第三章-滚动转子式制冷压缩机.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,College of Power Engineering,Chongqing University,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,L o g o,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,College of Power Engineering,Chongqing University,第三章 滚动转子式制冷压缩机,Rolling Rotor Compressor,主要内容,一、工作过程和结构特点,二、主要热力性能参数,三、受力分析及主要结构参数,四、振动和噪声,五、摆动转子式制冷压缩机,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,第一节 工作过程和结构特点,College of Power Engineering,Chongqing University,气缸,滚动转子,偏心轴,滑片,排气阀,弹簧,外壳等,一、概 述,1.,结构组成,College of Power Engineering,Chongqing University,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,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。,端盖与气缸内壁、转子外壁、滑片及转子与气缸切线(点)构成封闭的气缸容积，即,基元容积,。,基元容积随,转子转角,变化，是转子转角,的函数。容积内气体压力随基元容积大小而改变，从而完成压缩机的工作过程。,基元容积,College of Power Engineering,Chongqing University,二、压缩机工作过程,几个特征角,吸气孔口后边缘角,（,顺旋转方向）可构成吸气封闭容积,=,时吸气开始，,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。,吸气孔口前边缘角,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。为减少,的不利影响，通常,3035,排气孔口后边缘角,影响余隙容积的大小，通常3035。,排气孔口前边缘角,构成排气封闭容积，造成气体再度压缩。,排气开始角,开始排气时基元容积内气体压力略高于排气管中压力，以克服排气阀阻力顶开排气阀。,=,=2+,=2,=4-,=2+,=4-,再度压缩,：,转子转角,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,工作容积与气体压力随转角的变化,气体压力-转角曲线,基元容积-转角曲线,(1),转角,从,0,0,转至,角，基元容积从零扩大，且不与任何孔相连，产生封闭容积，容积内气体膨胀，其压力低于吸气压力,P,s0,。当,从,时，基元容积与吸气孔相通，容积内压力恢复为,P,S0,，压力曲线,1-2-3,。,图,3,-,4,College of Power Engineering,Chongqing University,气体压力-转角曲线,基元容积-转角曲线,(4),转角,由,2+,转至,2+,时，是压缩过程，此时基元容积缩小，压力上升。直至达到排气压力,p,dk,。,对应的压力变化曲线,5-6,，容积曲线,b-c,。,图,3,-,4,工作容积与气体压力随转角,的变化,College of Power Engineering,Chongqing University,气体压力-转角曲线,基元容积-转角曲线,(5),转角,由,2+,转至,4-,时，是排气过程，排气结束时还有部分高温高压气体，其容积为,Vc,。该容积为余隙容积，压力为,p,dk,。容积变化曲线为,c-d,，压力变化为,6-7,。,图,3,-,4,工作容积与气体压力随转角,的变化,College of Power Engineering,Chongqing University,气体压力-转角曲线,基元容积-转角曲线,(6),转角,由,4-,转至,4-,时，是余隙容积中的气体的膨胀过程。余隙容积中的高压气体膨胀至吸气压力,P,s0,，使其后吸入吸气腔的气体减少，而高压气体的膨胀功无法回收。压力变化为,7-8,。,图,3,-,4,工作容积与气体压力随转角,的变化,College of Power Engineering,Chongqing University,气体压力-转角曲线,基元容积-转角曲线,(7),转角,由,4-,转至,4,，工作腔内压力急剧上升且超过排气压力,p,dk,图,3,-,4,工作容积与气体压力随转角,的变化,College of Power Engineering,Chongqing University,过程,转角,压力变化,基元容积,准备过程,0,1-2,从最大降至,0,0,吸气过程,2,p,3-4,P,s0,ab,从0升至Vmax,气体倒流,2,p,2,p,+,4-5,P,s0,bb,减少 V,压缩过程,2p,+,2p,+,5-6,从P,s0,升至P,dk,b c,排气过程,2,p,+,4,p,-,g,6-7,P,dk,cd,余隙容积气体膨胀过程,4,p,-,g,4,p,7-8,P,dk,降至P,s0,再压缩过程,4,p,4,p,8-1,压力急剧上升，超过P,dk,工作过程,College of Power Engineering,Chongqing University,工作过程总结,气体的吸气、压缩、排气过程是在转子的,两转,中完成，但因转子切点与滑片两侧的两个腔同时进行吸气、压缩、排气的过程。因此，,认为压缩机一个工作循环仍是在一转中完成的,。,特征角,对压缩机的性能有影响。,和,角分别决定吸、排气封闭容积的大小；,角直接影响排气量，它的存在使达最大基元面积(,=2),后，基元面积在与吸气孔口相连通的情况下再次缩小(,=22+)，,产生吸气倒流；,角表示余隙容积的大小。在结构设计可能的前提下，,，,，,，,应尽可能小,。