《制冷压缩机》第4章_滚动转子式制冷压缩机解析
各类型空气压缩机优缺点功能解析
各类型空气压缩机优缺点功能解析1. 活塞式空气压缩机当活塞式空气压缩机的曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。
活塞式空气压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到更大时为止，进气阀关闭;活塞式空气压缩机的活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。
当活塞式空气压缩机的活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。
总之，活塞式空气压缩机的曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。
活塞空气压缩机的优点(1)不论流量大小，都能得到所需要的压力，排气压力范围广，更高压力可达320MPa(工业应用)，甚至700MPa，(实验室中);(2)单机能力为在500m3/min以下的任意流量;(3)在一般的压力范围内，对材料的要求低，多采用普通的钢铁材料，加工较容易，造价也较低廉;(4)热效率较高，一般大、中型机组绝热效率可达0.7~0.85左右;(5)气量调节时，适应性强，即排气范围较广，且不受压力高低影响，能适应较广阔的压力范围和制冷量要求;(6)气体的重度和特性对空气压缩机的工作性能影响不大，同一台空气压缩机可以用于不同的气体;(7)驱动机比较简单，大都采用电动机，一般不调速，可维修性强;(8)活塞空气压缩机技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验;活塞空气压缩机的缺点：(1)结构复杂笨重，易损件多，占地面积大，投资较高，维修工作量大，使用周期较短，但经过努力可以达到8000小时以上;(2)转速不高，机器体积大而重，单机排气量一般小于500m3/min;(3)机器运转中有振动;(4)排气不连续，气流有脉动，容易引起管道振动，严重时往往因气流脉动、共振而造成管网或机件的损坏;(5)流量调节采用补助容积或旁路阀，虽然简单、方便、可靠，但功率损失大，在部分载荷操作时效率降低;(6)用油润滑的空气压缩机，气体中带油需要脱除;(7)大型工厂采用多台空气压缩机组时，操作人员多或工作强度较大。
转子式压缩机原理
制冷压缩机系列讲座（十四）：滚动转子式压缩机I —工作过程和结构特点信息来源：中国制冷空调技术网 更新日期： 2008-9-16关键词：制冷压缩机，滚动转子式压缩机，工作过程和结构特点工作过程和结构特点一、 工作过程滚动转子式压缩机类属回转式压缩机。
20世纪70年代后在国内外有较大的发展，如国内产生的小型全封闭滚动转子式制冷压缩机GZ2型、YZ型、QXW型、QDX型等已被选用于家用空调器、电冰箱和商业制冷装置。
GZ2型的制冷工质为R22，在2820r/min的空调工况下制冷量约为3kW。
国外产品有美国的K型，德国的GL型，日本的SG、SH型、X型、A型及CRH型，还有瑞士的RI型等等。
图14-1 滚动转子式制冷压缩机主要结构示意图滚动转子式制冷压缩机主要由气缸、滚动转子、偏心轴和滑片等组成，如图14-1所示。
圆筒形气缸2的径向开设有不带吸气阀的吸气孔口和带有排气阀的排气孔口，滚动转子3（亦称滚动活塞）装在偏心轴4上，转子沿气缸内壁滚动，与气缸间形成一个月牙形的工作腔，滑片7（亦称滑动挡板）靠弹簧的作用力使其端部与转子紧密接触，将月牙形工作腔分隔为两部分，滑片随转子的滚动沿滑片槽道作往复运动，端盖被安置在气缸两端，与气缸内壁、转子外壁、切点、滑片构成封闭的气缸容积，即基元容积，其容积大小随转子转角变化，容积内气体的压力则随基元容积的大小而改变，从而完成压缩机的工作过程。
图14-2 滚动转子式压缩机工作过程示意图二 压缩机的工作过程1.几个特征角度及其对工作过程的影响 用的连线表示转子转角1OO θ的位置，转子处于最上端位置时，气缸与转子的切点T 在气缸内壁顶点，此时θ＝0。
