1、第四章第四章 滚动转子式制冷压缩机滚动转子式制冷压缩机掌握的主要内容掌握的主要内容1 1、工作原理、工作原理、基元容积和压力的变化关系基元容积和压力的变化关系2、热力性能热力性能3 3、受力分析、受力分析4 4、输气量调节、输气量调节第一节第一节 工作过程和结构特点工作过程和结构特点结构特点结构特点几个特征角及其影响：几个特征角及其影响：)1吸气孔口后边缘角吸气孔口后边缘角构成吸气封闭容积，构成吸气封闭容积，引起低压或真空引起低压或真空)2吸气孔口前边缘角吸气孔口前边缘角引起吸气回流引起吸气回流)3排气孔口后边缘角排气孔口后边缘角影响余隙容积的大小影响余隙容积的大小)4排气孔口前边缘角排气孔口
2、前边缘角构成排气封闭容积，构成排气封闭容积，造成再压缩。造成再压缩。)5排气开始角排气开始角决定了压缩比的大小决定了压缩比的大小工作过程工作过程切点的左侧切点的左侧,膨胀膨胀切点的右侧切点的右侧,压缩压缩排气结束排气结束排气开始排气开始吸气结束吸气结束吸气开始吸气开始压缩开始压缩开始O1OOT容积容积转角和压力转角和压力转角图转角图VVpP240主要结构形式及特点主要结构形式及特点立式结构立式结构消声器消声器平衡块平衡块储液器储液器吸气管吸气管排气管排气管离心泵油。离心泵油。固定方式：固定方式：气缸与气缸与机壳焊接在一起。机壳焊接在一起。储液器的作用：储液器的作用：气气液分离、储存制冷液分离、
3、储存制冷剂和润滑油、缓冲剂和润滑油、缓冲吸气压力脉动吸气压力脉动电机冷却：电机冷却：机壳内机壳内充满高压气体，吸充满高压气体，吸气直接进入压缩机，气直接进入压缩机，减少了吸气过热，减少了吸气过热，排气温度不高，冷排气温度不高，冷却电机却电机卧式结构卧式结构排气消声器：排气消声器：由辅轴承和薄由辅轴承和薄钢板组成的空钢板组成的空腔组成。腔组成。供油机构：供油机构：靠靠吸油和排油流吸油和排油流体二极管将油体二极管将油从底部吸入通从底部吸入通过供油管攻油。过供油管攻油。主轴承主轴承固定方式：固定方式：主轴主轴承与机壳焊成一承与机壳焊成一体。体。吸油二极管吸油二极管排油二极管排油二极管变频滚动式压缩机
4、变频滚动式压缩机3、固定方式：、固定方式：气缸气缸与机壳焊接在一起与机壳焊接在一起变频电机变频电机平衡块平衡块排气阀排气阀消声器消声器消声孔消声孔滑阀滑阀回油管回油管特点：特点：1、变频调速变频调速进行无级能量调节进行无级能量调节频率调节范围频率调节范围30120Hz，转速，转速16006200rpm.2、对转速范围宽的适、对转速范围宽的适应性：应性：采取一些减振采取一些减振和消声措施。平衡块和消声措施。平衡块降低高速时引起的振降低高速时引起的振动。曲轴的表面处理。动。曲轴的表面处理。双缸全封闭滚动转子式压缩机双缸全封闭滚动转子式压缩机排气管排气管吸吸气气管管双缸双转子双缸双转子排气消声器排气
5、消声器特点：特点：动力平衡性好动力平衡性好双转双转子使负荷扭矩的变子使负荷扭矩的变化平缓，减振，适化平缓，减振，适用于大功率。用于大功率。固定方式：固定方式：气气缸和电机热套缸和电机热套在机壳上在机壳上+气缸气缸与机壳焊接。与机壳焊接。滚动转子式压缩机的特点与趋势滚动转子式压缩机的特点与趋势适用于小型冰箱和空调适用于小型冰箱和空调。优缺点：优缺点：零部件少，尺寸紧凑，重量轻。效率对磨损和间隙敏感，气缸的利用率不高，压机和电机与机壳的刚性固定，减振更必要.变频压缩机变频压缩机：在日本，变频房间空调器是主流机型，容量范围在进一步扩大。双缸双转子式双缸双转子式：新机型，减小在低速范围内的振动。提高经
6、济性和可靠性提高经济性和可靠性：提高生产加工和装配技术，使装配间隙合适，最小化机械损失和气体压缩损失，开发高效率的电机。第二节第二节 主要热力性能参数主要热力性能参数一、气缸工作容积的规律一、气缸工作容积的规律滑片的运动滑片的运动滚动转子式压缩机运动机构示意图滚动转子式压缩机运动机构示意图RrTx,Rere令设计时一般设计时一般R和相对偏心矩和相对偏心矩作作为结构参数确定下来为结构参数确定下来1,1ReReRr则滑片的运动关系滑片的运动关系2sin121cos1Rx运动位移运动位移:2sin121sinRc运动速度运动速度:运动加速度运动加速度:2cos1cos2Ra根据几何关系，滑片与转子触
