淺談渦旋壓縮機(jī)設(shè)計(jì)

朱飛

摘 要 針對渦旋壓縮機(jī)技術(shù)特點(diǎn)，通過結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，對壓縮機(jī)設(shè)計(jì)過程中的動平衡及型線設(shè)計(jì)的疑難點(diǎn)進(jìn)行簡單闡述和總結(jié)，希望為企業(yè)后續(xù)設(shè)計(jì)研發(fā)工作提供思路。

關(guān)鍵詞 渦旋壓縮機(jī);動平衡;型線

引言

隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，當(dāng)今社會對能源的需求越來越大，與此同時，不可再生資源的浪費(fèi)問題也是越來越突出。因此各行各業(yè)尤其是制冷行業(yè)對產(chǎn)品能效的要求越來越高，壓縮機(jī)制冷產(chǎn)品的心臟，核心部件，制冷產(chǎn)品的高標(biāo)準(zhǔn)就是對壓縮機(jī)的高要求，所以，相對傳統(tǒng)的活塞式和轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，渦旋壓縮機(jī)具有零件少、振動噪音低、冷量大、能耗低等優(yōu)點(diǎn)在日益追求高效、節(jié)能的市場競爭中逐漸脫穎而出。

1技術(shù)特點(diǎn)

渦旋壓縮機(jī)是容積式壓縮機(jī)，屬于第三代壓縮機(jī)，由動定渦旋盤組成，通過渦旋盤相互間嚙合形成密閉容積連續(xù)變化，達(dá)到氣體壓縮目的，主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：①零件數(shù)少：運(yùn)動部件少，僅動定盤、機(jī)架、曲軸、電機(jī)等零件;②振動噪音低：固定曲軸結(jié)構(gòu)以及足夠大的排氣緩沖結(jié)構(gòu)、吸排氣過程幾乎連續(xù)使振動和噪音更小;③直接吸氣：吸氣預(yù)熱小、容積效率高，使壓縮機(jī)可靠性增強(qiáng)、效率更高;④高可靠性：壓縮機(jī)沒有閥片，運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定、高可靠。

2設(shè)計(jì)點(diǎn)

2.1 型線設(shè)計(jì)

型線是渦旋式壓縮機(jī)最為重要部分，其參數(shù)設(shè)計(jì)直接關(guān)系壓縮機(jī)性能，型線設(shè)計(jì)包含的參數(shù)很多，主要有型線方程、基圓半徑a、漸開線節(jié)距P、渦旋體壁厚t、渦旋體高度h、型線圈數(shù)N等[1-2]。根據(jù)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)需求確定基本參數(shù)V、N、a、α，通過公式（1）～（4）來求解P、r、h

V = ∏P（P -2t）h（2N-1）? （1）

r = P/2-t? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

t = 2∏a? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

P = 2aα? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

型線方程是關(guān)聯(lián)壓縮機(jī)容積及嚙合度，兩渦旋盤在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終保持一定數(shù)量的密封容積，所以動渦旋盤和靜渦旋盤的相位差∏，基圓中心距r。目前常見的方程有很多，比如線段漸開線、組合曲線等，各有優(yōu)劣，但基于零件加工的便捷性，市場應(yīng)用最廣泛的還是圓的漸開線方程，其方程如式（5）;

x=a（cosα+αsinα）/ y=a（sinα-αcosα） （5）

確定型線方程后還需對型線收尾端進(jìn)行修正，為便于獲得更大的壓縮比，型線起始段用圓弧代替，同時可以減少零件加工過程中刀具對型線的干涉，還可以提高壓機(jī)的工作效率，改善壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的受力特性[3]。

2.2 平衡設(shè)計(jì)

平衡設(shè)計(jì)包括動平衡和靜平衡，靜平衡主要是考慮壓縮機(jī)在靜置狀態(tài)下所有零件的受力，重點(diǎn)是其材料選型是否恰當(dāng);動平衡考慮壓縮機(jī)在工作狀態(tài)下，壓機(jī)內(nèi)部各運(yùn)動力的平衡，考驗(yàn)零件運(yùn)動狀態(tài)下的使用壽命;較靜平衡而已，動平衡更為重要。動平衡設(shè)計(jì)不良，不平衡量過大會導(dǎo)致壓縮機(jī)振動大，噪聲高，其次會增大壓縮機(jī)功率影響制冷效率。

壓縮機(jī)通過曲軸偏心帶動動渦旋盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，動渦旋盤與定渦旋盤相互間型線進(jìn)行完美嚙合形成多個密閉容積;曲軸偏心運(yùn)動產(chǎn)生慣性力，因此這部分慣性力需要額外的設(shè)計(jì)進(jìn)行平衡，設(shè)計(jì)時會在曲軸偏心部對側(cè)增加配重產(chǎn)生反向慣性力平衡。常見的是增加平衡塊套接在曲軸上，或者是電機(jī)轉(zhuǎn)子鉚接部分配重，圖示典型平衡設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖[4-5]。

在平衡設(shè)計(jì)中，背壓孔設(shè)計(jì)[6]也是極其重要的。壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，渦旋盤密封腔體間氣體壓力不均衡，氣體力作用在動盤上使其發(fā)生傾斜，會導(dǎo)致渦旋盤間隙過大產(chǎn)生泄漏，影響壓縮機(jī)整體性能;通過滯后性原理在動盤開設(shè)位置對稱兩背壓孔使部分氣體流入背壓腔達(dá)到平衡目的。背壓孔位置及大小應(yīng)設(shè)計(jì)合理，否則會產(chǎn)生泄漏，或者達(dá)不到均壓效果[7]。

3結(jié)束語

渦旋式壓縮機(jī)是未來制冷行業(yè)發(fā)展趨勢，其結(jié)構(gòu)雖然簡單，但設(shè)計(jì)參數(shù)過多，對設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平要求高，有待進(jìn)一步將理論知識普及。

參考文獻(xiàn)

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