型线构 成的涡旋体,其质心与动涡盘中心不重合。一般设计时,在动涡盘底板中心一 侧减去一部分质量或在另一侧加上一部分质量,以使整个动涡盘质心和动盘基 圆中心重合。为此,必须先求出涡旋体的质心。 质心坐标: X Gs ? ?? xdS ? ?? dS ? YGs ? 式中, S 为涡旋体的横截面积。 ?? ydS ? ?? dS ? 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 设涡旋壁为均质刚体,则涡旋壁的质心就是其形心。 x, X G , YG y平面上单位高度涡旋壁的形心G。内涡线 ? ?? X G (? ) ? ? xdl L 0 1 ? ?? YG (? ) ? ? ydl 0 L dl ? r? d ? L ? ? r? d ? 0 1 ? r (? ? ? ) 2 2 ? ?? L为内涡线全长; ? 为起始点位零的涡线终点展 开角。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 X G (? ) ? ? ? ?? 0 r[cos(? ? ? ) ? ? sin(? ? ? )]r? d ? r? d ? cos ? (sin ? ? sin ? ) ? 2 r[ ? sin ? ? 3 ?3 ] ? ?? (? ? ? ) 2 0 ? ? ?? x ? r (cos(? ? ? ) ? ? sin(? ? ? )) y ? r (sin(? ? ? ) ? ? cos(? ? ? )) YG (? ) ? ? ? ?? 0 r[sin(? ? ? ) ? ? cos(? ? ? )]r? d ? r? d ? sin ? (cos ? ? cos ? ) ? 2 r[ ? cos ? ? 3 ?3 ] 2 ? ?? (? ? ? ) 0 ? ? ?? 再求整个涡圈壁在x,y坐标上的形心 X G 1 XG ? S ??x ? ? G (? ) dS (? ) 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 同样的方法可得: 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 另一种一次平衡方法 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 一次平衡和动涡盘的旋转惯性力 动涡盘的质心一般并不处于动涡盘的中心,一次平衡就是在涡盘底板 一定位置增加或减少一定的质量,从而将涡盘的质心移到涡盘中心,该 质量称为一次平衡质量。 因为动涡盘的质心有偏移,将产生旋转惯性力 FIm: FIm ? mm ?? 2 将旋转惯性力 FIm 平移到动涡盘中心,同时附加一个力矩 M zm,该力矩 是一个使动盘产生自转的力矩,其大小和动涡盘的转角有关,是一个周 期变化的力矩: M zm ? FIm Rm sin ? 该自转力矩和由切向力产生的自转力矩,最终都作用到防自转机构上。 动涡盘质心偏离越大,机器转速越高,产生的自转力矩越大,因此需要 对动涡盘进行一次平衡,将动盘的质心移到涡盘的中心上。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 一次平衡有两种方法: 采用增加质量的方法时,所需增加的质量为: Rm m1a ? mm ? ?m R1a mm 为动涡盘的总质量(包括涡圈、底板和动涡盘轴承等 的质量)。 R1a 一次平衡质量到动涡盘基圆中心的距离; ?m 为了灌注一次平衡质量而扣去的动涡盘质量,如果专 门用一个一次平衡重,则为0。 采用增重法进行一次平衡后,动涡盘的总质量为: M m ? m m ? m1a ? ?m 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 采用消减质量的方法时,所需消减的质量为: m1m Rm ? mm R1m R1m 一次平衡质量到动涡盘基圆中心的距离; 采用消减法进行一次平衡后,动涡盘的总质量为: M m ? m m ? m1m 一次平衡后,动涡盘的旋转惯性力为: FIm ? M m ?? 2 应当注意的是,一次平衡后,虽然在涡圈的投影平面内将 质心移到了基圆的中心,但质心在轴向的位置会发生变化。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 二次平衡和旋转惯性力矩的平衡 除动涡盘产生的旋转惯性力外,由于曲柄销也为偏心质量, 同样会产生旋转惯性力: FIp ? M p ?? 2 Mp 为曲柄销的质量。 为了平衡这两个旋转惯性力,在相反的方向加平衡重,使主 轴上的旋转惯性力合力为0,称为二次平衡。 由于受结构设 计的限制,这几部分旋转惯性力不可能作用在一条直线上, 如果仅用一块平衡重的话,对主轴承的惯性力矩得不到平衡, 因此,至少需要加两块平衡重。 平衡旋转惯性力和旋转惯性力矩是为了使主轴达到力平衡和 矩平衡。