7、点根据几何关系，滑片与转子触点的运动关系：的运动关系：气缸容积变化规律气缸容积变化规律sdAd压缩机每转一微小压缩机每转一微小角度，吸气面积增角度，吸气面积增加一微小加一微小梯形面积梯形面积。ddRdRRdRxAds22212121212sin41sin122122RRAs不计滑片厚度时，吸气缸不计滑片厚度时，吸气缸横截面积：横截面积：d气缸容积变化规律气缸容积变化规律计滑片厚度时，滑片伸入气缸中所占据的面积：计滑片厚度时，滑片伸入气缸中所占据的面积：bOl2l1滑片局部放大滑片局部放大ABxrx111212sin214sin2xxxrrxbA矩形面积矩形面积弦顶面积弦顶面积压缩和排气缸横截面
8、积：压缩和排气缸横截面积：spdAAA气缸工作横截面积：气缸工作横截面积：22rRAp吸气缸横截面积：吸气缸横截面积：xssAAA吸气和压缩容积的变化关系吸气和压缩容积的变化关系LARRVxs212sin41sin122122转子长度转子长度LARRLrRVxd212sin41sin12212222若不计滑片厚度，则若不计滑片厚度，则0 xA吸气和压缩容积的变化曲线吸气和压缩容积的变化曲线设计特点设计特点:1:1、相对偏心距、相对偏心距影响气缸利影响气缸利用率，用率，2 2、吸排气孔口位置、吸排气孔口位置/LRVd2LRVs20360吸气口位置吸气口位置排气口位置排气口位置Re二、输气量及其影
9、响因素二、输气量及其影响因素1.1.理论容积输气量理论容积输气量:pVtnVq60LrRVp22气缸工作容积气缸工作容积:2.2.实际容积输气量实际容积输气量:VtVVaqqhlTpVV容积效率容积效率:滚动转子式滚动转子式压缩机的容积效率比压缩机的容积效率比往复式往复式压缩机的大压缩机的大.9.07.0V1)1)容积系数容积系数1110ksdkVppc滚动转子式压缩机的容积系数较往复式的大滚动转子式压缩机的容积系数较往复式的大1)1)在在=4-=4-时时,切点切点T T以上封存的容积以上封存的容积2)2)排气阀座孔的容积排气阀座孔的容积3)3)排气孔口附近及以上排气孔口附近及以上的气缸被削去
10、的部分的气缸被削去的部分(减小过度压缩减小过度压缩).).余隙容积小余隙容积小,膨胀过程膨胀过程短短,压比大压比大,绝热膨胀绝热膨胀.排气结束排气结束排气开始排气开始吸气结束吸气结束吸气开始吸气开始压缩开始压缩开始O1OOT余隙容积的组成余隙容积的组成:2.2.压力系数压力系数3.3.温度系数温度系数吸气通过吸气管直接进入气缸吸气通过吸气管直接进入气缸,因吸气管处于高温因吸气管处于高温高压的机壳中高压的机壳中,吸入气体仍被加热吸入气体仍被加热.82.095.0T滚动转子式压缩机无吸气阀滚动转子式压缩机无吸气阀,吸气压缩损失小吸气压缩损失小,压力系压力系数约为数约为1.1.1p4.4.泄漏系数泄
11、漏系数泄漏途径泄漏途径:1)1)转子与气缸的切点处、滑片与转子的接触转子与气缸的切点处、滑片与转子的接触点处的径向间隙。点处的径向间隙。2)2)转子两端面处的轴向间隙。转子两端面处的轴向间隙。3 3）滑）滑片两端面的轴向间隙。系数随转速变化。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。滚动转子式压缩机的泄漏系数较往复压缩机的小。5.5.回流系数回流系数压缩开始压缩开始To1O13530h的范围容积变化较小在吸气结束吸气结束To1O2 2+吸气回流过程吸气回流过程 压缩结束压缩结束或排气开始或排气开始O1OOT压缩开始压缩开始To1O压缩过程压缩过程Vp,Vp
