三維滾動渦旋壓縮機的發(fā)展摘要：渦旋壓縮機因為其高效率，低振動的優(yōu)勢已被廣泛應用于各種場合。為了進一步提高渦旋壓縮機性能，作者發(fā)展了一個新的三維壓縮機制（立體滾動） ，即通過添加一個軸向壓縮，到傳統(tǒng)的徑向壓縮。三維壓縮的實現(xiàn)，使得傳統(tǒng)壓縮機不可能實現(xiàn)的更高效率，更高的可靠性，體積小得以實現(xiàn)。由于立體滾動從滾動頂端到端板有步驟，使得三維壓縮效率提高的關(guān)鍵點是要盡量減少氣體在端板出的泄漏。通過氣缸壓力測量及可視化試驗，可獲得端板泄漏特性，得到了最佳間隙范圍。在此基礎(chǔ)上，作者開發(fā)了高效率，體積小，重量輕的立體滾動商用空調(diào)壓縮機。所研發(fā)的三維滾動與傳統(tǒng)的壓縮機相比，壓縮機體積減小 35%，重量減輕 26%，效率提高 5.5%。關(guān)鍵詞：壓縮機，設(shè)計，制冷，控制，性能，開發(fā)，仿真1 引言從環(huán)境保護和應對全球變暖的角度出發(fā)，節(jié)約能源的要求越來越緊迫。由于大多數(shù)的制冷和空調(diào)電器是由壓縮機轉(zhuǎn)化的能源，因此它的效率的提高是節(jié)能不可缺少的。同時，這些設(shè)備往往在其安裝空間受到限制。因此，每個組件，包括壓縮機都應小型化，從而提高了安裝的靈活性。今天，渦旋壓縮機，它具有高效率，低振動的優(yōu)勢，已為各種電器使用，以滿足對節(jié)約能源的需求和它的更廣泛的使用。為了進一步提高渦旋壓縮機性能，作者發(fā)展了一個新的三維壓縮機制（立體滾動） ，即通過添加一個軸向壓縮，到傳統(tǒng)的徑向壓縮。本文介紹了三維滾動的效率改進技術(shù)和立體滾動商業(yè)空調(diào)壓縮機的發(fā)展。2 三維結(jié)構(gòu)渦旋2.1 三維滾動的立體特征圖 1 三維滾動渦旋壓縮機圖 1 展示了商用立體滾動壓縮機和其立體滾動渦旋型線。從圖中看出氣體達到了壓縮室正從外側(cè)壓縮到內(nèi)側(cè)。壓縮機的制冷劑是從固定渦旋的中心流出。圖 2 傳統(tǒng)壓縮和三維滾動的剖視圖圖 2 從剖視結(jié)構(gòu)揭示了常規(guī)壓縮和立體滾動的原理。傳統(tǒng)渦旋齒的高度在整個壓縮過程為常數(shù)，壓縮制冷劑從外側(cè)到壓縮腔內(nèi)側(cè)數(shù)量不斷變小。對于立體滾動，相反，在頂端和末端通過安裝使得外側(cè)端板比內(nèi)側(cè)端板高。從而使得三維壓縮，即徑向和軸向方向成為可能。三維滾動具有以下特點。1) 通過徑向和軸向壓縮得到了更高的壓縮比。2)由于降低了內(nèi)側(cè)齒的重量，渦旋齒的強度得到提高，獲得了高的可靠性，這樣便減輕了一個沉重的負擔。3)由于增加了外齒的高度，滾動外徑?jīng)]有擴展，使得壓縮空間更大，因此三維壓縮的積小，重量更輕。2.2 壓縮機制和立體滾動間隙泄漏在圖 3 中展示了三維滾動的壓縮機制。從滾動頂端到端板，三維壓縮是有步驟進行的。當不符合這些壓縮步驟時（見圖3（b）到（d）項）切線看，壓縮腔具有相同的壓力因此，在這一過程中沒有泄露。另一方面，當符合這一壓縮步驟時（見圖3（a）到（c）項） ，密封線是由兩個步驟結(jié)合而來的。圖 3 也顯示了第一步的局部放大圖和在軌道縱向方向滾動剖面圖。每兩步的間隙（以下簡稱步間隙） ，大致可分為末端間隙和側(cè)面間隙，氣體從高壓腔到低壓腔的泄露是從這些間隙發(fā)生的。因此，立體滾動壓縮效率提高的關(guān)鍵點是通過優(yōu)化步間隙來減少氣體在步間隙的泄露。圖 3 三維滾動的壓縮機制0.8 m3/min 渦旋式空氣壓縮機設(shè)計簡介摘 要渦旋式壓縮機是一種高效、節(jié)能、省才和低噪聲的新型容積式壓縮機，可廣泛的應用在空調(diào)、制冷、真空和各類氣體壓縮等方面，且可望取代傳統(tǒng)的其他類型的小型壓縮機。渦旋壓縮機主要有動渦旋、靜渦旋、防自轉(zhuǎn)機構(gòu)等部件構(gòu)成，壓縮機設(shè)計的關(guān)鍵問題有以下幾個方面：一是渦旋齒的型線選擇及其修正；二是基本參數(shù)的選?。蝗欠雷詡鳈C構(gòu)的設(shè)計；四是動平衡的設(shè)計；五是軸承的選擇；六是曲軸及渦旋齒面強度的校核；七是機體運動部件的潤滑及其整機密封的設(shè)計。本壓縮機采用圓漸開線型線，防自傳機構(gòu)采用十字環(huán)，驅(qū)動方式采用直連式，整機采用壓差供油潤滑。關(guān)鍵詞： 渦旋式壓縮機 型線 防自傳機構(gòu) 動平衡AbstractSummary of scroll compressor is an efficient, energy saving, low noise Province before and the new positive displacement compressor can be widely used in air conditioning, refrigeration, vacuum and various gas compression, etc., and the other is expected to replace the traditional types of small compressors. scroll compressor is mainly composed of a fixed scroll 、an orbiting scroll and antirotation .Compressor design has the following key issues: First, wrap the type of line selection and correction; the second is the selection of basic parameters; Third, the design of anti-autobiography institutions; Fourth, the design of dynamic balance; Fifth bearings choice; Sixth, the crankshaft and check the strength of tooth surface vortex; seventh, lubricating moving parts of the body and the whole seal design. The compressor Involute circle, anti-autobiography organizations to adopt cross ring, using direct-attached drive, the machine uses pressure lubrication. Keywords: scroll compressor body type line balancing anti-autobiography.一、概論渦旋壓縮機原理于 1905 年由法國工程師克拉斯( Cruex) 發(fā)明并在美國申請了專利 。之后近 70 年都沒有得到更深入的研究和發(fā)展。其原因在于其重要性未被充分認識, 客觀上則由于尚沒有高精度的渦旋型線加工設(shè)備。70 年代的能源危機和數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展給渦旋壓縮機的發(fā)展帶來了機遇。渦旋壓縮機是一種新型、節(jié)能、省材和低噪的容積式壓縮機。該機主要原理是利用動、靜渦旋齒的相對公轉(zhuǎn)運動形成閉死容積的連續(xù)變化,實現(xiàn)壓縮氣體的目的,主要用于空調(diào)、制冷、一般氣體壓縮及汽車發(fā)動機增壓器和真空泵小型往復式壓縮機。與同容零件數(shù)少、無易損件、可靠性好。沖擊韌性均均勻等,可以取代傳統(tǒng)的中、量的往復式壓縮機，與之相比,其效率可提高 10 % , 重量減輕 15 % , 體積減少 40 % , 噪聲減少 5～6 dB , 且零部件減少 85%。渦旋壓縮機以其自身的優(yōu)點被廣泛應用于制冷空調(diào)領(lǐng)域和其它特殊領(lǐng)域。二、壓縮機的總體方案設(shè)計及方案評比2.1 基本機構(gòu)2.1.1 渦旋定子和渦旋轉(zhuǎn)子渦旋定子的中心有排氣孔，而吸氣口開在端面外側(cè)或側(cè)面，周邊與機身緊固；渦旋轉(zhuǎn)子的背側(cè)設(shè)有渦旋轉(zhuǎn)子配重，使整個渦旋轉(zhuǎn)子質(zhì)心正好在渦旋轉(zhuǎn)子的中心上，另外，在渦旋轉(zhuǎn)子的端板上設(shè)一對凹塊與十字連接環(huán)相配合，渦旋轉(zhuǎn)子的傳動軸設(shè)在渦旋壁的基圓中心。2.1.2 防自轉(zhuǎn)機構(gòu)為了使渦旋轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)平動必須設(shè)有防自轉(zhuǎn)機構(gòu)，此處用到的自轉(zhuǎn)機構(gòu)是由一面圓環(huán)與上下互為正交的十字形凹槽構(gòu)成，凹槽與渦旋轉(zhuǎn)子背側(cè)的凹塊相滑配，當曲軸帶著渦旋轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)是，使渦旋轉(zhuǎn)子只能公轉(zhuǎn)而不能自轉(zhuǎn)，從而使機構(gòu)能正常工作。2.1.3 曲軸渦旋壓縮機的曲軸的曲柄很小相當于一凸輪軸，為了平衡渦旋轉(zhuǎn)子的慣性力與力矩，在主軸頸上套有平衡鐵，這一偏心距很小的曲軸來驅(qū)動運動渦旋盤。2.2 工作原理渦旋壓縮機能夠正常工作的條件就是動渦盤與靜渦盤在壓縮腔內(nèi)能夠嚙合。常見的渦旋型線有基圓漸開線、正多邊形漸開線、線段漸開線、半圓漸開線、阿基米德螺旋線、代數(shù)螺旋線、變徑基圓漸開線、包絡(luò)型線、以及通用型線等。由于圓的漸開線容易加工, 并且該型線的壓縮機有良好的工作性能, 所以目前應用的型線以圓漸開線為主。固定渦旋盤和運動渦旋盤相互交插組裝在一起，兩者相互之間有 180°相差，因而彼此間在幾條直線上接觸并形成兩組月牙行的空腔。壓縮機的吸氣口在固定渦旋的外側(cè)，當曲軸驅(qū)動運動渦旋盤順時正時針方向轉(zhuǎn)動時，氣體就被從渦旋體外側(cè)吸入并被封閉在月牙行的空腔中，隨著接觸點沿著渦線向中心移動時，月牙行空腔的容積逐漸的縮小，其中氣體壓力逐漸提高。曲軸大約轉(zhuǎn)動 2.5 轉(zhuǎn)，被壓縮的氣體就通過定渦旋中心處的排氣孔排走。由于曲軸每轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)，都有一對月牙行的空腔形成，所以壓縮機的吸氣-壓縮-排氣過程被連續(xù)不斷的重復。在壓縮機運行時，其排氣流量是不變的。而且，由于排氣孔與低壓側(cè)不直接相連，壓縮機上可以不設(shè)有氣閥。