涡旋式制冷压缩机
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Frx F1 F2 F3 Fo
'
' '
(m1 R1 m2 R2 m3 R3 mo Ro ) 2
F1-涡旋体离心力 F2-动涡旋体底盘离心力 Fo'-一次平衡离心力 F3-动涡旋体轴承离心力
2、惯性力二次平衡
设：平衡后涡旋体总质量为m，质心为R，
安装曲轴后，曲柄质量为m4，半径为R’
三、防自转机构
动涡旋体绕静涡旋体中心做无自转平动，需要设置防自转机构。
防自转机构有：十字联接环、球形联轴节、圆柱联轴节
1.
十字联接环
结构：十字联接环上DC 与机体槽连（可滑动） AB与动涡旋体连，
原理：使动涡旋体绕o2转动 特点：结构简单易磨损，
加工困难
2.
球形联轴节 结构：两几何形状相同孔板，
m1 h1s
1 2 m1 r h ( ) 2
2 2
s——涡旋体投影面积 1 3 2 2 2 s r r 3 ρ——比重（密度）
3）一次平衡质量mo’
涡旋体质量半径
R1 xm ym
2
2
平衡质量半径 R1` ' ' 力矩平衡方程 mo Ro m1 R1 平衡质量
Frxo e Frxo j Frx a Frx4 b
'' '' '
上述公式联立即可求出平衡质量m0“‘、m0"
密封与防自转机构分析
一、涡旋式压缩机的泄漏
1.
泄漏途径
1）由轴向间隙产生径向泄漏 2）由径向间隙产生周向泄漏
2.
泄漏长度 周相接触长度大，泄漏小 径相接触长度小，泄漏大 结论：
静体外渐开线夹角及面积 7 1 7 2 Ss2 (r ) 2 d 0～2静外 0 2 2
S2
7 2 9 2
源自文库
1 ( r ) d 2r 2 ( 2 )(3 ) 2 P＝2πr
V2 2 S 2 h P ( P 2t )(3 ) h
t＝2rα
b)对基元③： v 3 P( P 2t )(5 )h
P( P 2t )( 2 3 1 )h
c)对任一基元： vi P( P 2t )(i 2 1 )h d)对基元① ： v1 S1h
S11排气开始前后的面积
运动机构受力分析
涡旋体受力：气体力、惯性力、摩擦力 对压缩机影响：强度、刚度、摩擦、磨损、热力性能
一、切向力及阻力矩 1、 作用于涡旋体力：
切向力Ft： ⊥曲轴，沿旋转方向成矩Mt 径向力Fr： ⊥曲轴，沿旋转半径方向成矩Mr 轴向力Fa：
∥曲轴，沿轴方向成矩Ma
2、切向力：
Ft1 ( ) ( p1 p2 ) A
4、加工方法：展成加工方法
二、压气室容积及吸气室容积
在动、静涡旋体之间围成三对月牙形 工作基元其面积由标号①②③所示 压缩机工作时这三对工作基元由外 向里平面运动形成吸排气过程 工作基元的容积就是内外涡旋体所 围成的渐开线面积之差
1、渐开线与基圆所围面积：
1 1 ds (r )( rd ) (r ) 2 d 2 2
2、轴向柔性密封机构
方法：在涡旋体背面设置波形弹簧， 设柔性止推环，在涡旋体顶面开油沟。 二、径向密封机构： 采取措施：
形成动～静涡旋体系在一起形成密封
1.