12、,三、压缩过程三、压缩过程对多变压缩过程：对多变压缩过程：nsnVpVp0Vps,0状态点状态点 nspp2sin25.0sin15.022sin25.0sin15.020压缩过程中的压力压缩过程中的压力转角关系转角关系.,可求得排气开始角令dkpp 忽略排气阀阻忽略排气阀阻力和滑片厚度。力和滑片厚度。压缩结束压缩结束或排气开始或排气开始O1OOT对多变压缩过程：对多变压缩过程：nsnVpVp0压力压力转角曲线转角曲线PVVp0spdkpmaxVV240dV四、功率和效率四、功率和效率1.1.等熵功率等熵功率36000sdkmatshhqP2.2.指示功率指示功率itsiPP等功压缩指数n11
13、1111nnlTinn第三节第三节 受力分析及主要结构参数受力分析及主要结构参数一、转子的受力分析一、转子的受力分析To0sp吸气口吸气口排气口排气口gFAAT11OelrRpL11.作用于转子上作用于转子上的气体力的合力：的气体力的合力：01sgppLLF由几何关系：由几何关系：2sin211rL 对三角形对三角形AOO1有：有：1222cos2reer故故2cos121coscos1To0sp吸气口吸气口排气口排气口gFAAT11OelrRpL1利用关系：利用关系：2cos12sin,1,111 Rr可求得力的作用面宽度：可求得力的作用面宽度：2cos11cos1211 RL2cos11c
14、os1210sgppRLF1.气体力（气体力（N）气体力构成轴承的负荷并使转子弯曲气体力构成轴承的负荷并使转子弯曲2.阻力矩阻力矩(N.m)和飞轮矩和飞轮矩To0sp吸气口吸气口排气口排气口gFAAT11OelrRpL12)气体力产生的阻力矩气体力产生的阻力矩:lFMgg2cos11cos12212sin1Rel 2cos11cos1212102sgppLRM1)摩擦力产生的阻力矩摩擦力产生的阻力矩:nPMmif1119550摩擦功率摩擦功率总阻力矩：总阻力矩：fgMMM注意转子的旋转方向！注意转子的旋转方向！转子所受气体力和阻力转子所受气体力和阻力矩的变化曲线图矩的变化曲线图31060nmA
15、mPfeM曲线下的面积为压缩机的轴功率：曲线下的面积为压缩机的轴功率：dM排气开始时排气开始时峰值确定轴峰值确定轴承的最大负承的最大负荷荷阻力矩阻力矩驱驱动动力力矩矩JaMMd飞轮矩飞轮矩3.3.旋转惯性力及力矩的平衡旋转惯性力及力矩的平衡滚动转子滚动转子电动机转子电动机转子rxFrxF rxFxm0 xm0 xm 0 xr0 xr xrab1 1）单缸机的平衡）单缸机的平衡惯性力的平衡惯性力的平衡 rxrxrxFFF 惯性力矩的平衡惯性力矩的平衡bFaFrxrx 平衡块质量：平衡块质量：barrmmxxxx00 barrmmxxxx100注意：在平衡惯性力的同注意：在平衡惯性力的同时时,应平
16、衡力矩。质量应应平衡力矩。质量应加装在电机转子的两端。加装在电机转子的两端。2 2）双缸机的平衡）双缸机的平衡惯性力的（静）平衡惯性力的（静）平衡3241FFFF惯性力矩的（动）平衡惯性力矩的（动）平衡44223311LFLFLFLF若两转子的惯性力相等，则只需对力矩进行平衡若两转子的惯性力相等，则只需对力矩进行平衡4321,FFFF若343211143:LLrLLrmmm则平衡重为3r滚动转子滚动转子电动机转子电动机转子3F4F1F1m3m4m4r1rL12m2F2rL4L2L3二、滑片的受力分析二、滑片的受力分析滑片所受横向气体力滑片所受横向气体力01sgppxLF滑片所受纵向气体力滑片所
17、受纵向气体力bsgLbpppLbF0221sFbpjFp0spb1gF弹簧力弹簧力jjmaF 往复惯性力往复惯性力jbssFLbpppLbF021弹簧力保证滑片始终与转子接触弹簧力保证滑片始终与转子接触忽略摩擦力忽略摩擦力三、主要结构参数三、主要结构参数主要结构参数：气缸直径主要结构参数：气缸直径D、气缸（或转子）的长度、气缸（或转子）的长度L、转子相对偏心距、转子相对偏心距(=e/R)、相对气缸长度、相对气缸长度(=L/D)。结构参数根据热力计算确定。结构参数根据热力计算确定。1.1.气缸直径气缸直径DLrRVp22气缸工作容积气缸工作容积制冷量和工况已知，制冷量和工况已知，进行热力计算确定