三、基本性能參數(shù)的確定及其計算根據(jù)任務(wù)書及其技術(shù)要求確定電動機了型號、基圓半徑、齒高、齒厚、回轉(zhuǎn)半徑、漸開線的初始角以及壓縮功率等。四、主要零部件的受力分析及其強度計算4.1 氣體力的分析為了進行渦旋壓縮機零件的強度、剛度及其平衡的計算。必須分析渦旋盤在回轉(zhuǎn)過程過程中所受力與力矩，作用在渦旋盤上的力主要有氣體力、慣性力及其摩擦力，并且由此產(chǎn)生的徑向力、法向力、軸向力。氣體作用在渦旋轉(zhuǎn)子的切向力為各壓縮室氣體垂直作用于曲軸上的合力，即各工作腔氣體垂直作用與曲軸并與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反的合力。徑向力是指垂直于曲軸的平面內(nèi)，方向與曲軸方向一致并垂直于切向力方向的氣體力。軸向力是指垂直與渦旋盤軸向截面的氣體力合力渦旋壓縮機的各同名壓縮腔都是對稱的, 所以動、靜渦旋盤上承受著相同的氣體力。作用在靜渦旋盤上的氣體力最終傳遞到殼體上, 引起壓縮機的振動和噪聲 , 作用在動渦旋盤上的氣體力直接影響著壓縮機的容積效率和機械效率。所以說渦旋壓縮機一個關(guān)鍵的技術(shù)就是氣體力的平衡。軸向氣體力平衡是渦旋壓縮機關(guān)鍵技術(shù)之一。五、設(shè)計過程中的問題說明5.1 渦旋轉(zhuǎn)子由于渦旋線是不對稱的基圓漸開線其中心不在渦線的基圓中心，因此，必須平衡質(zhì)心這需要在渦盤的背面配重或去重，渦旋壓縮機的壓縮腔有一定的徑向、軸向的間隙，這些間隙必須采取有效的密封措施。5.2 渦旋定子其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運動渦盤基本相同，不同的是在渦旋定子的中心開有排氣孔。進氣口的大小 尺寸的確定要兼顧其齒高、進氣速度等因素。排氣口的確定是個難點，它的大小尺寸及其形狀要考慮效率等諸多因素。此外，散熱片的設(shè)計亦不可小覷。5.3 曲軸曲軸在設(shè)計過程中要考慮其外行尺寸及其材質(zhì)問題，此外，還應考慮其熱處理工藝要求，在設(shè)計過程中確定其尺寸時要兼顧其強度、剛度等力學性能以及與軸承、聯(lián)軸器等標準件配合時的相互影響、相互制約的問題，還要考慮軸上零件的定位、裝配問題。所以在設(shè)計的過程要兼顧諸多要素盡量做到合理。5.4 支架體支架體在渦旋壓縮機中是起到支撐、保護的作用，在設(shè)計中采用灰鑄鐵鑄造的方法。在滿足強度要求的前提下，盡量減小其體積和重量。另外，支架體還要設(shè)計潤滑油路和通孔使整個機器有較好的潤滑系統(tǒng)。5.5 十字滑環(huán)要考慮動盤的結(jié)構(gòu)和尺寸以及支架體上與之相配的結(jié)構(gòu)來設(shè)計。六、研究展望綜觀目前渦旋壓縮機研究現(xiàn)狀和應用情況, 對今后幾年渦旋壓縮機的研究發(fā)展方向歸納為: (1) 降低渦旋壓縮機的加工成本,主要是渦旋盤的加工。尋找加工復雜但具有良好性能型線的 簡單方法。 (2) 研究新的環(huán)保型制冷劑對渦旋壓縮機結(jié)構(gòu)的新要求(3) 增大渦旋壓縮機的功率范圍,拓寬其應用領(lǐng)域,特別是研究其變頻特性以及在空調(diào)熱泵中的應用。(4) 改進壓縮機的平衡機構(gòu),特別是軸向氣體力的平衡。減少氣體的泄漏 ,減少機械摩擦損失, 從而提高渦旋壓縮機的工作效率和可靠性。參考文獻[1] 卜嘯華 渦旋壓縮機[J][2] 楊可楨，程光蘊 機械設(shè)計基礎(chǔ)[J] 高等教育出版社，2004[3] 濮良貴，紀名剛 機械設(shè)計[M] 高等教育出版社，2002[4] 吳宗澤，羅圣國 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M] 高等教育出版社。1998[5] 杜桂榮 渦旋壓縮機的防自轉(zhuǎn)機構(gòu)[J] 甘肅工業(yè)大學出版社[6] 郁永章 容積式壓縮機技術(shù)手冊[M] 機械工業(yè)出版社[1] 包麗萍,楊延釗,韋學臣,等. PMMA/蒙脫土納米復合材料的制備及其阻燃性能[J]. 青島科技大學學報, 2003, 24(4): 351–353.[2] 陳奎,楊瑞成,吳明亮,等. 聚合物/蒙脫土剝離型納米復合材料逾滲理論分析 [J]. 蘭州理工大學學報, 2006, 32(1): 41-45.渦旋齒強度校核當曲柄轉(zhuǎn)角等于排氣角，即 θ=θ*=3.7943rad 時渦旋齒兩側(cè)壓差最大，此時P1=0.1473MPa ， P2=0.4205MPa , 齒高：H=40mm ,齒侯：t=4mm , 齒寬:b=10mm查得材料的許用應力為 250MPa編程如下：#include“stdio.h“#include“math.h“main(){float M,P,S,P2,P1,W;int b=10,H=40,S0=250;printf(“P1=,P2=\n“,P1,P2);scanf(“%f%f“,P=P2-P1;M=b*H*P*H/2;W=b*H*H/6;S=M/W;printf(“S=%f\n“,S);if(SS0)printf(“YES“);else printf(“NO“);getch();}Development of a three-dimensional scroll compressorDOI: 10.1243/09544089JPME189Abstract: Scroll