图14-2表示了滚动转子式压缩机的几个特征角。
（1）吸气孔口后边缘角α（顺时针方向）可构成吸气封闭容积，θα=时吸气开始，α的大小影响吸气开始前吸气腔中的气体膨胀，造成过度低压或真空；（2）吸气孔口前边缘角β 它的存在会造成在压缩过程开始前吸入的气体向吸气口回流，导致输气量下降。
第4章 滚动转子式制冷压缩机
第四频调节 旁通调节 多机并联调节 变频调节
例如对热泵型空调机，人们往往希望启动后应尽 快达到暖房室温，因此要求压缩机高速运转；当 温度达到预定温度时，若仍高速运转，不仅功率。 消耗大，还会增加压缩机开停次数．使室内温度 变化幅度增大，不但不舒适，而且由于断续运转 也增加了热损失，因而要求降低压缩机转速，使 之与室内暖房负荷能协调运行。上述要求可采用 变频压缩机来解决。右图给出采用变颠调节 的热泵空调机运行特性，启动时压缩机高速运转，快速接近暖房设定温度，当室内温度趋 向适合温度时．压缩机低速运转，可减少开停次数，并使室温变化很小，达到既节能又舒 适的目的。 Principles and Equipments of Refrigeration
立式 双缸 全封 闭滚 动转 子式 压缩 机
变频 式双 缸全 封闭 滚动 转子 式压 缩机
Principles and Equipments of Refrigeration
第四章 滚动转子式制冷压缩机
2）卧式全封闭滚动活塞式制冷压缩机
其供液压泵是由安装在 主轴承上的吸油流体二 极管11、安装在辅轴承 上的排油流体二极管9及 供油管6组成，润滑油借 助滑片8的往复运动经吸 油流体二极管11被吸人 泵室，通过排油流体二 极管9排入供油管6中。 再进入曲铀1的轴向油道， 通过径向分油孔供应到 需要润滑的部位 对于卧式压缩机，由于结构上的变化，使贮油部位离轴端较远，不能利用轴的 离心输油方法。卧式压缩机一般可利用吸、排气压差供油及排气输送式供油。
Principles and Equipments of Refrigeration
第四章 滚动转子式制冷压缩机
与往复式压缩机有所不同的是：滚动转子式压缩机的膨胀过程在极短时间内完 成，加之制冷工况的压力比较高，可认为膨胀过程是绝热的，膨胀过程指数为k； 且相对余隙c相对往复式压缩机小得多，因而λV的值比往复式压缩机大。
第四章滚动转子式制冷压缩机
x
2rx
sin 2
1
4
1 2
rx2 1
sin1
滑片局部放大
b
矩形面积
弦顶面积
吸气缸横截面积： As As Ax
O’ B
压缩和排气缸横截面积：
α1
x
Ad Ap As
A
气缸工作横截面积： Ap R2 r 2
l2
l1
吸气和压缩容积的变化关系
转子长度
Vs
1 2
R2
2
R2
1
sin
1 4
滚动转子式压缩机的泄漏系数较往复压缩机的小。
5.回流系数
吸气结束
T
O1
o
压缩开始
T O1
o
在 30 ~ 35的范围容积变化较小
h 1
三、压缩过程
对多变压缩过程：
pVn ps0Vn
T
O1
o
压缩开始
ps0 ,V
状态点
压缩结束
O
或排气开始 T O1
p ,V
O
p ,V
压缩过程中的压力—转角关系
PAM—pulse-amplitude modulation (pulse height)
交流变频器结构
空调用变频器多采用: 电压源型脉宽调制方式 特点: 1）保持U / f 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(频响特性)，即转矩不随转速变化，只随 负荷而变。2）主电路简单，负荷响应好。
Fg 2
1 2
Lb p
ps0 Lbpb
往复惯性力 Fj ma j
p ps0
Fs
1 2
Lb p
ps0
Lbpb
涡旋式压缩机与滚动转子式压缩机的比较-制冷大场