18、进行热力计算确定DLReRrRe,1,参数间的关系：参数间的关系：3124pVD设计参数设计参数2.2.相对偏心距和相对气缸长度相对偏心距和相对气缸长度1 1）相对偏心距）相对偏心距的影响：的影响：2sin121cos1Rx滑片位移：滑片位移：01sgppxLF滑片侧面的气体力：滑片侧面的气体力：2cos11cos1210sgppRLF转子的气体力：转子的气体力：Rea)a)愈大，气缸的有效利用率愈大愈大，气缸的有效利用率愈大21222LrRLRVVBp则气缸利用率,Bb)b)愈大，滑片的气体力增加，而转子所受气体力愈小愈大，滑片的气体力增加，而转子所受气体力愈小1,gFx则gF则,2 2）相
19、对气缸长度）相对气缸长度的影响：的影响：DL1,)ggFFLa和则则周向泄漏量,)Lb0.125.0,16.011.0一般结论：选较大的结论：选较大的值有利值有利,但不宜过大但不宜过大.结论：选较小的结论：选较小的值有利值有利,但不宜过小但不宜过小.c)c)愈大，泄漏圆周长愈短，周向泄漏愈小。愈大，泄漏圆周长愈短，周向泄漏愈小。1,ReRrRe3 3 泄漏间隙泄漏间隙主要间隙：主要间隙：1 1）转子端面间隙）转子端面间隙 2 2）转子径向间隙）转子径向间隙3 3）滑片端面间隙）滑片端面间隙 4 4）滑片槽侧面间隙。）滑片槽侧面间隙。对滚动转子式压缩机，泄漏对性能和寿对滚动转子式压缩机，泄漏对性
20、能和寿命的影响是重要的！命的影响是重要的！间隙大，泄漏大，能效比小，间隙小，间隙大，泄漏大，能效比小，间隙小，摩擦功率大，能效比小。存在最佳间隙。摩擦功率大，能效比小。存在最佳间隙。因此因此,开发减小泄漏的新结构开发减小泄漏的新结构,如如摆转式滚动压缩机。摆转式滚动压缩机。Swing Compressor 摆转式压缩机摆转式压缩机特点特点: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.一、
21、变频调节一、变频调节特点：节能、舒适、启动快、温控精度高特点：节能、舒适、启动快、温控精度高,连连续调节续调节,且易实现自动化且易实现自动化.1.交流变频器调速交流变频器调速Alternating current inverter控制电路的调制方式控制电路的调制方式:脉宽调制脉宽调制和和脉幅调制脉幅调制变频器的型式变频器的型式:电流源型和电流源型和电压源型电压源型PWMpulse-width modulationPAMpulse-amplitude modulation(pulse duration)(pulse height)极数极数Psfn160转差率转差率感应感应(异步异步)电动机转速电
22、动机转速:Induction motor调节原理：调节原理：通过调节通过调节交流电频交流电频率来改变率来改变电机转速电机转速第四节第四节 输气量调节输气量调节交流变频器结构交流变频器结构频率调节范围：频率调节范围：30120Hz,转速：转速：16006200rpm空调用变频器多采用：空调用变频器多采用：电压源型脉宽调制电压源型脉宽调制方式方式特点特点：1）保持）保持U/f 约为恒定，使电动机的最大转矩在很宽的约为恒定，使电动机的最大转矩在很宽的频率范围内保持恒定频率范围内保持恒定(频响特性频响特性)，即转矩不随转速变化，只随，即转矩不随转速变化，只随负荷而变。负荷而变。2）主电路简单，负荷响应
23、好。）主电路简单，负荷响应好。微机部分微机部分(系统控制系统控制)数字信号控数字信号控制部分制部分(波型波型)整流器部分整流器部分(交流变直流交流变直流)逆变器部分逆变器部分(直流变交流直流变交流)M电动机电动机遥控器遥控器温度传感器温度传感器被控温度被控温度 电源电源（50/60Hz)交流变频器结构交流变频器结构调节原理：调整直流电机电调节原理：调整直流电机电枢的电压来改变电机转速。枢的电压来改变电机转速。UaU续流二极管续流二极管aI常数常数K周期性开闭开关周期性开闭开关电机电机.,)0(,)0(,电机转速可调的从而直流电源是可调整连续变化电枢电压的直流分量连续变化时不变当UUTTaTaU