单圆曲柄径向密封机构
o1—曲柄圆转中心，o2—涡旋体中心， o3—曲柄柄体中心， 依靠曲柄销9与轴承8间的轴承间隙4
控制动静涡旋体的接触情况。
方法：用两质量为mo’’和mo’’’进行平衡
各质量体产生惯性力为
Frx mR 2
Frxo mo Ro
'' '' '' 2
Frxo mo Ro 2
''' '' ' '''
Frx4 mR ' 2
惯性力平衡： F '' F F F ''' rxo rx rx4 rxo 惯性力矩平衡：
y=r[sin(Ф i+α )－Ф icos(Ф i＋α )]
外壁方程 x=r[cos(Ф 0－α )+Ф 0sin(Ф 0－α )]
y=r[sin(Ф 0－α )－Ф 0cos(Ф 0-α )]
3、涡旋体参数
基圆半径r，渐开角α ，涡旋体高h，
涡旋体壁厚t＝2rα ，涡旋体节距P＝2πr
压缩腔气体数N，涡旋圈数m=N+1/4
M t ( ) Ft ( ) R
2）自转力矩（绕o’自转，用防自转机构消除）
1 M z ( ) RFt ( ) 2
' ' Pps 0 hR(2i )( i i 1 )
4、径向力：Fr(θ) 作用于曲轴销、键可忽略
Fr ( ) 2rh( p1 p2 ) ps 0 2rh( 1)
涡旋式制冷压缩机
制作人：司家斌
涡旋式制冷压缩机 涡旋式压缩机是回转式压缩机的一种，是指由一个固定的渐 开线静涡旋盘和一个呈偏心回转平动的渐开线运动涡旋盘组成可 压缩容积的制冷压缩机。
化学工业出版社
一 总体结构
1）全封闭立式涡旋式压缩机
2）卧式全封闭 涡旋式压缩机
3）空调用涡旋式制冷压缩机
4）汽车用涡旋式制冷压缩机
四 选型及性能分析
一、涡旋体型线
通常涡旋体型线为渐开线 1、圆的渐开线方程
基圆r,渐开角β，渐开角Ф，初始角α
x=r[cos(Ф+α )+Фsin(Ф+α )]
y=r[sin(Ф+α )-Фcos(Ф+α )]
2、涡旋体渐开线方程
内外涡旋体为+α ，-α 起始角；
内壁方程 x=r[cos(Ф i+α )+Ф isin(Ф i+α )]
A R h
' 11
R11 R1 R R1
' '
' 1
2 1 3 ' R11 r ( ) r ( 2 ) r ( ) 2r (2 ) P(2 ) 2 2 p p Ft1 ( ) P(2 )( p1 p2 )h Pps 0 (2 )( 1 2 ) ps 0 ps 0
输气量调节分析
一、变频调节
1、调节性能： 容积效率：
涡旋式>滚动转子式>活塞式
等熵效率：
涡旋式>滚动转子式>活塞式
2、噪声及振动 振动：涡旋式<滚动转子式<活塞式 噪声：涡旋式<滚动转子式<活塞式
3、多机并联运行调节
例：多机并联据系统要求而控制开机数量，效率较 高，
二、设变量旁通阀
原理： 启动： 运行：
2.
偏心轴套式径向密封机构
o1—曲轴中心；o3—曲柄中心；
o2—涡旋体中心；R1—曲轴回转半径 R2—涡旋体回转半径；ξ —滞后角 旋转时ξ 变化R2变化，从而使 o1～o2变化，间隙得到控制
3.
滑动衬套式机构
曲轴6内开槽，内有可滑动块2，
由弹簧顶着，动涡旋体滑销2安装在 滑块1内，弹簧5顶出R变化调节间隙
1 R ( )r 2 3 R ( 2 )r R1 ( )r
' ' F（） Pps 0 (2 )(1 11 ) t1
同理
' ' Ft ( ) Pps 0 (2 )( i i 1 )
3、切向力矩和自转力矩： 1）切向力矩（饶o公转）
R 绕r轴 M or Fbt hr Ft hp Fa 2
M o M or M ot
2 2
四、涡旋体旋转惯性力及力矩平衡
思路：先将涡旋体质量采用传动到平面内进行平衡， 然后将涡旋体及曲轴连成一体行成二次平衡
1、动涡旋体惯性力的一次平衡 1）动涡旋体质心位置： 将动涡旋体质量坐标质心，质心m为座标m(xm,ym)
二、轴向力及其平衡 1、轴向力：
轴向力Fa作用于各月牙形工作腔，是θ的函数
在吸气腔： N s1 ' ' 2 Fa ( ) ps 0P [ 2 ( i 1) (2i 1 )( i 1)] P i 2 在其它腔： N s1 ' ' 2 Fa ( ) pbP [ 2 (1b 1) (2i 1 )(1b 1)] P i 2 S1由式5-9计算
涡旋压缩机主要由两个涡旋盘相错 180o对置而成，其中一个是固定涡旋 。 盘，而另一个是旋转涡旋盘，它们在 几条直线(在横截面上则是几个点)上接 触并形成一系列月牙形容积。
由固定蜗盘和旋转蜗盘构成压缩工作气腔
三 工作原理及分析
涡旋式空气压缩机是在动涡旋体由偏心轴驱 动并由防自转机构制约，围绕静盘基圆中 心，作很小半径的平面回转平动时，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，气体在动静盘齿合所组成 的若干对月牙形压缩腔内被逐步压缩然后 由静盘部位的轴向孔连续排出。 旋转涡旋 盘之间的相对位置，借安装在旋转涡旋盘 与固定部件间的十字滑环来保证。
分别安在机体动涡旋体上，在孔 板间设置钢球连接孔板 原理：动涡旋体平动时， 钢球可在孔内转动、 要求：平动半径为R时， 孔板孔为2R，钢球半径为R 特点：结构简单，易加工， 可实现滚动支撑，减少磨损
3.
