《制冷压缩机》第4章-滚动转子式制冷压缩机

滚动转子式制冷压缩机制冷压缩机

第四章§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。滚动转子装在偏心轴上，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。转子气缸曲轴滑片弹簧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。2.工作过程2.工作过程几个特征角及其影响吸气孔口后边缘角吸气孔口前边缘角排气孔口后边缘角排气孔口前边缘角排气开始角容积—转角、压力—转角图3.主要结构形式及特点滚动转子式制冷压缩机主要是小型全封闭式，卧式多用于冰箱，立式多用于空调。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：靠吸油和排油二极管将油从底部吸入通过供油管供油。固定方式：主轴承与机壳焊成一体。吸油二极管排油二极管排气消声器主轴承消声器平衡块储液器吸气管排气管立式结构储液器的作用：气液分离、储存制冷剂和润滑油、缓冲吸气压力脉动。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，可冷却电机。离心式供油。固定方式：气缸与机壳焊接在一起。吸气管滚动转子式压缩机的特点

1．零部件少，结构简单2．易损零件少，运行可靠3．没有吸气阀片，余隙容积小，输气系数较高4．在同工况下，压缩机体积小、重量轻，运转平衡5．加工精度要求较高6．密封性能较差，泄漏损失较大7.气缸容积利用率低4.发展趋势变频电机平衡块排气阀消声孔滑片回油管消声孔特点：1.变频调速进行无级能量调节：频率调节范围30~120Hz，转速1600~6200rpm.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。3.固定方式：气缸与机壳焊接在一起。（1）变频压缩机特点：动力平衡性好，双转子使负荷扭矩的变化平缓，减振，适用于大功率。固定方式：气缸和电机热套在机壳上，气缸与机壳焊接。（2）双缸滚动转子压缩机4.发展趋势4.发展趋势（3）提高压缩机的经济性及可靠性

借助电子计算机对压缩机工作过程的性能仿真，主要部件结构如轴承、滑片、滚动转子、排气阀等结构的特性分析，以及噪声和振动的仿真。可对压缩机的经济性和可靠性、噪声和振动进行预测，并通过完善这些预测手段。对满足各种要求的滚动转子式压缩机进行优化设计。（4）降低噪声为了减少由于滚动转子式压缩机与机壳焊接成整体结构带来噪声的不利影响，首先从振动方面入手减少曲轴及轴承的振动，改进压缩机与机壳的连接系统，开发各种新型消声结构和排气阀等。§4-2主要热力性能参数滚动转子式压缩机运动机构示意图前提假设：滑片只做上下往复运动；不计滑片厚度，与转子的接触点始终在坐标轴上移动；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滑片的运动规律与曲柄——连杆机构相似。设计时一般R和相对偏心矩τ作为结构参数确定下来运动位移:运动速度:运动加速度:根据几何关系，滑片与转子触点的运动关系：滑片的运动规律2.气缸容积变化规律气缸的工作容积是气缸内壁与转子外圆间形成的月牙形面积与转子长度L的乘积。滑片将气缸容积分为吸气容积和压缩容积不计滑片厚度时，2.气缸容积变化规律为计滑片厚度时，滑片伸入气缸中所占据的面积：吸气缸横截面积压缩和排气缸横截面积：若不计滑片厚度，则2.气缸容积变化规律吸气和压缩容积的变化曲线结论：①余隙容积很小；②吸排气孔口位置；③相对偏心距τ影响气缸利用率。二、输气量及其影响因素理论容积输气量:实际容积输气量:容积效率:容积效率表征气缸工作容积的利用程度，反映由于余隙容积、吸气阻力、吸气加热、气体泄漏和吸气回流造成的容积损失。（1）容积系数排气结束排气开始吸气结束吸气开始压缩开始1)在θ=4π-γ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)。余隙容积的组成:余隙容积小，膨胀过程短，压比大，绝热膨胀。滚动转子式的容积系数一般比往复式的大。（2）压力系数表征吸气压力损失对输气量造成的影响。滚动转子式压缩机无吸气阀，吸气压缩损失小，可认为压力系数约为1。（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，吸入气体仍被加热，加热后的气体比体积增加，使输气量减少。（4）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，是影响输气量的主要因素。（5）回流系数压缩开始2π~2π+β吸气回流过程吸气结束三、压缩过程压缩结束或排气开始压缩开始压缩过程状态点对多变压缩过程：忽略排气阀阻力和滑片厚度四、功率及效率1.等熵功率2.指示功率3.机械效率：反映机械摩擦损失大小。4.电动机效率：反映电动机的损失。电效率：反映电动机输入功利用的完善程度。§4-3受力分析及主要结构参数通过分析作用于滚动转子式压缩机主要运动部件上的力及力矩随转角的变化规律，为校核零部件强度和刚度及确定轴承负荷提供依据。为使压缩机运转平稳，对飞轮矩及平衡质量需进行计算。滚动转子式压缩机主要运动部件有滚动转子、主轴和滑片，作用力有气体力、摩擦力、偏心转子的惯性力、滑片弹簧力等。一、转子的受力分析吸气口排气口elL11.气体合力由几何关系：对三角形AOO1有：1.气体合力可求得力的作用宽度由气体力构成轴承的负荷并使转子弯曲2.阻力矩（N·m）及飞轮矩摩擦产生的阻力矩摩擦功率气体力产生的阻力矩总阻力矩：注意转子的旋转方向定值转子所受气体力和阻力矩的变化曲线图排气开始时峰值确定轴承最大负荷阻力矩驱动力矩M—θ曲线下的面积代表电动机旋转一圈对压缩机做的功，可用来计算压缩机的轴功率：飞轮矩3.旋转惯性力及力矩的平衡（1）单缸机的平衡注意：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。惯性力的平衡惯性力矩的平衡平衡块质量3.旋转惯性力及力矩的平衡（2）双缸机的平衡惯性力的（静）平衡惯性力矩的（动）平衡若两转子的惯性力相等，则只需对力矩进行平衡则平衡重为二、滑片的受力分析滑片所受横向气体力（两侧面）滑片所受纵向气体力往复惯性力弹簧力保证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有：气缸直径D、气缸（或转子）的轴向长度L、转子相对偏心距τ(=e/R)、相对气缸长度μ(=L/D)。结构参数根据热力计算确定。1.气缸直径D气缸工作容积参数间的关系制冷量和工况已知，进行热力计算确定设计参数2.相对偏心距和相对气缸长度（1）相对偏心距τ的影响：①τ愈大，气缸的有效利用率愈大②τ愈大，滑片的气体力增加，而转子所受气体力愈小滑片位移滑片侧面气体力转子气体力③τ愈大，泄漏圆周长愈短，周向泄漏愈小。2.相对偏心距和相对气缸长度结论：选较大的τ值有利，但不宜过大（为什么？）（2）相对气缸长度μ的影响：结论：选较小的μ值有利，但不宜过小（为什么？）①②3.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。间隙过大，则泄漏大，能效比低；间隙过小，摩擦功率大，能效比也低。存在最佳间隙。对滚动转子式压缩机，泄漏对性能和寿命的影响是重要的。因此开发减小泄漏的新结构是趋势，如摆转式滚动压缩机。

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滚动转子式。§4-5振动与噪声一、振动源与噪声源振动源（1）曲轴扭矩振动（2）转子的旋转不平衡惯性力（3）压力脉动产生的激振力导致振动噪声源（1）电磁噪声：500Hz以下低频噪声（2）制冷剂的气流噪声：1kHz以上的高频噪声（3）机械噪声：2kHz以上突发性噪声二、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。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