这样轴承就可以不受惯性力影响,消除振动。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 主轴受力: FIm ? FI p ? FIb 2 ? FIb1 对主轴的力矩(对 ? ? ? 取矩 ): FIm zm ? FIb1 zb1 ? FIb 2 zb 2 一般来讲,M m、M p、?、?、z m 是确定的,而平衡重的参数 是需要设计的,两个平衡重有六个参数,只有两个方程, 因此在设计时,应当根据机器的结构和选择的平衡重类 型,首先确定其中的四个参数,再求解出另外两个参数。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 偏心质量 平衡重1 平衡重2 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 泄漏通道及泄漏线长度 周向泄漏 径向泄漏 轴向间隙 径向间隙 θ 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 径向泄漏和周向泄漏 通过径向间隙的周向泄漏: ? 由于涡圈壁厚、曲轴半径的加工精度和装配精度形成的静态间隙; ? 机器运行过程中,轴承油膜承受的压力在各个转角处不一致形成 的动态间隙,在不同转角位置,各个啮合腔之间的间隙不同; ? 一般讨论时,取径向间隙为固定值,10um左右。 通过轴向间隙的径向泄漏: ? 由于涡圈高度的加工误差形成的静态轴向间隙; ? 采用轴向密封机构的轴向力在不同转角的变化形成的动态轴向间 隙。 ? 一般分析时,取轴向间隙为20um左右。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的压缩腔是由静涡盘与动涡盘形成的结构空间, 气体从高压腔向低压腔中的泄漏通道如图所示。 对于最里面压缩腔的泄漏线 ,当回转角为 ? 时: l1 ? 2 ? ? 5? ?? 2 3? ?? 2 r? d ? ? 2 ? h ? p (2? ? ? ) ? 2 h 一般从中心腔数起到第i个压缩腔的泄漏线长度为: li ? p (2i? ? ? ) ? 2 ? h 涡旋式压缩机 (i ? 1, 2,.....N ) 《容积式压缩机》讲义 密封及补偿机构 气体泄漏密封措施主要包括: ①减小泄漏通道的面积; ②提高经过通道气体粘度; ③提高泄漏通道的阻力系数。 后两种方法常用的有加入适量润滑油、在结构允许时采用节流 密封等。 涡旋压缩机特有的柔性密封机构 柔性就是指涡盘可以自由分合,主要作用是使压缩机可以 始终保持磨合状态,不会因磨损而造成泄漏。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 轴向密封机构 理想的轴向密封机构是保持涡旋体的齿顶面与对应的涡盘 底面接触,同时具有较小的相互接触力。换句话说,评价 轴向密封机构的好坏,一是看运转过程是否始终保持接触, 二是看接触力哪种较小。这样既能使泄漏面积为“0”,又 能使机械摩擦功耗较少。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 静盘浮动型轴向密封机构 动盘背面刚性支撑,静盘可轴 向微量移动,在静盘背部施加 合适的气体力使其贴向动涡盘, 这也被称为静盘跟随技术。谷 轮公司和大金公司的机器均采 用这种技术。 ①Discharge check valve ;②Dynamic discharge valve ;③Pressure relief valve ; ④Floating seal ;⑤Fixed scroll ;⑥Orbiting scroll ;⑦Oil service valve ;⑧Sight glass ;⑨Liquid injection ;⑩DU bearing ;11 Internal thermal protector ;12 Lubrication ;13 Mesh filter ;14 Magnetic trap ;15 Temperature sensor ;16 Internal motor protection 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 动盘浮动型轴向密封机构 静盘作固定安装,动盘背面施加 一个气体力或弹簧力或油的压力 使其在运转过程中始终贴向静涡 盘而保证轴向间隙处的密封,这 方面以日立的机型为代表。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 轴向气体力 轴向背力产生 Fa ? Fag ? Fab 轴向力 动盘浮动型就是通过设计让动盘 获得一定轴向背力,使轴向力变 为密封力,就是所谓的轴向力平 衡。使轴向力变为密封力,就是 所谓的轴向力平衡。