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涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

涡旋压缩机是一种容积式压缩的压缩机,压缩部件由动涡旋盘和静涡旋组成。其工作原理是利用动、静涡旋盘的相对公转运动形成封闭容积的连续变化、实现压缩气体的目的。

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

涡旋压缩机主要用于空调、制冷、一般气体压缩以及用于汽车发动机增压器和真空泵等场合,可在很大范围内取代传统的中、小型往复式压缩机。

基本结构‍‍

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

‍结构特点


两个具有双函数方程型线的动涡盘和静涡盘相错180°对置相互啮合,其中动涡盘由一个偏心距很小的曲柄轴驱动,并通过防自转机构约束,绕静涡盘作半径很小的平面运动,从而与端板配合形成一系列月牙形柱体工作容积。

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

特点:利用排气来冷却电机,同时为平衡动涡旋盘上承受的轴向气体力而采用背压腔结构,另外机壳内是高压排出气体,使得排气压力脉动小,因而振动和噪声都很小。

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

背压腔如何实现轴向力的平衡?


动涡旋盘上开背压孔,背压孔与中间压力腔相通,从背压孔引入气体至背压腔,使背压腔处于吸、排气压力之间的中间压力。通过背压腔内气体作用于动涡旋盘的底部,从而来平衡各月牙形空间内气体对动涡旋盘的不平衡轴向力和力矩。


高压外壳的特点:


1、吸气温度加热损失少;

2、排气脉动小;

3、启动时冷冻机油发泡。

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点


低压外壳的特点:


1、吸气温度易过热;

2、压缩机不易产生液击;

3、内置电动机效率较高。

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

数码涡旋压缩机


采用“轴向柔性”浮动密封技术,将一活塞安装在顶部订涡旋盘处,活塞顶部有一调节室,通过0.6mm直径的排气孔和排气压力相连接,而外接PWM阀(脉冲宽度调节阀)连接调节室和吸气压力。PWM阀处于常闭位置时,活塞上下侧的压力为排气压力,一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载。PWM阀通电时,调节室内排气被释放至低压吸气管,导致活塞上移,带动顶部定涡旋盘上移,该动作使动、定涡旋盘分隔,导致无制冷剂通过涡旋盘。

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

用于冷冻系统中的系统流程图:

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点


对压缩过程进行中间补气的经济器运行方式,是解决涡旋压缩机在低温工况下运行时,由于压比过高导致排气温度过高的有效方法。

涡旋压缩机的工作过程

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点


涡旋压缩机在主轴旋转一周时间内,其吸气、压缩、排气三个工作过程是同时进行,外侧空间与吸气口想通,始终处于吸气过程,内侧空间与排气口想通,始终处于排气过程。


涡旋压缩机的特点


优点:

相邻两压缩室压差小,可使气体泄漏量减少。

由于吸气、压缩、排气过程是同时连续进行,故压力上升速度较慢,因此转矩变化幅度小、振动小;同时没有余隙容积,故不存在引起容积效率下降的膨胀过程。

无吸、排气阀,效率高,可靠性高,噪声低。

由于采用柔性结构,抗杂质和液击能力强,一旦压缩腔内压力过高,可使动盘与静盘端面脱离,压力立即得到释放。

机壳内腔为排气室,减少了吸气预热,提高了压缩机容积效率。

由于压缩气体由外向内运动,可进行喷液冷却和中间补气,实现经济器运行。


缺点:

涡旋体型线加工精度非常高,其端板平面的平面度、端板平面与涡旋体侧壁面的垂直度须控制在微米级,必须采用专用的精密加工设备以及精确的调心装配技术。

限制其应用范围:目前仅用于功率在1~15kW的空调器中密封要求高,密封机构复杂。由于无气阀,压缩腔内部会形成过压缩和欠压缩。


发展趋势:


1.涡旋体型线的研究开发:单一型线、修正型线、组合型线、通用型线。

2.扩大制冷容量:变频涡旋机、数码涡旋机、双作用涡旋机、双机共用同一机壳涡旋机等。

3.扩大应用范围:开发低温用涡旋机、涡旋式真空泵、涡旋式空压机、涡旋式发动机等。

4.理论研究进一步深入:计算机模拟及优化设计,建立各种模型(如各种泄露模型、传热模型、摩擦损失模型等)排气孔口的形状和位置,背压孔的大小、位置及背压压力的高低等,并进行动力学分析。


双转子与涡旋压缩机的比较


压缩机构

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点


涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点
涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

高压腔与低压腔涡旋压缩机特点比较


高压腔与低压腔涡旋压缩机的划分,主要是对全封闭涡旋压缩机中,电机所处在的工作环境温度进行区分。

电机处于排气侧(壳体内为排气压力),称为高压腔(一般以HITACHI为代表);

电机处于回气侧(壳体内为回气压力) ,称为低压腔(一般以COPELAND为代表)。

两种结构的涡旋压缩机,与其结构对应具有相应的特点,且各具优缺点。


高压腔涡旋压缩机结构

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

低压腔涡旋压缩机结构

涡旋压缩机结构、工作过程及主要特点

优缺点:



高压腔结构

低压腔结构

具有较大的排气缓冲容积,振动小,输气均匀;

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