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南京凱爾利尼冷凍機械有限公司
主營產(chǎn)品： 防爆冷水機價格,一體式冷水機,水冷螺桿工業(yè)冷水機組,水冷螺桿式低溫冷水機組 |
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2017-5-26 閱讀(2100)
旋渦壓縮機結(jié)構(gòu)、工作過程及主要特點
渦旋壓縮機是一種容積式壓縮的壓縮機，壓縮部件由動渦旋盤和靜渦旋組成。
其工作原理是利用動、靜渦旋盤的相對公轉(zhuǎn)運動形成封閉容積的連續(xù)變化，實現(xiàn)壓縮氣體的目的。
主要用于空調(diào)、制冷、一般氣體壓縮以及用于汽車發(fā)動機增壓器和真空泵等場合，可在很大范圍內(nèi)取代傳統(tǒng)的中、小型往復(fù)式壓縮機。
基本結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)特點
兩個具有雙函數(shù)方程型線的動渦盤和靜渦盤相錯180°對置相互嚙合，其中動渦盤由一個偏心距很小的曲柄軸驅(qū)動，并通過防自轉(zhuǎn)機構(gòu)約束，繞靜渦盤作半徑很小的平面運動，從而與端板配合形成一系列月牙形柱體工作容積。
特點：利用排氣來冷卻電機，同時為平衡動渦旋盤上承受的軸向氣體力而采用背壓腔結(jié)構(gòu)，另外機殼內(nèi)是高壓排出氣體，使得排氣壓力脈動小，因而振動和噪聲都很小。
背壓腔如何實現(xiàn)軸向力的平衡？
動渦旋盤上開背壓孔，背壓孔與中間壓力腔相通，從背壓孔引入氣體至背壓腔，使背壓腔處于吸、排氣壓力之間的中間壓力。通過背壓腔內(nèi)氣體作用于動渦旋盤的底部，從而來平衡各月牙形空間內(nèi)氣體對動渦旋盤的不平衡軸向力和力矩。
高壓外殼的特點：
1、吸氣溫度加熱損失少；
2、排氣脈動?。?/span>
3、啟動時冷凍機油發(fā)泡。
低壓外殼的特點：
1、吸氣溫度易過熱；
2、壓縮機不易產(chǎn)生液擊；
3、內(nèi)置電動機效率較高。
數(shù)碼渦旋壓縮機
采用“軸向柔性”浮動密封技術(shù)，將一活塞安裝在頂部訂渦旋盤處，活塞頂部有一調(diào)節(jié)室，通過0.6mm直徑的排氣孔和排氣壓力相連接，而外接PWM閥（脈沖寬度調(diào)節(jié)閥）連接調(diào)節(jié)室和吸氣壓力。PWM閥處于常閉位置時，活塞上下側(cè)的壓力為排氣壓力，一彈簧力確保兩個渦旋盤共同加載。PWM閥通電時，調(diào)節(jié)室內(nèi)排氣被釋放至低壓吸氣管，導致活塞上移，帶動頂部定渦旋盤上移，該動作使動、定渦旋盤分隔，導致無制冷劑通過渦旋盤。
用于冷凍系統(tǒng)中的系統(tǒng)流程圖：
對壓縮過程進行中間補氣的經(jīng)濟器運行方式，是解決渦旋壓縮機在低溫工況下運行時，由于壓比過高導致排氣溫度過高的有效方法。
渦旋壓縮機的工作過程
渦旋壓縮機在主軸旋轉(zhuǎn)一周時間內(nèi)，其吸氣、壓縮、排氣三個工作過程是同時進行，外側(cè)空間與吸氣口想通，始終處于吸氣過程，內(nèi)側(cè)空間與排氣口想通，始終處于排氣過程。