涡旋式压缩机与滚动转子式压缩机的比较随着社会发展，人类对生存环境的舒适性要求也越来越高，所以提高压缩机的压缩效率和工作可靠性、开发应用节材、节能型压缩机就成为制冷技术发展的主要方向之一，第三代制冷与空调用压缩机---涡旋式压缩机就是在这种背景下应运而生并得到广泛应用、并在众多的商用空调系统中取代传统的第一、二代压缩机而占据主导地位，而滚动转子式压缩机（第二代压缩机）由于其相对较低的制造成本和相对较高的性能在小容量（3HP以下）空调机组中仍占据主要地位。
本文就涡旋式压缩机和滚动转子式压缩机在空调技术上的具体应用及有关性能进行具体比较。
涡旋压缩机是靠气体容积减小而使压力升高的一种压缩机，是一种借助于容积的变化来实现气体压缩的流体机械，这一点与往复式压缩机相同；涡旋式压缩机是通过主轴旋转带动工作转子运动来改变压缩机容积，以达到吸气、压缩和排气的目的，它的主要部件动涡盘的运动，是在偏心轴的直接驱动下进行的，这一点又与旋转式压缩机相同；但涡旋式压缩机的压缩腔，既不同于往复式的又不同于旋转式的，故把它称做新一代容积式压缩机即第三代压缩机，该型压缩机具有非常高的效率，比第二代压缩机转子压缩机效率高5％左右。
涡旋压缩机中的主要部件是两个形状相同但角相位置相对错开180°的渐开线涡旋盘，其一是固定涡旋盘，而另一个是由偏心轴带动，其轴线绕着固定涡旋盘轴线做公转的绕行涡旋盘。
工作中两个涡旋盘在多处相切形成密封线，加上两个涡旋盘端面处的适当密封，从而形成好几个月牙形气腔。
两个涡旋盘间公共切点处的密封线随着绕行涡旋盘的公转而沿着涡旋曲线不断转移，使这些月牙形气腔的形状大小一直在变化。
压缩机的吸气口开在固定涡旋盘外壳的上部。
当偏心轴顺时针旋转时，气体从吸气口进入吸气腔，相继被摄入到外围的与吸气腔相通的月牙形气腔里。
随着这些外围月牙形气腔的闭合而不再与吸气腔相通，其密闭容积便逐渐被转移向固定涡旋盘的中心且不断缩小，气体被不断压缩而压力升高。
制冷压缩机第4章 涡旋式制冷压缩机
4.2涡旋式压缩机的啮合原理与型线
涡旋体型线：圆的渐开线
x r[cos( ) sin( )] y r[sin( ) cos( )]
内壁渐开线方程：
xi r[cos(i ) i sin(i )] yi r[sin(i ) i cos(i )]
为目前较新型的制冷压缩机，广泛用于1~15 kW(5 ~ 70kW) 功率范围的空调制冷机组，。
4.1工作原理、总体结构及其特点
4.1.1涡旋式压缩机的工作原理和工作过程
1.工作原理
动涡旋体 静涡旋体 曲轴 机座 防自转机构
1.工作原理
基元容积：
螺旋型动、静 两个涡旋盘相 错180o对置而 成，它们在几 条直线(在横 截面上为几个 点)上接触并 形成一系列月 牙形容积
知识扩展
内泄漏
指压缩机各压缩腔之间,压缩腔与背压腔之间的气体泄 漏。表现为高压气体向低压腔泄漏,再从低压腔压力压缩 到泄漏前压力,造成重复压缩消耗功率。内泄漏直接结果 为增加功耗；
外泄漏
指压缩机在吸气过程中与外界(大于吸气压力的高压气 体)进行气体交换。高压气体进入到吸气腔内膨胀,并占 据空间,使得实际吸气量减少。外泄漏不仅使功耗增加, 而且还减少吸入气体量,使排气量减少和制冷量降低。
力矩变化小，振动小，噪声低
压缩过程较慢，并可同时进行两三个压缩过程，机器运转平稳，且曲 轴转动力矩变化小，其转矩为滚动转子式和往复式的1/10；
气体基本连续流动，吸、排气压力脉动小，因此振动、噪声小。
结构简单，体积小，重量轻，可靠性高
构成压缩室的零件数与滚动转子式及往复式之 比为1:3:7，其体积比往复式小40％，重量轻 15％；
制冷压缩机-滚动转子式 2011
电效率
反映电动机输入功在压缩机中利用的完善程度。全封闭滚动 转子式压缩机的电效率比较低，通常在0.4～0.55的范围内。
生物系统热科学与技术研究所
生物系统热科学与技术研究所
生物系统热科学与技术研究所
生物系统热科学与技术研究所
生物系统热科学与技术研究所
特点
滚动转子式压缩机与往复活塞式压缩机相比， 具有下列特点：
零部件少，结构简单 易损零件少，运行可靠 在相同的冷量情况下，压缩机体积小、重量轻、运转平衡 没有吸气阀片，阻力小，吸气过热小；余隙容积小，输气系 数较高 加工精度要求较高 密封线较长，密封性能较差，泄漏损失较大 单缸的转矩峰值大，需平衡。