compressor has been employed in various appliances due to its advantages such as high efficiency and low vibration. For the purpose of further performance improvement in scroll compressor, the authors have developed a new conceptual three-dimensional compression mechanism (three-dimensional scroll) by adding an axial compression to the conventional radial compression. By realizing three-dimensional compression, which has been impossible for the conventional scroll, higher efficiency, higher reliability, and smaller size are achieved. Since the three-dimensional scroll has steps in scroll tip and end plate, the key point of efficiency improvement in the three-dimensional scroll is to minimize the gas leakage in the steps. Through cylinder pressure measurements and visualization tests, characteristics of the leakage in the steps are obtained and the optimum clearance ranges are determined. Based on this, the authors have developed high efficiency, small size, and lightweight three-dimensional scroll compressor for commercial air-conditioner. The developed three-dimensional scroll compressor archived 35 per cent smaller size, 26 per cent lighter weight, and 5.5 per cent improvement of efficiency compared with the conventional one.Keywords: compressors, design, refrigeration, control, performance, development, simulation1 INTRODUCTIONA demand for saving energy has been extensively increasing from the viewpoint of environmental conservation against global warming. Since most energy in refrigerating and air-conditioning appliances is consumed by the compressor, its efficiency improvement is indispensable for saving energy. Meanwhile,these appliances are often restricted in their installation space. Therefore, miniaturization of each component including the compressor is required to enhancethe flexibility of installation. Today, scroll compressor, which has advantages such as high efficiency and low vibration, has been used for various appliances to meet the demandfor saving energy and its use is expected to spread increasingly. For the purpose of further performance improvement in scroll compressor, the authors have developed a new conceptual three-dimensional compression mechanism (three-dimensional scroll) that adds an axial compression to the conventional radial compression. This article describes the efficiency improvement technology in the three-dimensional scroll and the development of the three-dimensional scroll compressor for commercial air-conditioner.2 STRUCTURE OFTHETHREE-DIMENSIONAL SCROLL2.1 Features of the three-dimensional scrollFig. 