当轴向力就 是密封力时,动涡盘与静涡盘实 现了轴向密封,此时密封面会对 动涡盘产生一个反作用力,即轴 向密封反力 Fd F ? ?F d a 轴向力平衡示意图 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 齿顶加密封元件 轴向密封机构 动、静盘均作固定安装,在涡旋齿 顶开槽,槽内嵌入整体或多片组合 的密封条来消除轴向间隙实现密封 齿顶加密封元件的轴向密封机构 三电公司的车用涡旋压缩机为代表 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 径向密封机构 涡旋压缩机工作时,动涡盘的回转惯性力始终大于各压缩腔中气 体力在径向的分力之和,也就是动盘在运行中本身有贴向静盘的 趋势,但它受到主轴曲柄销或偏心轴孔的回转半径的制约。径向 间隙的密封主要靠动盘离心力来保证,径向柔性补偿实际上就是 提供一个可以自由改变回转半径的措施。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 防自转机构 十 字 滑 环 机 构 目前全封闭涡旋压缩机中最常用的结构型式 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 平 行 四 连 杆 类 机 构 OH 是固定孔板的中心, 是可动孔板的中心, O 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 容量调节 涡旋压缩机特有的,也是近年来兴起的一种容量调节方法 ――“数码涡旋”。 所谓的数码涡旋,主要指其制冷量可以按照所需量进行 调节,主要包括压缩机0%载荷的卸载状态和100%载荷 的加载状态的获得和控制这两种状态的系统。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 主要由调节腔、提升活塞、节流孔、电磁阀及联通管组成。调节 腔通过节流孔与排气腔联通,提升活塞与静涡盘连接,调节腔由 管路和电磁阀与进气管路连接。 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的主要结构及运动形式 ? 主轴:通常为20、40Cr、45钢 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 ? 防自转机构 ? 十字滑环 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 ? 偏心量自动调节机构 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡圈 β φ φ φ 0 δ α α 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的涡线参数: 基圆半径 r 涡旋体壁厚 涡旋体节距 涡旋体高度 h 渐开线 压缩腔室对数 N 涡旋圈数 m?N? 动、静涡盘基圆中心距离 (回转半径) 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 定义涡圈最外侧闭合时,动涡盘转角 ? =0 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的润滑及密封 ? 密封 ?径向密封:靠控制动、静涡盘涡旋体侧之间的 径向间隙来实现。 ?轴向密封:靠密封条 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 ? 润滑 ?压差供油 ?离心供油 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋压缩机的应用 ? 制冷与热泵用涡旋压缩机 ?高压壳体涡旋压缩机 →立式 →卧式 ?低压壳体涡旋压缩机 ? 涡旋空气压缩机 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机 排气 (discharge gas) 《容积式压缩机》讲义 高压腔 higher pressure area 排气管 discharge pipe O ring seal 端密封圈 tip seal 吸 气 (suction gas) 静 盘 fixed scroll 动 盘 orbiting scroll 欧氏机构 oldham coupling 回油管 carplary 动盘轴套 orbiting scroll bearing 吸气管 suction pipe 筒 体 hermetic shell 冷冻机油 refrigerant oil 主(支架)轴套 main bearing 电机 motor 低压腔 lower pressure area 下轴套 Lower bearing 磁 圈 Magnitic ring 油 泵 涡旋式压缩机 oil pump 《容积式压缩机》讲义 涡旋式压缩机