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涡旋压缩机发展概述以及工作原理

上传时间:2015-12-24阅读次数:编辑:bmr

  1 涡旋压缩机的工作原理及特点

  1.1 涡旋压缩机的工作原理

  涡旋压缩机主要由动涡旋盘、静涡旋盘、十字滑环、曲轴和支架体等零件组成,如图1 所示。涡旋压缩机的工作原理就是利用动涡旋盘和静涡旋盘的啮合,形成多个压缩腔,随着动涡旋盘的回转平动,使各压缩腔的容积不断变化来压缩气体。

 

  图2 所示为涡旋压缩机一个运动周期内的吸气、压缩、排气的过程。动、静涡旋盘的型线均是螺旋形, 动涡旋盘相距静涡旋盘偏心并相错180°对置安装。在一个偏心距很小的曲轴带动下,动涡旋盘以静涡旋盘的中心为旋转中心并以一定的旋转半径做无自转的回旋平动, 制冷剂气体从吸气口进入静、动涡旋盘间最外圈的月牙形空间,随着动涡旋盘的运动,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, 直至与中心排气口相通,高压气体被排出压缩机。

 

  1.2 涡旋压缩机的特点

  涡旋压缩机作为第三代压缩机的代表产品,自诞生起就倍受国内外科研机构的重视, 主要是因为其具有以下优点:(1)效率高。涡旋压缩机的吸气、压缩、排气过程是连续单向进行的,因而吸入气体的有害过热小;相邻工作腔间的压差小,气体泄漏小;运动速度低,摩擦损失少;无余隙容积的影响,容积效率高可达90%~98%。(2)振动小、噪声低。由于吸气、压缩、排气过程是连续进行的,所以吸排气的压力脉动很小, 所以噪音和振动都很小, 与第一代往复压缩机相比, 噪声至少下降5~8 dB(A)。(3)结构简单、体积小、质量轻。涡旋压缩机构成压缩室的零件数目与滚动转子压缩机以及往复压缩机的零件数目之比为1∶3∶7,所以涡旋压缩机的体积比往复压缩机小40%,质量轻15%。

  (4)抗液击能力强、工作可靠性高。由于没有吸气阀和排气阀,易损零件少,加之有轴向、径向间隙可调的柔性机构,能避免液击造成的损失及破坏,故涡旋压缩机的运行可靠性高。

  尽管涡旋压缩机在原理上有诸多优点, 但是其制造需要高精度的加工设备和方法, 以及精确的装配调试技术,限制了它的普遍制造和应用,目前还仅限于功率在1~15 kW 的空调中应用。

  2 涡旋压缩机的发展历史及趋势

   (1)涡旋压缩机的发展历史

  1905 年,法国人Leon Creux 提出涡旋压缩机的工作原理,并申请美国专利。但由于难以加工出高精度的涡旋体、缺乏实用且稳定的驱动结构、防自转机构不灵活、轴向和径向密封机构不完善等一系列问题没能得到妥善的解决, 涡旋压缩机在将近70 年的时间内未得到普及使用。

  直到20 世纪70 年代初, 高精度数控铣床的涌现和世界能源危机的加剧, 促进了涡旋压缩机的发展。1972 年,美国Arthur D Little 公司成功开发出压缩氦气的涡旋压缩机, 并提出了涡旋氮气压缩机的研究报告, 证明了涡旋压缩机在性能上相比其它种类的压缩机有很大的提升, 使得涡旋压缩机的大规模的工程开发和研制走上了迅速发展的道路。在之后的3 年间,美国和瑞士相继开发了压缩空气、氮气、氟利昂等的涡旋压缩机。1987年,美国Copeland 公司成为美国第一家将涡旋压缩机投入大规模工业化生产的公司。

  在日本,1983 年Htachi 公司开始生产功率为2~5 HP 的涡旋压缩机。1981 年Sanden 公司开始生产用于汽车空调的涡旋压缩机, 这两家公司在

  世界上率先成功地大批生产了分别用于汽车空调和柜式空调的涡旋压缩机, 其它厂家如MitsubishElectric、Daikin、Toshiba、Sanyo 等也相继成功地生产出涡旋压缩机。

  1987 年,我国的第一台涡旋压缩机( SC-0.15/4)由西安交通大学压缩机工程研究中心研制成功。

  1989 年后, 相继还有许多科研制造单位如兰州理工大学、合肥通用机械研究所、中南大学制冷及低温研究所等,开始了涡旋压缩机的研制,也取得了一定的成效。之后经过十余年的努力,已经形成了比较成熟的涡旋式空调与制冷压缩机的设计制造技术。1994 年,广州万宝电气集团公司引进日本的Hitach 公司空调用涡旋压缩机生产线, 并开始批量生产。1997 年,美国艾默生—谷轮公司在苏州兴建年产100 万台的空调涡旋压缩机工厂。

  (2)涡旋压缩机的发展趋势

  目前, 涡旋压缩机的研究制造主要集中在美国、日本、中国和韩国,且美国谷轮公司在世界涡旋压缩机市场处于绝对主导地位。综观现在的涡旋压缩机研究现状, 呈现出以下发展趋势:(1)涡旋压缩机尤其是涡旋盘的加工成本逐步降低,寻求更优的性能型线和加工方法的简化;(2)涡旋压缩机的功率范围不断增大,应用领域进一步拓宽,特别是对其变频特性和在空调热泵中应用的研究;(3) 对无油涡旋压缩机技术的研究越来越多,进一步促进压缩机技术的节能环保;(4)新的制冷工质对涡旋压缩机的结构设计提出新的要求;(5)对密封和润滑性能的要求越来越高, 进一步减少气体泄漏和机械摩擦损失, 从而提高涡旋压缩机的工作效率和可靠性

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