1 Three-dimensional scroll compressorFigure 1 shows the developed three-dimensional scroll compressor forcommercial air-conditioneranda photograph of the orbiting scroll.Refrigerant gas flows into the compressor through the suction pipe placed on the side body. Then, it reaches the compression chamber getting compressed from the outer side to the inner side. The compressed refrigerant is discharged from the centre of the fixed scroll.Fig. 2 Sectional view of the conventional and the three-dimensional scrollFigure 2 shows a schematic diagram of the sectional view of the conventional and the three-dimensional scroll. The wrap height of the conventional scroll is constant throughout the compression process, and the refrigerant is compressed two-dimensionally from the outer side to the inner side as the compression chamber continuously becomes smaller in volume.For the three-dimensional scroll, in contrast, the outer wrap is higher than the inner one by installing steps in the scroll tip and the end plate. Therefore, threedimensional compression, radial and axial direction, becomes possible. The three-dimensional scroll has the following features.1. Higher compression ratio is obtained by radial and axial compression.2. The strength of scroll wrap is improved and higher reliability is obtained by decreasing the height of inner wrap, which receives a heavy load.3. Larger capacity is obtained without extension of the outer diameter of scroll by increasing the height of outer wrap, and thus the three-dimensional scroll has smaller size and lighter weight.2.2 Compression mechanism and leakage clearances in the three-dimensional scrollFig. 3 Compression mechanism of the three-dimensional scrollThecompressionmechanismof the three-dimensional scroll is shown in Fig. 3. The three-dimensional scroll has steps in the scroll tip (tip step) and the end plate (bottom step). When these steps are not engaged (see Figs 3(b) and (d)), compression chambers across the step have the same pressure. Therefore, no leakage occurs in the steps. On the other hand, when these areengaged (see Figs 3(a) and (c)), seal lines are formed by the engagement of both