渦旋壓縮機的特點
優(yōu)點：
相鄰兩壓縮室壓差小，可使氣體泄漏量減少。
由于吸氣、壓縮、排氣過程是同時連續(xù)進行，故壓力上升速度較慢，因此轉(zhuǎn)矩變化幅度小、振動??；同時沒有余隙容積，故不存在引起容積效率下降的膨脹過程。
無吸、排氣閥，效率高，可靠性高，噪聲低。
由于采用柔性結(jié)構(gòu)，抗雜質(zhì)和液擊能力強，一旦壓縮腔內(nèi)壓力過高，可使動盤與靜盤端面脫離，壓力立即得到釋放。
機殼內(nèi)腔為排氣室，減少了吸氣預(yù)熱，提高了壓縮機容積效率。
由于壓縮氣體由外向內(nèi)運動，可進行噴液冷卻和中間補氣，實現(xiàn)經(jīng)濟器運行。
缺點：
渦旋體型線加工精度非常高，其端板平面的平面度、端板平面與渦旋體側(cè)壁面的垂直度須控制在微米級，必須采用的精密加工設(shè)備以及的調(diào)心裝配技術(shù)。
限制其應(yīng)用范圍：目前僅用于功率在1~15kW的空調(diào)器中密封要求高，密封機構(gòu)復(fù)雜。由于無氣閥，壓縮腔內(nèi)部會形成過壓縮和欠壓縮。
發(fā)展趨勢：
1.渦旋體型線的研究開發(fā)：單一型線、修正型線、組合型線、通用型線。
2.擴大制冷容量：變頻渦旋機、數(shù)碼渦旋機、雙作用渦旋機、雙機共用同一機殼渦旋機等。
3.擴大應(yīng)用范圍：開發(fā)低溫用渦旋機、渦旋式真空泵、渦旋式空壓機、渦旋式發(fā)動機等。
4.理論研究進一步深入：計算機模擬及優(yōu)化設(shè)計，建立各種模型（如各種泄露模型、傳熱模型、摩擦損失模型等）排氣孔口的形狀和位置，背壓孔的大小、位置及背壓壓力的高低等，并進行動力學分析。
雙轉(zhuǎn)子與渦旋壓縮機的比較
壓縮機構(gòu)
R410A適用型
技術(shù)課題 | 雙轉(zhuǎn)子構(gòu)造 | 渦旋構(gòu)造 |
壓差增加 | 密封部的間隙化對應(yīng)可能（有利） | 密封部多，泄漏損失降低少（不利） |
技術(shù)課題 | 雙轉(zhuǎn)子構(gòu)造 | 渦旋構(gòu)造 |
軸負荷增加 | 缸體高度降低對應(yīng)可能（有利） | 翅高降低會使軸負荷降低，但軸方向負荷會增加（不利） |
節(jié)能性
雙轉(zhuǎn)子構(gòu)造 | 渦旋構(gòu)造 | |
R410A適用性 | 有利 | 不利 |
節(jié)能性 | 無論低壓縮比、高壓縮比時都節(jié)能 | 固定壓縮比時節(jié)能 |
某品牌轉(zhuǎn)子壓縮機技術(shù)
高壓腔與低壓腔渦旋壓縮機特點比較
高壓腔與低壓腔渦旋壓縮機的劃分，主要是對全封閉渦旋壓縮機中，電機所處在的工作環(huán)境溫度進行區(qū)分。
電機處于排氣側(cè)（殼體內(nèi)為排氣壓力），稱為高壓腔（一般以HITACHI為代表)；
電機處于回氣側(cè)（殼體內(nèi)為回氣壓力） ，稱為低壓腔（一般以COPELAND為代表）。
兩種結(jié)構(gòu)的渦旋壓縮機，與其結(jié)構(gòu)對應(yīng)具有相應(yīng)的特點，且各具優(yōu)缺點。
高壓腔渦旋壓縮機結(jié)構(gòu)