圆柱销联轴节
结构：在机座上开孔板6， 动涡旋体上连轴销3
原理：当动涡旋体平动时，
销在孔内平动，半径R 要求：销半径2R,孔径4R 特点：受力好，结构简单， 但无支撑作用
s ds
0
0
1 2 2 1 2 3 r d r 2 6
2、基元投影面积及容积： 1）工作基元投影面积 a)对于基元② S2=SL2-Ss2
动体内渐开线夹角及面积
9 0～2动内 2
S L 2
9 2 0
1 (r ) 2 d 2
1 2 xm ym ' 2 2 mo r h ( ) ' 2 Ro
2 2
4）动旋转体惯性力
a)平衡后动涡旋体总体质量：
m m1 mo m2 m3
'
m1-涡旋体质量 mo'-一次平衡质量 m2-动涡旋体底盘质量 m3-动涡旋体轴承质量
b)动涡旋体总体旋转惯性力为：
工作过程
涡旋压缩机在主 轴旋转一周的时间内， 仅有的进气、压缩、 排气三个工作过程是 同时进行的，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。
工作过程
涡旋压缩机工作原理
特点
无吸、排气阀，结构简单， 噪声低
吸气排气同时进行，效率高 每三周完成一个工作循环 无余隙无膨胀过程，效率高 曲线形状复杂，加工精度高
(2 S11 S12 2S13 2S14 )h
图5-6所 示的汽车 空调用涡 旋式压缩 机为开启 式压缩机， 由汽车的 主发动机 通过皮带 轮驱动压 缩机运转。
单涡旋与双涡旋压缩机
二 基本结构
主要由静涡旋盘、动涡旋盘、机座、防自转机构十字滑环 及曲轴等组成。
图 涡旋式制冷压缩机 结构简图 1—静涡旋盘2—动涡旋 盘 3—机座4—曲轴5— 十字滑环 6—吸气口7— 排气口
xm 2r ( sin q
3 2 2
cos q
sin ) 2 2 3
ym 2r ( cos q
3 2
sin q 2
cos
sin
) 3 2 2
α——起始角，Ф——渐开线法端展角
2）动涡旋体质量：
h——高度
2、轴向力平衡
1）采用推力轴承，减少轴向摩擦，保证密封 2）采用背压推力机构，泵压力自动补尝间隙 3）在涡旋体背面加弹簧，自动补尝间隙 4）在涡旋体背面加油压，补尝间隙
三、倾覆力矩：
轴承上受压力Fbt,Fbr与涡旋体上受力Fr, Fa,Ft不平衡，产生力矩使涡旋体产生倾覆 绕t轴
M ot Fbr hr Fr hb
q周 q径
减少轴向间隙可有效减少径向泄漏
二、密封机构
考虑因素：可靠性高，补偿性强 1、轴向密封机构：（密封轴向间隙） 1）接触式密封： 方法：在涡旋体顶端面镶嵌密封材料
材料：工程热塑料，耐磨金属材料
特点：结构简单，易加工，寿命短 2）非接触式密封
a)油沟密封：
在涡旋体顶端开油沟并延长用以润滑端面， 同时在涡旋 体的背面设背压腔，防止动静体脱开 特点：密封性好，寿命长，可靠性好，加工工艺困难
'
' '
(m1 R1 m2 R2 m3 R3 mo Ro ) 2
F1-涡旋体离心力 F2-动涡旋体底盘离心力 Fo'-一次平衡离心力 F3-动涡旋体轴承离心力
2、惯性力二次平衡
设：平衡后涡旋体总质量为m，质心为R，
安装曲轴后，曲柄质量为m4，半径为R’
三、防自转机构
动涡旋体绕静涡旋体中心做无自转平动，需要设置防自转机构。
防自转机构有：十字联接环、球形联轴节、圆柱联轴节
1.