steps.Figure 3 also shows the enlarged view of the step and the sectional view in the longitudinal direction of the orbiting scroll. Leakage clearances in the step (hereafter called step clearances) can be broadly classified into tip clearance and side clearance, and the gas leakage occurs from the high-pressure chamber to the low-pressure chamber through these clearances. Therefore, the key point of efficiency improvement in the three-dimensional scroll is to minimize the gas leakage in the steps by optimization of step clearances.三維滾動渦旋壓縮機的發(fā)展摘要：渦旋壓縮機因為其高效率，低振動的優(yōu)勢已被廣泛應用于各種場合。為了進一步提高渦旋壓縮機性能，作者發(fā)展了一個新的三維壓縮機制（立體滾動） ，即通過添加一個軸向壓縮，到傳統(tǒng)的徑向壓縮。三維壓縮的實現(xiàn)，使得傳統(tǒng)壓縮機不可能實現(xiàn)的更高效率，更高的可靠性，體積小得以實現(xiàn)。由于立體滾動從滾動頂端到端板有步驟，使得三維壓縮效率提高的關(guān)鍵點是要盡量減少氣體在端板出的泄漏。通過氣缸壓力測量及可視化試驗，可獲得端板泄漏特性，得到了最佳間隙范圍。在此基礎(chǔ)上，作者開發(fā)了高效率，體積小，重量輕的立體滾動商用空調(diào)壓縮機。所研發(fā)的三維滾動與傳統(tǒng)的壓縮機相比，壓縮機體積減小 35%，重量減輕 26%，效率提高 5.5%。關(guān)鍵詞：壓縮機，設(shè)計，制冷，控制，性能，開發(fā)，仿真1 引言從環(huán)境保護和應對全球變暖的角度出發(fā)，節(jié)約能源的要求越來越緊迫。由于大多數(shù)的制冷和空調(diào)電器是由壓縮機轉(zhuǎn)化的能源，因此它的效率的提高是節(jié)能不可缺少的。同時，這些設(shè)備往往在其安裝空間受到限制。因此，每個組件，包括壓縮機都應小型化，從而提高了安裝的靈活性。今天，渦旋壓縮機，它具有高效率，低振動的優(yōu)勢，已為各種電器使用，以滿足對節(jié)約能源的需求和它的更廣泛的使用。為了進一步提高渦旋壓縮機性能，作者發(fā)展了一個新的三維壓縮機制（立體滾動） ，即通過添加一個軸向壓縮，到傳統(tǒng)的徑向壓縮。本文介紹了三維滾動的效率改進技術(shù)和立體滾動商業(yè)空調(diào)壓縮機的發(fā)展。2 三維結(jié)構(gòu)渦旋2.1 三維滾動的立體特征圖 1 三維滾動渦旋壓縮機圖 1 展示了商用立體滾動壓縮機和其立體滾動渦旋型線。從圖中看出氣體達到了壓縮室正從外側(cè)壓縮到內(nèi)側(cè)。壓縮機的制冷劑是從固定渦旋的中心流出。圖 2 傳統(tǒng)壓縮和三維滾動的剖視圖圖 2 從剖視結(jié)構(gòu)揭示了常規(guī)壓縮和立體滾動的原理。傳統(tǒng)渦旋齒的高度在整個壓縮過程為常數(shù)，壓縮制冷劑從外側(cè)到壓縮腔內(nèi)側(cè)數(shù)量不斷變小。對于立體滾動，相反，在頂端和末端通過安裝使得外側(cè)端板比內(nèi)側(cè)端板高。從而使得三維壓縮，即徑向和軸向方向成為可能。三維滾動具有以下特點。1) 通過徑向和軸向壓縮得到了更高的壓縮比。2)由于降低了內(nèi)側(cè)齒的重量，渦旋齒的強度得到提高，獲得了高的可靠性，這樣便減輕了一個沉重的負擔。3)由于增加了外齒的高度，滾動外徑?jīng)]有擴展，使得壓縮空間更大，因此三維壓縮的積小，重量更輕。2.2 壓縮機制和立體滾動間隙泄漏在圖 3 中展示了三維滾動的壓縮機制。從滾動頂端到端板，三維壓縮是有步驟進行的。當不符合這些壓縮步驟時（見圖3（b）到（d）項）切線看，壓縮腔具有相同的壓力因此，在這一過程中沒有泄露。另一方面，當符合這一壓縮步驟時（見圖3（a）到（c）項） ，密封線是由兩個步驟結(jié)合而來的。圖 3 也顯示了第一步的局部放大圖和在軌道縱向方向滾動剖面圖。每兩步的間隙（以下簡稱步間隙） ，大致可分為末端間隙和側(cè)面間隙，氣體從高壓腔到低壓腔的泄露是從這些間隙發(fā)生的。因此，立體滾動壓縮效率提高的關(guān)鍵點是通過優(yōu)化步間隙來減少氣體在步間隙的泄露。圖 3 三維滾動的壓縮機制0.8 m3/min 渦旋式空氣壓縮機設(shè)計簡介摘 要渦旋式壓縮機是一種高效、節(jié)能、省才和低噪聲的新型容積式壓縮機，可廣泛的應用在空調(diào)、制冷、真空和各類氣體壓縮等方面，且可望取代傳統(tǒng)的其他類型的小型壓縮機。渦旋壓縮機主要有動渦旋、靜渦旋、防自轉(zhuǎn)機構(gòu)等部件構(gòu)成，壓縮機設(shè)計的關(guān)鍵問題有以下幾個方面：一是渦旋齒的型線選擇及其修正；二是基本參數(shù)的選??；三是防自傳機構(gòu)的設(shè)計；四是動平衡的設(shè)計；五是軸承的選擇；六是曲軸及渦旋齒面強度的校核；七是機體運動部件的潤滑及其整機密封的設(shè)計。