低壓腔渦旋壓縮機結(jié)構(gòu)
優(yōu)缺點：
高壓腔結(jié)構(gòu) | 低壓腔結(jié)構(gòu) | |
優(yōu) 點 | 具有較大的排氣緩沖容積，振動小，輸氣均勻； 吸氣預(yù)熱小﹑容積效率高(直接吸氣)； 潤滑得到可靠保證(可以采用壓力供油潤滑)； 壓縮機中可以有較多的潤滑油起良好的潤滑﹑冷卻及液體阻塞作用； 直接吸氣不存在液體制冷劑對潤滑油膜的破壞作用； 承受軸向氣體力的能力較好,螺釘只起緊固作用； | 吸氣段具有較大的緩沖容積； 電機的工作環(huán)境較好(低溫﹑低壓)； 殼體大部分低壓,氣密性及受力較好； 抗液擊的能力較強，對進入管道中的異物﹑雜質(zhì)抵抗能力較強； |
缺 點 | 較小的吸氣緩沖容積,吸氣消音效果較差； 抗液擊的能力較差； 高壓殼體對氣密性及強度要求較高； 電機工作環(huán)境惡劣，直接吸氣容易因雜質(zhì)﹑異物損壞壓縮機； | 較強的吸氣預(yù)熱造成容積效率下降； 較小的排氣緩沖容積,噪音﹑振動較大； 壓縮機中油量必須嚴格控制,潤滑密封效果較差； 液體制冷劑有可能破壞潤滑油膜,造成軸承潤滑惡化； 殼體內(nèi)高﹑低壓腔的存在，增加了密封的難度。 |
影響渦旋壓縮機性能的主要因素分析
動力功耗方面
造成渦旋壓塑機電動機輸入功率偏大的原因在實際工作過程中非常復(fù)雜，但主要有：（1）電機損耗過大，包括銅損、鐵損（與電動機材料和加工工藝有關(guān)）；（2）壓縮機工作過程引起的功率消耗等。
分析如下：
機械摩擦
壓縮機工作時，動、定盤之間，防自轉(zhuǎn)機構(gòu)與配合鍵槽之間，曲軸與主、副軸承之間接觸并發(fā)生相對滑動等，不可避免的產(chǎn)生摩擦損失。
動盤與定盤之間的摩擦損失
動、定盤間的摩擦損失指的是壓縮機工作腔內(nèi)的摩擦損失，主要有：
（1）動、定盤的渦旋線、齒頂、底面的加工精度、平面度、位置度等沒有達到要求造成。
（2）壓縮機整機含塵量較高，或固定塵埃(如焊渣、加工余屑等)顆粒直徑過大造成。從而造成壓縮機工作腔內(nèi)異常摩擦，嚴重時甚至影響壓縮機正常工作。
防自轉(zhuǎn)機構(gòu)與各配合鍵槽之間的摩擦損失
防自轉(zhuǎn)機構(gòu)主要用于防止動盤自轉(zhuǎn)運動，在壓縮機工作過程中，防自轉(zhuǎn)機構(gòu)在機架和動盤上分別沿垂直方向上與鍵槽滑動配合，在滑動過程中產(chǎn)生滑動摩擦損失。
（1）十字鍵或鍵槽的垂直度、平行度、光潔度、平面度超差較大時，會增大摩擦，加大功耗；
（2）立式渦旋壓縮機防自轉(zhuǎn)機構(gòu)是直接與機架上的支撐面接觸的，故在運動過程中也會產(chǎn)生摩擦損失。
曲軸與主、副軸承之間的摩擦損失
電動機驅(qū)動力是通過曲軸轉(zhuǎn)動，從而通過軸承帶動動盤旋轉(zhuǎn)來完成吸氣、壓縮、排氣的過程。
由于曲軸中心線與滑動軸承的中心線重合非常困難，而且由于加工誤差和裝配誤差的影響，曲軸和軸承常常是偏心的，因而產(chǎn)生的摩擦損失也是必然的。
潤滑油的影響
運動部件各摩擦面、嚙合面都必須有足夠的潤滑，才能保證壓縮機安全、可靠、的工作，潤滑不良，會加劇運動部件的磨損。