十字联接环
结构：十字联接环上DC 与机体槽连（可滑动） AB与动涡旋体连，
原理：使动涡旋体绕o2转动 特点：结构简单易磨损，
加工困难
2.
球形联轴节 结构：两几何形状相同孔板，
m1 h1s
1 2 m1 r h ( ) 2
2 2
s——涡旋体投影面积 1 3 2 2 2 s r r 3 ρ——比重（密度）
3）一次平衡质量mo’
涡旋体质量半径
R1 xm ym
2
2
平衡质量半径 R1` ' ' 力矩平衡方程 mo Ro m1 R1 平衡质量
Frxo e Frxo j Frx a Frx4 b
'' '' '
上述公式联立即可求出平衡质量m0“‘、m0"
密封与防自转机构分析
一、涡旋式压缩机的泄漏
1.
泄漏途径
1）由轴向间隙产生径向泄漏 2）由径向间隙产生周向泄漏
2.
泄漏长度 周相接触长度大，泄漏小 径相接触长度小，泄漏大 结论：
静体外渐开线夹角及面积 7 1 7 2 Ss2 (r ) 2 d 0～2静外 0 2 2
S2
7 2 9 2
源自文库
1 ( r ) d 2r 2 ( 2 )(3 ) 2 P＝2πr
V2 2 S 2 h P ( P 2t )(3 ) h
t＝2rα
b)对基元③： v 3 P( P 2t )(5 )h
P( P 2t )( 2 3 1 )h
c)对任一基元： vi P( P 2t )(i 2 1 )h d)对基元① ： v1 S1h
S11排气开始前后的面积
运动机构受力分析
涡旋体受力：气体力、惯性力、摩擦力 对压缩机影响：强度、刚度、摩擦、磨损、热力性能
一、切向力及阻力矩 1、 作用于涡旋体力：
切向力Ft： ⊥曲轴，沿旋转方向成矩Mt 径向力Fr： ⊥曲轴，沿旋转半径方向成矩Mr 轴向力Fa：
∥曲轴，沿轴方向成矩Ma
2、切向力：
Ft1 ( ) ( p1 p2 ) A
4、加工方法：展成加工方法
二、压气室容积及吸气室容积
在动、静涡旋体之间围成三对月牙形 工作基元其面积由标号①②③所示 压缩机工作时这三对工作基元由外 向里平面运动形成吸排气过程 工作基元的容积就是内外涡旋体所 围成的渐开线面积之差
1、渐开线与基圆所围面积：
1 1 ds (r )( rd ) (r ) 2 d 2 2
2、轴向柔性密封机构
方法：在涡旋体背面设置波形弹簧， 设柔性止推环，在涡旋体顶面开油沟。 二、径向密封机构： 采取措施：
形成动～静涡旋体系在一起形成密封
1.