本壓縮機采用圓漸開線型線，防自傳機構(gòu)采用十字環(huán)，驅(qū)動方式采用直連式，整機采用壓差供油潤滑。關(guān)鍵詞： 渦旋式壓縮機 型線 防自傳機構(gòu) 動平衡AbstractSummary of scroll compressor is an efficient, energy saving, low noise Province before and the new positive displacement compressor can be widely used in air conditioning, refrigeration, vacuum and various gas compression, etc., and the other is expected to replace the traditional types of small compressors. scroll compressor is mainly composed of a fixed scroll 、an orbiting scroll and antirotation .Compressor design has the following key issues: First, wrap the type of line selection and correction; the second is the selection of basic parameters; Third, the design of anti-autobiography institutions; Fourth, the design of dynamic balance; Fifth bearings choice; Sixth, the crankshaft and check the strength of tooth surface vortex; seventh, lubricating moving parts of the body and the whole seal design. The compressor Involute circle, anti-autobiography organizations to adopt cross ring, using direct-attached drive, the machine uses pressure lubrication. Keywords: scroll compressor body type line balancing anti-autobiography.一、概論渦旋壓縮機原理于 1905 年由法國工程師克拉斯( Cruex) 發(fā)明并在美國申請了專利 。之后近 70 年都沒有得到更深入的研究和發(fā)展。其原因在于其重要性未被充分認識, 客觀上則由于尚沒有高精度的渦旋型線加工設(shè)備。70 年代的能源危機和數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展給渦旋壓縮機的發(fā)展帶來了機遇。渦旋壓縮機是一種新型、節(jié)能、省材和低噪的容積式壓縮機。該機主要原理是利用動、靜渦旋齒的相對公轉(zhuǎn)運動形成閉死容積的連續(xù)變化,實現(xiàn)壓縮氣體的目的,主要用于空調(diào)、制冷、一般氣體壓縮及汽車發(fā)動機增壓器和真空泵小型往復式壓縮機。與同容零件數(shù)少、無易損件、可靠性好。沖擊韌性均均勻等,可以取代傳統(tǒng)的中、量的往復式壓縮機，與之相比,其效率可提高 10 % , 重量減輕 15 % , 體積減少 40 % , 噪聲減少 5～6 dB , 且零部件減少 85%。渦旋壓縮機以其自身的優(yōu)點被廣泛應用于制冷空調(diào)領(lǐng)域和其它特殊領(lǐng)域。二、壓縮機的總體方案設(shè)計及方案評比2.1 基本機構(gòu)2.1.1 渦旋定子和渦旋轉(zhuǎn)子渦旋定子的中心有排氣孔，而吸氣口開在端面外側(cè)或側(cè)面，周邊與機身緊固；渦旋轉(zhuǎn)子的背側(cè)設(shè)有渦旋轉(zhuǎn)子配重，使整個渦旋轉(zhuǎn)子質(zhì)心正好在渦旋轉(zhuǎn)子的中心上，另外，在渦旋轉(zhuǎn)子的端板上設(shè)一對凹塊與十字連接環(huán)相配合，渦旋轉(zhuǎn)子的傳動軸設(shè)在渦旋壁的基圓中心。2.1.2 防自轉(zhuǎn)機構(gòu)為了使渦旋轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)平動必須設(shè)有防自轉(zhuǎn)機構(gòu)，此處用到的自轉(zhuǎn)機構(gòu)是由一面圓環(huán)與上下互為正交的十字形凹槽構(gòu)成，凹槽與渦旋轉(zhuǎn)子背側(cè)的凹塊相滑配，當曲軸帶著渦旋轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)是，使渦旋轉(zhuǎn)子只能公轉(zhuǎn)而不能自轉(zhuǎn)，從而使機構(gòu)能正常工作。2.1.3 曲軸渦旋壓縮機的曲軸的曲柄很小相當于一凸輪軸，為了平衡渦旋轉(zhuǎn)子的慣性力與力矩，在主軸頸上套有平衡鐵，這一偏心距很小的曲軸來驅(qū)動運動渦旋盤。