《制冷压缩机》第5章 涡旋式制冷压缩机

立式结构高压壳体腔 全封闭式涡旋压缩机
2. 总体结构
优点： （1）采用排气冷却电机，减少吸 气过热度，提高压缩机效率。 （2）机壳中是高压排气，减少排 气压力脉动，振动、噪声都小。 （3）设有背压腔平衡轴向力，并 使轴向密封可靠。 （4）采用压差供油方式简单可靠。 缺点： （1）电动机处于高温环境中，影 响其寿命和效率。 （2）轴向间隙的密封力较大，摩 擦耗功较大。
动涡旋体中心位于静涡旋体中心的右侧，涡旋外圈部分 刚好封闭，此时最外圈两个月牙形空间充满气体，完成了吸 气过程。
随着曲轴转动，动涡旋体作回转平动，动静涡旋体保持 良好啮合，外圈两个月牙形空间中的气体不断向中心推移， 容积不断缩小，压力逐渐升高，进行压缩过程。
当两个月牙形 空间汇合成一个中 心腔室并与排气孔 相通时，压缩过程 结束，开始进入排 气过程，直至中心 腔室的空间消失， 排气过程结束。
PWM阀开启 压缩机在卸载状态 电磁阀打 开时，定涡旋 盘向上移动， 压缩容积为零, 无制冷剂流量 通过，此过程 称为卸载状态； 无回气
无排气
变容量原理
循环周期=负Hale Waihona Puke Baidu时间+卸载时间
数码涡旋 压缩机输 出容量可 通过调节 负载和卸 载的时间 比例进行 控制
变容量原理
需要100%的容量 20×100%=20秒 负载20秒
3. 特点
（1）效率高：吸气、压缩、排气过程是单向连续进行的， 吸入气体的有害过热小；相邻工作腔间的压差小，气体泄漏 少；没有余隙容积，不存在引起容积效率下降的膨胀过程， 因此容积效率高。且动涡旋体运动速度低，摩擦损失小；没 有吸（排）气阀，气体流动损失也小。 （2）力矩变化小，振动小，噪声低：一对涡旋体中几个月 牙形空间可同时进行压缩过程，故使曲轴转矩变化小，压缩 机运转平稳。又因吸气、压缩、排气连续进行，排气压力脉 动很小，振动噪声也很小。 （3）结构简单，体积小，重量轻，可靠性高：构成压缩室 的零件数目少，因此体积小，质量轻；没有吸排气阀，易损 件少，轴向径向的柔性密封机构可避免液击破坏，可靠性高。 其最高转速可达13000r/min。
9 2 7 2 2 2
（3）中心压缩室①的投影面积
* 及型 它与排气开始角
线最初一段的修正情况 有关。
中心压缩室容积
V 1 S 1h
二、吸气容积
当动涡旋体转角θ＝0°时，最外圈压缩室容积定 义为吸气容积。若涡旋式压缩机有N对压缩腔,吸 气容积计算式为： 第i压缩室容积: Vi P P 2t h 2i 1
四、内压缩
1. 压力（容积）随转角的变化曲线
0-1 吸气过程 1-2 吸气闭合阶段（敞开容积由大变小直至闭合） 2-4 压缩过程 4-5 残留气体混合 压力-转角曲线（P-θ） 5-6 排气过程 容积-转角曲线（V-θ）
工作过程
动涡旋体 静涡旋体 动涡旋体中心 静涡旋体中心
动涡旋体中心位于静涡旋体中心的右侧，涡旋外圈部分 刚好封闭，此时最外圈两个月牙形空间充满气体，完成了吸 气过程。
即数码控制变容量涡旋压缩机，基于谷轮“柔性”设计 专利，10%-100%连续可调。 原理： 利用变容量控制 原理，通过压缩 机的动、静涡旋 盘离合来控制系 统制冷剂流量， 从而达到控制系 统能量输出，系 统更节能、可靠。
PWM阀的作用
高压区
PWM阀关 高低压区不导通
低压区
数码涡旋压 缩机顶部有一个 PWM 数码容量 调节电磁阀， 它 通过压力控制压 缩机动、静涡旋 盘的离合来实现 卸载或负载
随着曲轴转动，动涡旋体作回转平动，动静涡旋体保持 良好啮合，外圈两个月牙形空间中的气体不断向中心推移， 容积不断缩小，压力逐渐升高，进行压缩过程。
当两个月牙形 空间汇合成一个中 心腔室并与排气孔 相通时，压缩过程 结束，开始进入排 气过程，直至中心 腔室的空间消失， 排气过程结束。