转子与气缸的切点T达到 位置时，存有的高压气体的 气缸容积； 排气阀下方排气孔的容积； 排气孔入口处气缸被削去部分的容积。由于排气孔口具有一 定的宽度和排气阀占据的空间，在气缸内形成余隙容积，当 转角口转至4 ， 时，余隙容积与其后处于吸气的基元容积 经排气孔口连通，余隙容积内残留的高压气体膨胀，使吸入 的新鲜气休减少。
生物系统热科学与技术研究所
四、目前发展趋势
变频压缩机的发展
变频压缩机采用变频调速技术进行能量调节，使其制冷量与系统负荷协调变 化，并使机组在各种负荷条件下都具有较高的能效比。 具有节能、舒适、启动快速、温控精度高及易于实现自动控制等优点，受到 世人瞩目。
双缸滚动转子式压缩机的发展
为平衡压缩机转子的不平衡惯性力，已研制双转子滚动转子压缩机，该压缩 机的两个汽缸相差180°对称布置，可以使负荷扭矩的变化趋于平稳。
滚动转子式压缩机的技术状况及发展
（ 编辑 矫 龙 ）
统一规定为报关地， ３ 出１报检地仍为商柃
机卡规定的地点 勾
施以来， 随着国家经济体制和对々贸易的 ｝ ’
改革和发展， 特别是根据近午来 家几次
２ ｏ 年第６ ０ 期 家用电器科技 ． ， １ ．
维普资讯
及润滑油的泄漏、 吸气加热损失、 余隙中
的气体膨胀等因素， 建立滚动转子式压缩
贞
俊
厂商纷纷投资研究提高滚动转子式压缩 机的数学模型来指导设计。 根据压缩机运
优化零部件的 机的性能。 目前， 改进滚动转子式压缩机 行过程中参数的变化规律，
技术规范的强制性要求进行检验”并删除 ，
近十几年来， 我国相继颁布实施了一系列
同时原商检执法实践中出现的新情 检验 ” 。
况、 新问题， 在此次修改《 商检法》 中也从
下列四个方面做出相应修改：
一
与《 商检法》 密切相关的法律，商检法》 《 的
一
是关于进出口商品报检主体。 增加
势和要求。从我国加入世贸通过的法律文 占全部条款的 １ 这其中涉及法律问题 ０ ％。
运期限内完成， 现在改为在国家商检部门
口商品认证同国内产品认证实施统一的 统一规定 的期 限内完成 。 管理制度 ， 解决了非国民待遇问题。
六是关于保密问题。按照 Ｔ Ｔ协定 Ｂ
四是关于出厂前的监督检验。 取消了 已不再执行的驻厂员制度 ， 修改为：根据 “ 出口商品进行出厂前的质量监督管理和 此次《 商检法》 的修订具有重要的意
手续的代理人应当在商检机构进行注册
交授权委托书。” 二是关于报检的地点。 进口报检地点
登记； 办理报检手续时应当向商检机构提 我国政府均做出了修改的承诺。
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第四章
滚动转子式 制冷压缩机
§4-1 工作过程和结构特点
滚动转子式压缩机是一种容积型回转 式压缩机，它是利用气缸工作容积的变化 来实现吸气、压缩和排气过程的。
1. 工作原理
组成：气缸、滚动转子、 偏心轴、滑片等。
弹簧
滑片
滚动转子装在偏心轴 气缸 上，转子沿气缸内壁滚动， 与气缸间形成月牙形的工 作腔，滑片靠弹簧作用力 转子 使其端部与转子紧密接触， 曲轴 将月牙形工作腔分隔为两 部分，滑片沿滑片槽做往 复运动。气缸内壁、转子 外壁、切点、滑片构成基 元容积，容积内气体压力 随转角变化。
则r R e R1 e R , 1
设计时一般R和相 对偏心矩τ作为结 构参数确定下来
滚动转子式压缩机运动机构示意图
1. 滑片的运动规律
根据几何关系，滑片与转子触点的运动关系：
运动位移:
1 x R 1 cos sin 2 2 1 1 c R sin sin 2 2 1
2. 工作过程
由上述的工作过程可以看出： （1）转子回转一周，将完成上一工作循环的压 缩和排气过程，及下一工作循环的吸气过程。 （2）由于不设吸气阀，吸气开始的时机与气缸 上吸气孔口位置有严格的对应关系，不随工况的 变化而变动。 （3）由于设置了排气阀，压缩终了的时机将随 排气管中压力的变化而变动。
§4-2 主要热力性能参数
