滚动转子压缩机的设计

一、设计条件

设计题目：设计一台家用空调全封闭滚动转子式制冷压缩机

要求：热力计算和动力计算(转子受力分析)，做出结构简图

设计条件：汽缸直径D（mm）：54

相对气缸长度μ：0.8

相对偏心距τ：0.09

滑片厚度b≥2e

相对余隙容积c：1.2％

吸气孔口前边缘角β：30~35°

转速n：2980r/min

制冷剂：R410a：

计算四种工况：标准工况；T0＝5ºC；T1＝15ºC；

T k＝55ºC；T4＝50ºC；

最大压差工况；T0＝－5ºC；T1＝15ºC；

T k＝50ºC；T4＝45ºC；

最大轴功率工况；T0＝－5ºC；T1＝15ºC；

T k＝45ºC；T4＝40ºC；

设计工况：T0＝7.2ºC；T1＝18.3ºC；

T k＝54.4ºC；T4＝46ºC；

二、滚动转子示意图

转子轴向长度L=D*μ=54*0.8=43.2mm

偏心距e=R*τ=0.5D*τ=0.5*54*0.09=2.43mm

转子的半径r=R-e=0.5*54-2.43=24.57mm

滑片厚度b取2e，则b=2e=2*2.43=4.86mm

吸气孔口前边缘角β：32°

吸气后边缘角α：22°

排气后边缘角γ：32°

排气前边缘角φ：22°

三、热力计算

1.四种工况的温度表，如下

T0（℃）T1（℃）T k（℃）T4（℃）标准工况 5 15 55 50

-5 15 50 45 最大压差工

况

-5 15 45 40 最大轴功率

工况

设计工况7.2 18.3 54.4 46

各种工况循环的p-h图：

2. 热力计算，如下表：

R410a

标准工况 最大压差工况 最大轴功率工况 设计工况 MPa /p p 0s 1= 0.932 0.680 0.680 0.996 MPa /p p dk 2= 3.396 3.033 2.701 3.351 压力比=

εso

dk

p p 3.644

4.460

3.972

3.364

）（13s01kg m /v v -•=

0.030 0.044 0.044 0.029 ）（132kg m /v -• 0.009 0.011 0.012 0.009 ）（11kg kJ /h -•

435.51 439.52 439.52 437.41 ）（12kg kJ /h -• 473.48 486.55 482.75 473.10 ）（14kg kJ /h -•

292.19 280.72 270.02 282.96 等熵指数κ=γ=

v

p c c =1.16由r410a

的性质经计算求得

1.16

1.16

1.16

1.16

压缩多变指数)

/ln()

/ln(2112v v p p n =

1.074 1.078 1.062 1.036

工质单位质量制冷量

）

（1

-41m 0kg kJ /h h q •-=

143.32 158.80 169.50 154.45

单位等熵压缩功

）

（1

-12ts kg kJ /h h •-=

ω

37.97

47.03 43.23 35.69

理论容积输气量

）（1322

vt h m /)d (D 4

60q -•-=L n

π 3.04

3.04

3.04

3.04

容积系数⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=

111

v k so dk p p c λ 0.97 0.97 0.97 0.98

压力系数p λ

（通常认为p λ近似等

于1）

1 1 1 1

温度系数T λ（通常，当压力比ε=2~8时，T λ=0.95~0.82，压力比高时取下

限）

0.90 0.90 0.90 0.90

泄漏系数l λ（转速为3000r/min 时，

l λ约为0.82~0.92范围）

0.88 0.88 0.88 0.88

回流系数h λ（一般近似取1） 1 1 1 1 容积效率h l T p v v λλλλλη=

0.77 0.77 0.77 0.78 实际质量输气量

)h /(kg v q q 1-'

1

vt

v ma •=

η

78.03

53.20

53.20

80.72

制冷量/kW 3600

q

q Q om ma o =

3.106

2.347

2.505

3.463

等熵压缩功率/kW 3600

q P ts ma ts ω

=

0.823 0.695 0.639 0.800

s so d

dk

p -p p p ∆∆+='ε其中

dk d s p 1.0p 0p =∆=∆，

4.008 4.906 4.369 3.701

指示效率)1(1

)

1(1

1n '1l T i ----=--n

n n

εεκκλληκκ

0.77 0.78 0.78 0.78

指示功率i

ts i P

P η=

1.07 0.89 0.82 1.03

机械效率m η（m η=0.40~0.85）

0.8 0.8 0.8 0.8 电动机效率m o η（小冰箱≤

mo η0.65，

商用制冷机8.0mo ≤η） 0.7

0.7

0.7

0.7

电效率mo m i el ηηηη=

0.60 0.50 0.46 0.58 电功率kW //P P el ts el ）（η=

1.37

1.39 1.39 1.38 性能系数（相对功率）el 0el P Q COP =

2.27

1.69

1.80

2.51

四、 转子受力分析

1）压缩过程中基元容积内的气体压力

n

s p p ]

2sin 25.0sin )1()5.0)(2(2sin 25.0sin )1()5.0)(2([

0θτθτθπτβτβτβπτθ+-+--+-+--=

2）作用于滚动转子上的气体力合力