数码涡旋——变容量调节新技术
涡旋内外壁渐开 线方程分别以 和 初始角构 成。
涡旋参数
基圆半径 r 渐开线起始角 涡旋体壁厚 t 2r 涡旋体节距 p 2r 涡旋体高 h 压缩腔室对数 N 涡旋圈数 m N 1 / 4
两涡旋体构成的压缩室投影面积
二、压缩室容积
① ② ③
将两个相同涡旋参 数的涡旋体中的一个旋 转180°，再平移回转 半径R=0.5(P-2t)=r(动涡 2 )距离，使两涡旋体 旋体 相互相切接触，可形成 静涡 旋体 若干对月牙形空间，此 圈数为3.25时形成的3对月 即涡旋压缩机的压缩室 牙形面积, 规定其构成的压 容积。
气体泄漏的种类
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。
特点
由于从吸气开始到排气结束需经过动涡旋 体的多次回转平动才能完成，因此其转矩较均 衡，气流脉动也小，振动小，噪声低。又由于 各月牙形空间之间的压差较小，故泄漏少。进 排气分别在涡旋的外侧和内侧，减轻了吸气加 热；涡旋压缩机余隙容积中的气体没有向吸气 腔的膨胀过程，且不需要进气阀，因此容积效 率高，可靠性高。
若商家设定循 环周期为20s
变容量原理
需要80%的容量
20×80%=16秒
负载16秒
变容量原理
需要30%的容量 20×30%=6秒
负载6秒
数码涡旋压缩机的优势
1、容量调节广，温度调节迅速 （1）变频压缩机的调节范围在50%-130%，数码涡旋压 缩机是在10%-100%。（2）变频压缩机的容量输出是通 过变频器分级达到，而数码涡旋通过负载和卸载时间的改 变获得，容量能迅速从100%转换至10%（反之亦然）， 不需分步实现，属于连续和无级的调节。（3）变频压缩 机必须通过中间频率，从低频到高频或反之的转换过程中 存在时间的滞后量，当系统内的负荷突然发生变化时，变 频系统无法立即响应负荷的变动，使得室温的波动较大， 而数码涡旋技术的无级调节和宽广的调节范围确保了室内 空气温度的精确控制。
2. 总体结构
低压气体从机壳顶部吸气管1直 接进入涡旋体四周，封在月牙 形容积中，然后被压缩； 高压气体由静涡旋体5的中心排 气孔2进入排气腔4，并通过排 气通道6被导入机壳下部去冷却 电动机11，与润滑油分离后由 排气管19排出； 十字联接环18是上、下两面设 置互相垂直的两对凸键的圆环， 其作用是防止动涡旋体倾斜和 自转。背压腔8的作用是平衡轴 向力和力矩。
当i N , 0时, Vs =Vi=N
吸气容积为


Vs P P 2t 2N 1 h
三、输气量
1. 理论输气量qvt
qvt 60nVs 60n P( P 2t )(2 N 1)h
2. 实际输气量qva
3. 容积效率ηv
qva V qvt
PWM阀的作用
活塞结构
活塞可以上下移 动，活塞结构可 带动定涡旋盘上 下移动。
PWM阀的作用
高压区 低压区 有排气
PWM阀关闭
压缩机在负载状态 电磁阀闭合 ，定涡旋盘处于 原位啮合，即普 通涡旋压缩机运 行时状态，压缩 机容量为100％ ，制冷剂全部通 过压缩机，此过 程称负载状态。 有回气
与低压区导通，也成为低压区 活塞两侧形成压差 活塞往上移动
制冷压缩机
第五章
涡旋式制冷压缩机
§5-1 工作原理、总体结构及其特点
涡旋式制冷压缩机是20世纪80年代才发展起 来的一种新型容积式压缩机，它以其效率高、体 积小、质量轻、噪声低、结构简单且运转平稳等 特点，被广泛用于空调和制冷机组中。 但由于涡旋体加工困难、轴向力不能稳定平 衡、防自转机构不灵活、轴向和径向密封机构不 完善等原因，在发明初期并未得到应用。
静涡旋体最外 侧开有吸气孔, 并在顶部端面 中心位置开有 排气孔，压缩 机工作时气体 制冷剂从吸气 孔进入动静涡 旋体间最外圈 的月牙形空间, 随着动涡旋体 的运动，气体被逐渐推向中心空间，其容积不断缩小而压 力不断升高，直至与中心排气孔连通，高压气体被排出压 缩机。