2.2 工作原理渦旋壓縮機能夠正常工作的條件就是動渦盤與靜渦盤在壓縮腔內(nèi)能夠嚙合。常見的渦旋型線有基圓漸開線、正多邊形漸開線、線段漸開線、半圓漸開線、阿基米德螺旋線、代數(shù)螺旋線、變徑基圓漸開線、包絡(luò)型線、以及通用型線等。由于圓的漸開線容易加工, 并且該型線的壓縮機有良好的工作性能, 所以目前應用的型線以圓漸開線為主。固定渦旋盤和運動渦旋盤相互交插組裝在一起，兩者相互之間有 180°相差，因而彼此間在幾條直線上接觸并形成兩組月牙行的空腔。壓縮機的吸氣口在固定渦旋的外側(cè)，當曲軸驅(qū)動運動渦旋盤順時正時針方向轉(zhuǎn)動時，氣體就被從渦旋體外側(cè)吸入并被封閉在月牙行的空腔中，隨著接觸點沿著渦線向中心移動時，月牙行空腔的容積逐漸的縮小，其中氣體壓力逐漸提高。曲軸大約轉(zhuǎn)動 2.5 轉(zhuǎn)，被壓縮的氣體就通過定渦旋中心處的排氣孔排走。由于曲軸每轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)，都有一對月牙行的空腔形成，所以壓縮機的吸氣-壓縮-排氣過程被連續(xù)不斷的重復。在壓縮機運行時，其排氣流量是不變的。而且，由于排氣孔與低壓側(cè)不直接相連，壓縮機上可以不設(shè)有氣閥。三、基本性能參數(shù)的確定及其計算根據(jù)任務(wù)書及其技術(shù)要求確定電動機了型號、基圓半徑、齒高、齒厚、回轉(zhuǎn)半徑、漸開線的初始角以及壓縮功率等。四、主要零部件的受力分析及其強度計算4.1 氣體力的分析為了進行渦旋壓縮機零件的強度、剛度及其平衡的計算。必須分析渦旋盤在回轉(zhuǎn)過程過程中所受力與力矩，作用在渦旋盤上的力主要有氣體力、慣性力及其摩擦力，并且由此產(chǎn)生的徑向力、法向力、軸向力。氣體作用在渦旋轉(zhuǎn)子的切向力為各壓縮室氣體垂直作用于曲軸上的合力，即各工作腔氣體垂直作用與曲軸并與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反的合力。徑向力是指垂直于曲軸的平面內(nèi)，方向與曲軸方向一致并垂直于切向力方向的氣體力。軸向力是指垂直與渦旋盤軸向截面的氣體力合力渦旋壓縮機的各同名壓縮腔都是對稱的, 所以動、靜渦旋盤上承受著相同的氣體力。作用在靜渦旋盤上的氣體力最終傳遞到殼體上, 引起壓縮機的振動和噪聲 , 作用在動渦旋盤上的氣體力直接影響著壓縮機的容積效率和機械效率。所以說渦旋壓縮機一個關(guān)鍵的技術(shù)就是氣體力的平衡。軸向氣體力平衡是渦旋壓縮機關(guān)鍵技術(shù)之一。五、設(shè)計過程中的問題說明5.1 渦旋轉(zhuǎn)子由于渦旋線是不對稱的基圓漸開線其中心不在渦線的基圓中心，因此，必須平衡質(zhì)心這需要在渦盤的背面配重或去重，渦旋壓縮機的壓縮腔有一定的徑向、軸向的間隙，這些間隙必須采取有效的密封措施。5.2 渦旋定子其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運動渦盤基本相同，不同的是在渦旋定子的中心開有排氣孔。進氣口的大小 尺寸的確定要兼顧其齒高、進氣速度等因素。排氣口的確定是個難點，它的大小尺寸及其形狀要考慮效率等諸多因素。此外，散熱片的設(shè)計亦不可小覷。5.3 曲軸曲軸在設(shè)計過程中要考慮其外行尺寸及其材質(zhì)問題，此外，還應考慮其熱處理工藝要求，在設(shè)計過程中確定其尺寸時要兼顧其強度、剛度等力學性能以及與軸承、聯(lián)軸器等標準件配合時的相互影響、相互制約的問題，還要考慮軸上零件的定位、裝配問題。所以在設(shè)計的過程要兼顧諸多要素盡量做到合理。5.4 支架體支架體在渦旋壓縮機中是起到支撐、保護的作用，在設(shè)計中采用灰鑄鐵鑄造的方法。在滿足強度要求的前提下，盡量減小其體積和重量。另外，支架體還要設(shè)計潤滑油路和通孔使整個機器有較好的潤滑系統(tǒng)。5.5 十字滑環(huán)要考慮動盤的結(jié)構(gòu)和尺寸以及支架體上與之相配的結(jié)構(gòu)來設(shè)計。六、研究展望綜觀目前渦旋壓縮機研究現(xiàn)狀和應用情況, 對今后幾年渦旋壓縮機的研究發(fā)展方向歸納為: (1) 降低渦旋壓縮機的加工成本,主要是渦旋盤的加工。尋找加工復雜但具有良好性能型線的 簡單方法。 (2) 研究新的環(huán)保型制冷劑對渦旋壓縮機結(jié)構(gòu)的新要求(3) 增大渦旋壓縮機的功率范圍,拓寬其應用領(lǐng)域,特別是研究其變頻特性以及在空調(diào)熱泵中的應用。(4) 改進壓縮機的平衡機構(gòu),特別是軸向氣體力的平衡。減少氣體的泄漏 ,減少機械摩擦損失, 從而提高渦旋壓縮機的工作效率和可靠性。參考文獻[1] 卜嘯華 渦旋壓縮機[J][2] 楊可楨，程光蘊 機械設(shè)計基礎(chǔ)[J] 高等教育出版社，2004[3] 濮良貴，紀名剛 機械設(shè)計[M] 高等教育出版社，2002[4] 吳宗澤，羅圣國 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M] 高等教育出版社。1998[5] 杜桂榮 渦旋壓縮機的防自轉(zhuǎn)機構(gòu)[J] 甘肅工業(yè)大學出版社[6] 郁永章 容積式壓縮機技術(shù)手冊[M] 機械工業(yè)出版社[1] 包麗萍,楊延釗,韋學臣,等. 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