单圆曲柄径向密封机构
o1—曲柄圆转中心，o2—涡旋体中心， o3—曲柄柄体中心， 依靠曲柄销9与轴承8间的轴承间隙4
控制动静涡旋体的接触情况。
方法：用两质量为mo’’和mo’’’进行平衡
各质量体产生惯性力为
Frx mR 2
Frxo mo Ro
'' '' '' 2
Frxo mo Ro 2
''' '' ' '''
Frx4 mR ' 2
惯性力平衡： F '' F F F ''' rxo rx rx4 rxo 惯性力矩平衡：
y=r[sin(Ф i+α )－Ф icos(Ф i＋α )]
外壁方程 x=r[cos(Ф 0－α )+Ф 0sin(Ф 0－α )]
y=r[sin(Ф 0－α )－Ф 0cos(Ф 0-α )]
3、涡旋体参数
基圆半径r，渐开角α ，涡旋体高h，
涡旋体壁厚t＝2rα ，涡旋体节距P＝2πr
压缩腔气体数N，涡旋圈数m=N+1/4
M t ( ) Ft ( ) R
2）自转力矩（绕o’自转，用防自转机构消除）
1 M z ( ) RFt ( ) 2
' ' Pps 0 hR(2i )( i i 1 )
4、径向力：Fr(θ) 作用于曲轴销、键可忽略
Fr ( ) 2rh( p1 p2 ) ps 0 2rh( 1)
涡旋式制冷压缩机
制作人：司家斌
涡旋式制冷压缩机 涡旋式压缩机是回转式压缩机的一种，是指由一个固定的渐 开线静涡旋盘和一个呈偏心回转平动的渐开线运动涡旋盘组成可 压缩容积的制冷压缩机。
化学工业出版社
一 总体结构
1）全封闭立式涡旋式压缩机
2）卧式全封闭 涡旋式压缩机
3）空调用涡旋式制冷压缩机
4）汽车用涡旋式制冷压缩机
四 选型及性能分析
一、涡旋体型线
通常涡旋体型线为渐开线 1、圆的渐开线方程
基圆r,渐开角β，渐开角Ф，初始角α
x=r[cos(Ф+α )+Фsin(Ф+α )]
y=r[sin(Ф+α )-Фcos(Ф+α )]
2、涡旋体渐开线方程
内外涡旋体为+α ，-α 起始角；
内壁方程 x=r[cos(Ф i+α )+Ф isin(Ф i+α )]
A R h
' 11
R11 R1 R R1
' '
' 1
2 1 3 ' R11 r ( ) r ( 2 ) r ( ) 2r (2 ) P(2 ) 2 2 p p Ft1 ( ) P(2 )( p1 p2 )h Pps 0 (2 )( 1 2 ) ps 0 ps 0
输气量调节分析
一、变频调节
1、调节性能： 容积效率：
涡旋式>滚动转子式>活塞式
等熵效率：
涡旋式>滚动转子式>活塞式
2、噪声及振动 振动：涡旋式<滚动转子式<活塞式 噪声：涡旋式<滚动转子式<活塞式
3、多机并联运行调节
例：多机并联据系统要求而控制开机数量，效率较 高，
二、设变量旁通阀
原理： 启动： 运行：
2.
偏心轴套式径向密封机构
o1—曲轴中心；o3—曲柄中心；
o2—涡旋体中心；R1—曲轴回转半径 R2—涡旋体回转半径；ξ —滞后角 旋转时ξ 变化R2变化，从而使 o1～o2变化，间隙得到控制
3.
滑动衬套式机构
曲轴6内开槽，内有可滑动块2，
由弹簧顶着，动涡旋体滑销2安装在 滑块1内，弹簧5顶出R变化调节间隙
1 R ( )r 2 3 R ( 2 )r R1 ( )r
' ' F（） Pps 0 (2 )(1 11 ) t1
同理
' ' Ft ( ) Pps 0 (2 )( i i 1 )
3、切向力矩和自转力矩： 1）切向力矩（饶o公转）
R 绕r轴 M or Fbt hr Ft hp Fa 2
M o M or M ot
2 2
四、涡旋体旋转惯性力及力矩平衡
思路：先将涡旋体质量采用传动到平面内进行平衡， 然后将涡旋体及曲轴连成一体行成二次平衡
1、动涡旋体惯性力的一次平衡 1）动涡旋体质心位置： 将动涡旋体质量坐标质心，质心m为座标m(xm,ym)
二、轴向力及其平衡 1、轴向力：
轴向力Fa作用于各月牙形工作腔，是θ的函数
在吸气腔： N s1 ' ' 2 Fa ( ) ps 0P [ 2 ( i 1) (2i 1 )( i 1)] P i 2 在其它腔： N s1 ' ' 2 Fa ( ) pbP [ 2 (1b 1) (2i 1 )(1b 1)] P i 2 S1由式5-9计算
涡旋压缩机主要由两个涡旋盘相错 180o对置而成，其中一个是固定涡旋 。 盘，而另一个是旋转涡旋盘，它们在 几条直线(在横截面上则是几个点)上接 触并形成一系列月牙形容积。
由固定蜗盘和旋转蜗盘构成压缩工作气腔
三 工作原理及分析
涡旋式空气压缩机是在动涡旋体由偏心轴驱 动并由防自转机构制约，围绕静盘基圆中 心，作很小半径的平面回转平动时，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，气体在动静盘齿合所组成 的若干对月牙形压缩腔内被逐步压缩然后 由静盘部位的轴向孔连续排出。 旋转涡旋 盘之间的相对位置，借安装在旋转涡旋盘 与固定部件间的十字滑环来保证。
分别安在机体动涡旋体上，在孔 板间设置钢球连接孔板 原理：动涡旋体平动时， 钢球可在孔内转动、 要求：平动半径为R时， 孔板孔为2R，钢球半径为R 特点：结构简单，易加工， 可实现滚动支撑，减少磨损
3.