工作过程
动涡旋体 静涡旋体 动涡旋体中心 静涡旋体中心
§5-2 热力过程分析
一、涡旋体型线
涡旋体型线可以用螺旋线， 也可以是线段、正多角形、或圆 的渐开线。从加工的角度出发， 多采用圆的渐开线，它是一条用 无限短的的圆弧连接、曲率连续 变化的曲线。
圆渐开线方程
x r cos sin y r sin cos
V V pTl
容积效率
V V pTl
无余隙容积中气体向吸气腔的膨胀过程，容积系数 v＝1（即涡旋式压缩机的余隙对输气量无影响）； 无吸气阀，吸气为吞吸式，吸气压力损失小，压力 系数p ＝1； 中心室与吸气室通过中间压缩室隔开，余隙中的高 温气体不会回流到吸气室加热吸入气体，加之转速高， 因此温度系数T较高，近似有T ＝1； 由于涡旋式压缩机各圈压缩空间的压力差不大，因 此泄漏量较小且为内泄漏（泄漏量受轴向和径向间隙大 小影响，尤其轴向间隙影响较大），在密封完善时泄漏 更小； 其容积效率在0.95以上。
缩室由最内向外排定序号为 ①②③室）
（1）渐开线与基圆所围面积
dS
1 2 3 S r 6 （2）各压缩室的投影面积 （以室②为例） 压缩室容积:由动涡盘的内壁 面型线L2和静涡盘的外壁面 型线S2组成。L2和S2与基圆 所围的面积分别为：
1 r 2 d 2
2 1 2 3 1h 2 32( S P)hP Pt P i t 1 3 h V S 22 h V2L 2 S2Lr SSL2 2 r 2 )(3 ) 第i压缩室容积 S22S 2 5 i 2 S2S 2 r 2 3 ( S 6 6
1. 工作原理
涡旋压缩机由动涡旋体 4、静涡旋体3、偏心曲轴8、 机座5、防自转机构7等零部 件组成。动涡旋体和静涡旋 体的涡线呈渐开线形状，安 装时使两者中心线距离一个 回转半径e，相位差180°,这 样两盘啮合时，与端板配合 形成一系列月牙形柱体工作 容积，即基元容积。
工 作 原 理
动涡旋体以静涡旋体的中心为旋转中心，并以一定的旋 转半径作无自转的回转平动，外圈月牙形空间便会不断向中 心移动，使基元容积不断缩小。
3. 特点
（4）涡旋体型线加工精度非常高，必须采用专用的精密加 工设备，密封要求高，密封机构复杂，因此限制了其普遍 应用。
压缩室内压力比变化
转矩比变化曲线
4. 发展趋势及研究现状
（1）涡旋体型线的研究开发：目的是提高压缩机性能和效 率。其研究内容有中心腔涡旋线的修正；采用变基圆半径渐 开线；采用混合基圆半径渐开线或代数螺旋线；双涡旋体型 线等。 （2）扩大容量、变频调节 ：目的是在增加单机制冷能力的 同时，使之具备良好的制冷量调节能力。 （3）扩大应用范围：开发低温领域用涡旋式制冷压缩机、 涡旋式真空泵、涡旋式空气压缩机、涡旋式发动机等。 （4）深入理论研究：围绕涡旋式压缩机工作过程的计算机 仿真，对结构进行优化设计。
工作过程
涡旋压缩机的工作过程仅 有进气、压缩、排气三个过程, 而且是在主轴旋转一周内同时 在不同的月牙形空间中进行的, 外侧空间与吸气口相通，始终 处于吸气过程，内侧空间与排气口相通，始终处于 排气过程，而上述两个空间之间的月牙形封闭空间 内，则一直处于压缩过程。因而可以认为吸气和排 气过程都是连续的。不同的涡旋圈数，压缩过程的 转角不同，涡旋圈数愈多转角愈大。
立式结构高压壳体腔 全封闭式涡旋压缩机
2. 总体结构
特点： （1）机壳中是低压吸气，吸气过 热度大，但电机冷却较好。 （2）设轴向推力轴承平衡轴向力， 设密封条进行轴向密封。 （3）采用离心液压泵供油，因机 壳中为吸气压力，油压也是低压。 （4）设有油雾阻止板，防止起动 时油雾进入压缩机。
立式结构低压壳体腔 全封闭式涡旋压缩机