前提假设： 1. 滑片只做上下往 复运动； 2. 不计滑片厚度， 与转子的接触点 始终在坐标轴上 移动； 3. 不计排气阀下面 排气孔所占容积。
滚动转子式压缩机运动机构示意图
一、气缸工作容积的变化规律
1. 滑片的运动规律
与曲柄——连杆机 构相似。 令 e r , e R ,
立式结构
排气管 吸气管 储液器的作用：气液 分离、储存制冷剂和 润滑油、缓冲吸气压 力脉动。 电机冷却：机壳内充 储液器 满高压气体，吸气直 接进入压缩机，减少 平衡块 了吸气过热，排气温 度不高，可冷却电机。 离心式供油。 吸气管 固定方式：气缸与机 壳焊接在一起。
消声器
滚动转子式压缩机的特点
（1）变频压缩机
（2）双缸滚动转子压缩机
4. 发展趋势
特点： 动力平衡性好， 双转子使负荷扭 矩的变化平缓， 减振，适用于大 功率。 固定方式：气缸 和电机热套在机 壳上，气缸与机 壳焊接。
4. 发展趋势
（3）提高压缩机的经济性及可靠性 借助电子计算机对压缩机工作过程的性能仿真，主要部 件结构如轴承、滑片、滚动转子、排气阀等结构的特性 分析，以及噪声和振动的仿真。可对压缩机的经济性和 可靠性、噪声和振动进行预测，并通过完善这些预测手 段。对满足各种要求的滚动转子式压缩机进行优化设计。 （4）降低噪声 为了减少由于滚动转子式压缩机与机壳焊接成整体结构 带来噪声的不利影响，首先从振动方面入手减少曲轴及 轴承的振动，改进压缩机与机壳的连接系统，开发各种 新型消声结构和排气阀等。
运动速度:
运动加速度:
a R cos cos 2 1
2
2. 气缸容积变化规律
气缸的工作容积 Vp是气 缸内壁与转子外圆间形 成的月牙形面积 Ap 与转 子长度L的乘积。 V p Ap L R 2 r 2 L 滑片将气缸容积分为吸气 容积 Vs 和压缩容积Vd
Ax 0 不计滑片厚度时，
压缩和排气缸横截面积：
Ad Ap As
2. 气缸容积变化规律
1 2 1 1 2 Vs R 2 R 1 sin sin 2 Ax L 4 2 2
Vd R r L
二、输气量及其影响因素 理论容积输气量: qvt 60nVp
1．零部件少，结构简单
2．易损零件少，运行可靠
3．没有吸气阀片，余隙容积小，输气系数较高 4．在同工况下，压缩机体积小、重量轻，运转平衡 5．加工精度要求较高 6．密封性能较差，泄漏损失较大 7. 气缸容积利用率低
回油管
4. 发展趋势
消声孔
消声孔
特点： 1. 变频调速进行无级能量 变频电机 调节：频率调节范围30~120 Hz，转速1600~6200rpm. 2. 对转速范围宽的适应性： 滑片 采取一些减振和消声措施。 排气阀 平衡块降低高速时引起的振 动。曲轴的表面处理。 平衡块 3. 固定方式：气缸与机壳 焊接在一起。
2 2
1 2 1 1 2 R 2 R 1 sin sin 2 Ax L 4 2 2
若不计滑片厚度，则
Ax 0
吸气和压缩容积的变化曲线
结论：①余隙容积很小； ②吸排气孔口位置； ③相对偏心距τ影响气缸利用率。
2. 工作过程
几个特征角及其影响
(1) 吸气孔口后边缘角
(2) 吸气孔口前边缘角
(3) 排气开始角
(4) 排气孔口后边缘角
(5) 排气孔口前边缘角
容积—转角、压力—转角图
V V
P
p
0
2
4
3. 主要结构形式及特点
滚动转子式制冷压缩机主要是小型全封闭式，卧式 多用于冰箱，立式多用于空调。 供油机构：靠吸 主轴承 排气消声器 油和排油二极管 将油从底部吸入 通过供油管供油。 排气消声器：由 辅轴承和薄钢板 组成的空腔组成。 固定方式：主轴 承与机壳焊成一 体。 吸油二极管 卧式结构 排油二极管
Vp Vs Vd
2. 气缸容积变化规律
吸气缸横截面积 1 1 1 As R 2 2 R 2 1 sin sin 2 Ax 2 4 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ax 为计滑片厚度时，滑片伸入气缸中所占据的面积： 1 2 2 1 Ax b x 2rx sin rx 1 sin 1 4 2