圆柱销联轴节
结构：在机座上开孔板6， 动涡旋体上连轴销3
原理：当动涡旋体平动时，
销在孔内平动，半径R 要求：销半径2R,孔径4R 特点：受力好，结构简单， 但无支撑作用
s ds
0
0
1 2 2 1 2 3 r d r 2 6
2、基元投影面积及容积： 1）工作基元投影面积 a)对于基元② S2=SL2-Ss2
动体内渐开线夹角及面积
9 0～2动内 2
S L 2
9 2 0
1 (r ) 2 d 2
1 2 xm ym ' 2 2 mo r h ( ) ' 2 Ro
2 2
4）动旋转体惯性力
a)平衡后动涡旋体总体质量：
m m1 mo m2 m3
'
m1-涡旋体质量 mo'-一次平衡质量 m2-动涡旋体底盘质量 m3-动涡旋体轴承质量
b)动涡旋体总体旋转惯性力为：
工作过程
涡旋压缩机在主 轴旋转一周的时间内， 仅有的进气、压缩、 排气三个工作过程是 同时进行的，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。
工作过程
涡旋压缩机工作原理
特点
无吸、排气阀，结构简单， 噪声低
吸气排气同时进行，效率高 每三周完成一个工作循环 无余隙无膨胀过程，效率高 曲线形状复杂，加工精度高
(2 S11 S12 2S13 2S14 )h
图5-6所 示的汽车 空调用涡 旋式压缩 机为开启 式压缩机， 由汽车的 主发动机 通过皮带 轮驱动压 缩机运转。
单涡旋与双涡旋压缩机
二 基本结构
主要由静涡旋盘、动涡旋盘、机座、防自转机构十字滑环 及曲轴等组成。
图 涡旋式制冷压缩机 结构简图 1—静涡旋盘2—动涡旋 盘 3—机座4—曲轴5— 十字滑环 6—吸气口7— 排气口
xm 2r ( sin q
3 2 2
cos q
sin ) 2 2 3
ym 2r ( cos q
3 2
sin q 2
cos
sin
) 3 2 2
α——起始角，Ф——渐开线法端展角
2）动涡旋体质量：
h——高度
2、轴向力平衡
1）采用推力轴承，减少轴向摩擦，保证密封 2）采用背压推力机构，泵压力自动补尝间隙 3）在涡旋体背面加弹簧，自动补尝间隙 4）在涡旋体背面加油压，补尝间隙
三、倾覆力矩：
轴承上受压力Fbt,Fbr与涡旋体上受力Fr, Fa,Ft不平衡，产生力矩使涡旋体产生倾覆 绕t轴
M ot Fbr hr Fr hb
q周 q径
减少轴向间隙可有效减少径向泄漏
二、密封机构
考虑因素：可靠性高，补偿性强 1、轴向密封机构：（密封轴向间隙） 1）接触式密封： 方法：在涡旋体顶端面镶嵌密封材料
材料：工程热塑料，耐磨金属材料
特点：结构简单，易加工，寿命短 2）非接触式密封
a)油沟密封：
在涡旋体顶端开油沟并延长用以润滑端面， 同时在涡旋 体的背面设背压腔，防止动静体脱开 特点：密封性好，寿命长，可靠性好，加工工艺困难