24、U1aU2aUTPWM调速原理调速原理2.直流变频器调速直流变频器调速Direct current inverter直流变频器驱动直流电机直流变频器驱动直流电机调速范围：调速范围：15008250rpmUUTUdtTUTTa01直流电压直流电压3.3.变频调节带来的问题变频调节带来的问题（高速时）（高速时）4.4.杂质增加杂质增加5.5.噪声增加噪声增加1.1.运动部件的磨损增加运动部件的磨损增加 曲轴采用浸硫渗氮处理增加曲轴采用浸硫渗氮处理增加耐磨性耐磨性2.2.排气阀的流阻损失增加排气阀的流阻损失增加高速时高速时,排气量增加排气量增加,流速增加流速增加,因而流阻增加因而流阻增加,此外此外,
25、气体推力增加气体推力增加,使气阀弹簧力相对过软而延迟关闭使气阀弹簧力相对过软而延迟关闭,延迟关闭时所受气体力与弹簧力同方向延迟关闭时所受气体力与弹簧力同方向,且气体力较且气体力较大大,使阀片受较大的冲击力而破损使阀片受较大的冲击力而破损.采用特殊阀片材采用特殊阀片材料和高性能的气阀料和高性能的气阀.O1OOT3.3.润滑油循环率增加润滑油循环率增加 会降低换热性能增加压力损失。会降低换热性能增加压力损失。采取回油措施减少耗油量。采取回油措施减少耗油量。二、旁通调节二、旁通调节吸气吸气排气排气压缩腔压缩腔旁通孔旁通孔旁旁通通回回路路排气阀排气阀1.1.单缸机旁通调节单缸机旁通调节旁通孔的位旁通孔
26、的位置决定了调置决定了调节量的大小节量的大小.2.2.双缸机旁通调节双缸机旁通调节电磁阀电磁阀卸载阀卸载阀电磁阀控制卸载阀电磁阀控制卸载阀对右气缸吸气孔口对右气缸吸气孔口的关闭的关闭,卸载一个卸载一个气缸气缸,输气量减半输气量减半.3.3.多机并联调节多机并联调节通过调节停机台数来调节输气量通过调节停机台数来调节输气量.一、振动源与噪声源一、振动源与噪声源二、消减振动和降低噪声的措施二、消减振动和降低噪声的措施1.1.提高曲轴的动力平衡性提高曲轴的动力平衡性平衡质量应满足力平衡、力矩平衡和平衡质量应满足力平衡、力矩平衡和一阶振型平衡一阶振型平衡.系统振动具有本征模态，例两端固定的绳的速度的一系
27、统振动具有本征模态，例两端固定的绳的速度的一阶和二阶振型为：阶和二阶振型为：1n2n第五节第五节 滚动转子式制冷量压缩机的振动与噪声滚动转子式制冷量压缩机的振动与噪声1.1.振动源振动源:1):1)曲轴扭矩振动曲轴扭矩振动 2)2)旋转不平衡惯性力旋转不平衡惯性力 3)3)压力脉动压力脉动2.2.噪声源噪声源:1):1)电磁噪声电磁噪声 电磁力引起的振动电磁力引起的振动 2)2)制冷剂的气流噪制冷剂的气流噪声声 3)3)机械噪声机械噪声2.2.控制曲轴的旋转不均匀度控制曲轴的旋转不均匀度增加旋转质量的惯性矩增加旋转质量的惯性矩3.3.机壳的优化设计机壳的优化设计改善机壳的刚性、形状和材料改善机
28、壳的刚性、形状和材料4.4.消减气流脉动消减气流脉动 设置脉动衰减器、消声器设置脉动衰减器、消声器5.5.降低电磁噪声降低电磁噪声控制曲轴与定子间的偏心控制曲轴与定子间的偏心,以降低气隙间电磁失衡以降低气隙间电磁失衡的不均匀性的不均匀性.6.6.降低机械噪声降低机械噪声.改善气阀设计、控制摩擦副间的间隙，保持良好润滑改善气阀设计、控制摩擦副间的间隙，保持良好润滑8.8.有源噪声控制降噪方法有源噪声控制降噪方法Active noise controlPassive noise control通过噪声频谱分析，利用声学原理，产生反噪声的通过噪声频谱分析，利用声学原理，产生反噪声的干涉波，与噪声波相抵消。这是一种积极的噪声控干涉波，与噪声波相抵消。这是一种积极的噪声控制方法。该技术的优点是：在低频范围的消声量大、制方法。该技术的优点是：在低频范围的消声量大、体积小且不产生气体的阻力损失。体积小且不产生气体的阻力损失。7.7.降低停机过程中的振动和噪声降低停机过程中的振动和噪声通过切断控制系统控制在曲轴弱反转或突然停通过切断控制系统控制在曲轴弱反转或突然停止的转角范围内切断电动机电源止的转角范围内切断电动机电源(减小运转的惯减小运转的惯性加速度性加速度)