在制冷壓縮機中,不論是強制還是自然冷卻，潤滑油總是在冷卻后由上油孔或上油管進入各摩擦面，吸收十字環(huán)、工作腔、軸承等處的熱量，隨高壓氣體經(jīng)排氣口排出，從而保證壓縮機正常工作。
流體阻力
動盤運動引起的流動阻力損失
當動盤旋轉(zhuǎn)時,因其背面受中間壓力腔中流體(包括氣體、氣體和潤滑油的混合物)阻礙,會產(chǎn)生流動阻力損失,阻力大小與動盤背部結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、旋轉(zhuǎn)角度及流體密度有關(guān)。
平衡塊的流動阻力損失
平衡塊所在空間是具有一定壓力的氣體、潤滑油或潤滑油和氣體的混合物,當平衡塊隨曲軸一起旋轉(zhuǎn)運動時,會產(chǎn)生阻力損失,阻力大小與平衡塊幾何尺寸、流體擾動系數(shù)、粘度、密度等有關(guān)。
吸、排氣阻力損失
氣體流動時,由于氣體內(nèi)部的摩擦以及氣體與管壁之間的摩擦，而導致流動阻力損失。
當氣體通過吸氣管道和吸氣逆止閥時，產(chǎn)生阻力損失，使吸氣壓力降低和吸氣比容升高，從而降低壓縮機的實際排氣量,降低了容積效率；同樣，排氣孔口處的流動阻力，使得壓縮機實際排氣壓力升高，而使功耗增加。
氣體的泄漏
氣體泄漏種類
氣體泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏兩種。
內(nèi)泄漏：指壓縮機各相鄰壓縮腔之間，壓縮腔與背壓腔之間的氣體泄漏，表現(xiàn)為高壓氣體向低壓腔泄漏，再從低壓腔壓力壓縮到泄漏前壓力，造成重復(fù)壓縮消耗功率，所以內(nèi)泄漏直接結(jié)果為增加功耗。
外泄漏：指壓縮機在吸氣過程中與外界(大于吸氣壓力的高壓氣體)進行氣體交換，導致高壓氣體進入到吸氣腔內(nèi)膨脹，并占據(jù)空間，使得實際吸氣量減少，即外泄漏不僅使功耗增加，而且還減少吸入氣體量，使排氣量減少和制冷量降低。
泄漏通道：
內(nèi)泄漏
渦旋壓縮機中，內(nèi)泄漏的發(fā)生途徑主要有工作腔之間的泄漏，工作腔與背壓腔之間的泄漏，安全閥孔泄漏等。
工作腔之間的泄漏：
徑向泄漏：氣體或潤滑油中溶解的工質(zhì)通過軸向間隙產(chǎn)生的泄漏(圖1)。
周向泄漏：氣體或潤滑油中溶解的工質(zhì)通過徑向間隙產(chǎn)生的泄漏(圖2)。
工作腔與背壓腔之間的泄漏：
中間壓力腔與背壓腔之間通過中間壓力孔造成氣體或潤滑油中溶解工質(zhì)的泄漏(圖3)。
背壓腔與動盤端板通過它們之間的密封造成氣體或潤滑油中溶解工質(zhì)的泄漏(圖4)。
外泄漏：主要是指由于定盤吸氣孔O型環(huán)密封性差，導致高壓氣體進入吸氣腔的泄漏(圖5)。
吸氣預(yù)熱
吸入氣體受壓縮機機體或環(huán)境加熱，使吸入氣體比容增加，實際吸氣量減小，壓縮機的制冷量降低，功耗增加。
有資料表明：吸氣預(yù)熱每增加3℃，壓縮機的能效比就下降1% 。
影響渦旋壓縮機性能的因素錯綜復(fù)雜的，它包括設(shè)計、制造和使用等各個環(huán)節(jié)，除以上分析的因素外，另外吸油管攪油損失，氣體流動摩擦損失，動、定盤材料熱膨脹系數(shù)的影響，動、定盤齒高選配等。
