滚动转子式制冷压缩机

CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity第三章滚动转子式制冷压缩机RollingRotorCompressor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CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversityCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity第一节工作过程和结构特点CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity气缸滚动转子偏心轴滑片排气阀弹簧外壳等一、概述1.结构组成CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity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。基元容积CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity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˚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。θ=αθ=2π+βθ=2πθ=4π-γθ=2π+ψθ=4π-φ再度压缩θ：转子转角CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversityCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity工作容积与气体压力随转角θ的变化气体压力-转角曲线基元容积-转角曲线(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。图3-4CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity气体压力-转角曲线基元容积-转角曲线(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。图3-4工作容积与气体压力随转角θ的变化CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity气体压力-转角曲线基元容积-转角曲线(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。图3-4工作容积与气体压力随转角θ的变化CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity气体压力-转角曲线基元容积-转角曲线(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。图3-4工作容积与气体压力随转角θ的变化CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity气体压力-转角曲线基元容积-转角曲线(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c-d，压力变化为6-7。图3-4工作容积与气体压力随转角θ的变化CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity气体压力-转角曲线基元容积-转角曲线(6)转角θ由4π-γ转至4π-ф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。图3-4工作容积与气体压力随转角θ的变化CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity气体压力-转角曲线基元容积-转角曲线(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图3-4工作容积与气体压力随转角θ的变化CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity过程转角压力变化基元容积准备过程0~α1-2,从最大降至00吸气过程α~2p3-4,Ps0a~b,从0升至Vmax气体倒流2p~2p+β4-5,Ps0b~b’,减少ΔV压缩过程2p2p5-6,从Ps0升至Pdkb’~c排气过程2p+~4p-g6-7Pdkc~d余隙容积气体膨胀过程4p-g~4p–7-8,Pdk降至Ps0再压缩过程4p–~4p8-1,压力急剧上升，超过Pdk工作过程CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity工作过程总结气体的吸气、压缩、排气过程是在转子的两转中完成，但因转子切点与滑片两侧的两个腔同时进行吸气、压缩、排气的过程。因此，认为压缩机一个工作循环仍是在一转中完成的。特征角α,β,γ,φ对压缩机的性能有影响。α和φ角分别决定吸、排气封闭容积的大小；β角直接影响排气量，它的存在使达最大基元面积(θ=2π)后，基元面积在与吸气孔口相连通的情况下再次缩小(θ=2π~2π+β)，产生吸气倒流；γ角表示余隙容积的大小。在结构设计可能的前提下，α，β，γ，φ应尽可能小。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity主要结构形式:小型全封闭式卧式：主要用于冰箱、冷柜立式：主要用于空调器三、主要结构形式及特点卧式全封闭滚动转子式压缩机结构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。排气消声器：由辅轴承和薄钢板组成的空腔组成。主轴承与机壳焊成一体，有利于减小气缸变形立式全封闭滚动转子式压缩机结构吸气由机壳下部接管直接进入气缸，吸气管上装有气液分离器，润滑油经下部弯管小孔被吸入气缸。高压气体直接排入机壳中。外壳还装有过载保护器，内部无减振机构，润滑系统靠离心和压差供油。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversityCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversityCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity优点：结构简单，零部件几何形状简单，便于加工及流水线生产体积小，质量轻，与同工况往复式比较，体积、重量可减少40～50％；易损件少，运转可靠；效率高，没有吸气阀，流动阻力小，且吸气过热小，在制冷量为3kW以下场合使用时尤为突出。缺点：只利用了气缸的月牙形空间，气缸容积利用率低；滑片作往复运动，依然是易损零件；存在不平衡的旋转质量，需要平衡质量来平衡。加工精度要求高；密封线较长，密封性能较差，泄漏损失较大滚动转子式压缩机特点CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity四、发展状况变频压缩机的发展采用变频调速技术进行能量调节，使制冷量与系统负荷协调变化，使机组在各种负荷条件下都具有较高能效比。具有节能、舒适、启动快速、温控精度高、易于实现自动控制等优点。（图3-7由交流变频式电动机驱动曲轴旋转，依靠电源频率变化使电动机转速变化，达到连续调节制冷能力的目）双缸滚动转子式压缩机的发展双缸滚动转子式压缩机的两个气缸相差180°对称布置，可使负荷扭矩变化趋于平缓，广泛用于较大功率场合。（图3-11）提高压缩机的经济性及可靠性借助计算机对压缩机工作过程进行性能仿真，对主要部件如轴承、滑片、滚动转子、排气阀等结构进行特性分析及噪声、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，对满足各种要求的滚动转子式压缩机进行优化设计。对降低噪声提出更高要求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其他方面的发展环保制冷剂，低温领域CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity四、发展状况CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity第二节主要热力性能参数CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity一、气缸工作容积的变化规律RρxOO1θθ1ABTA点相当于连杆小头OO1相当于曲柄连杆机构中的曲柄半径O1点相当于曲柄销中心O1A相当于连杆大小头中心距ωe1.滑片运动规律CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity2.气缸容积变化规律转角在0～30o和330o～360o范围内Vs和Vd的转角的变化很小，变化大约只有气缸工作容积的0.5％，可以看出，滚动转子压缩机的余隙容积很小。应使近排气口尽量接近气缸顶端，孔口宽度不能太大吸气口前边缘角及排气口后边缘角在30o～35o范围内对输气量的影响不明显。相对偏心距τ越大，Vs/R2L和Vd/R2L值越大，说明气缸利用率越高。CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity二、输气量及其影响因素理论输气量（气缸工作容积与转速的乘积）实际输气量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，其数值大于往复式压缩机。vtp60qnV(m3/h)(m3/h)0.9~0.7vhltpvvvtvvaqqhlllllhhCollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity影响输气量的因素容积系数lv余隙容积的组成：转子与气缸的切点T达到4p-g位置时,存有高压气体的气缸容积Vc排气阀下方排气孔的容积；排气孔入口处气缸被削去部分的容积。压力系数lp：表征吸气压力损失对输气量造成的影响；温度系数lT：反映由于吸入气体被加热造成输气量的减少；泄漏系数lf：表征气缸中气体泄漏对输气量造成的影响；回流系数lh：回流使输气量减少。压缩过程压缩过程是在转子转至吸气口前边缘时开始，即在θ=2p+β时开始压缩的，容积与压力关系满足方程CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversitynsnVpVp0其中，转角为θ时的基元容积值Vθ，压缩开始瞬时（θ=2p+β）的基元容积值Vβ，转角为θ时基元容积的气体压力值pθ，吸气压力ps0。nsVVpp)(0nsopp]2sin25.0sin1()5.0)(2(2sin25.0sin1()5.0)(2([pppp------））压缩过程对于转角θ的气体压力为经运算可得CollegeofPowerEngineeringChongqingUniversity功率及效率1.等熵功率等熵功率计算式为（单位为KW）吸气气体比焓hs0，kJ/kg;排气气体比焓hdk，kJ/kg;实际质量输气量qma，kg/h;实际容积输气量qva