,College of Power Engineering,Chongqing University,主要结构形式:,小型全封闭式,卧式：主要用于冰箱、冷柜,立式：主要用于空调器,三、主要结构形式及特点,卧式全封闭滚动转子式压缩机结构,供油机构,：,靠吸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。,主轴承与机壳焊成一体，有利于减小气缸变形,立式全封闭滚动转子式压缩机结构,吸气由机壳下部接管直接进入气缸，吸气管上装有气液分离器，润滑油经下部弯管小孔被吸入气缸。高压气体直接排入机壳中。外壳还装有过载保护器，内部无减振机构，润滑系统靠离心和压差供油。,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,优点：,结构简单，零部件几何形状简单，便于加工及流水线生产,体积小，质量轻，与同工况往复式比较，体积、重量可减少4050；,易损件少，运转可靠；,效率高，没有吸气阀，流动阻力小，且吸气过热小，在制冷量为3,kW,以下场合使用时尤为突出。,缺点：,只利用了气缸的月牙形空间，气缸容积利用率低；,滑片作往复运动，依然是易损零件；,存在不平衡的旋转质量，需要平衡质量来平衡。,加工精度要求高；,密封线较长，密封性能较差，泄漏损失较大,滚动转子式压缩机特点,College of Power Engineering,Chongqing University,四、发展状况,变频压缩机的发展,采用变频调速技术进行能量调节，使制冷量与系统负荷协调变化，使机组在各种负荷条件下都具有较高能效比。具有节能、舒适、启动快速、温控精度高、易于实现自动控制等优点。（图,3,-,7,由交流变频式电动机驱动曲轴旋转，依靠电源频率变化使电动机转速变化，达到连续调节制冷能力的目）,双缸滚动转子式压缩机的发展,双缸滚动转子式压缩机的两个气缸相差180对称布置，可使负荷扭矩变化趋于平缓，广泛用于较大功率场合。（图,3,-,11,）,提高压缩机的经济性及可靠性,借助计算机对压缩机工作过程进行性能仿真，对主要部件如轴承、滑片、滚动转子、排气阀等结构进行特性分析及噪声、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，对满足各种要求的滚动转子式压缩机进行优化设计。,对降低噪声提出更高要求,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,其他方面的发展,环保制冷剂，低温领域,College of Power Engineering,Chongqing University,四、发展状况,College of Power Engineering,Chongqing University,第二节 主要热力性能参数,College of Power Engineering,Chongqing University,一、气缸工作容积的变化规律,R,x,r,O,O,1,1,A,B,T,A,点相当于连杆小头,OO,1,相当于曲柄连杆机构中的曲柄半径,O,1,点相当于曲柄销中心,O,1,A,相当于连杆大小头中心距,e,1.,滑片运动规律,College of Power Engineering,Chongqing University,2.气缸容积变化规律,转角在,0,30,o,和,330,o,360,o,范围内,V,s,和,V,d,的转角的变化很小，变化大约只有气缸工作容积的,0.5,，可以看出，,滚动转子压缩机的余隙容积很小,。,应使近排气口尽量接近气缸顶端，孔口宽度不能太大吸气口前边缘角及排气口后边缘角在,30,o,35,o,范围内对输气量的影响不明显。,相对偏心距,越大，,V,s,/R,2,L,和,V,d,/R,2,L,值越大，说明气缸利用率越高。,College of Power Engineering,Chongqing University,二、输气量及其影响因素,理论输气量,（气缸工作容积与转速的乘积）,实际输气量,容积效率表征气缸工作容积的利用程度，反映由于,余隙容积、吸气阻力、吸气加热、气体泄漏,和,吸气回流,造成的容积损失，其数值大于往复式压缩机。,(m,3,/h),(m,3,/h),0.9,0.7,=,v,h,l,t,p,v,v,vt,v,va,q,q,h,l,l,l,l,l,h,h,=,=,College of Power Engineering,Chongqing University,影响输气量的因素,容积系数,v,余隙容积的组成：,转子与气缸的切点,T,达到4,p-g,位置时,存有高压气体的气缸容积,V,c,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。,压力系数,p,：,表征吸气压力损失对输气量造成的影响；,温度系数,T,：,反映由于吸入气体被加热造成输气量的减少；,泄漏系数,f,：,表征气缸中气体泄漏对输气量造成的影响；,回流系数,h,：,回流使输气量减少。,压缩过程,压缩过程是在转子转至吸气口前边缘时开始，即在=2,+时开始压缩的，容积与压力关系满足方程,College of Power Engineering,Chongqing University,其中，转角为时的基元容积值V,，压缩开始瞬时（=,2,+）的基元容积值V,，转角为时基元容积的气体压力值p,，吸气压力p,s0,。,压缩过程,对于转角的气体压力为,经运算可得,College of Power Engineering,Chongqing University,功率及效率,1.等熵功率,等熵功率 计算式为（单位为KW）,吸气气体比焓h,s0,，k,J/kg;,排气气体比焓h,dk,，k,J/kg;,实际质量输气量q,ma,，kg/h,;,实际容积输气量q,va,m,3,/h,;,气气体比体积v,s0,，m,3,/kg.,College of Power Engineering,Chongqing University,2.指示功率及指示效率p,i,单位为k,W,，表示为,指示功率及指示效率,College of Power Engineering,Chongqing University,机械效率,3.机械效率,机械效率反映了机械摩擦损失的大小，机械效率高低只要取决于油和制冷剂的粘度及运动副的间隙值，难以用计算式表达。,通常，中温全封闭滚动转子式压缩机,m,=0.750.85；冰箱用滚动转子式,m,=0.400.70.,College of Power Engineering,Chongqing University,电动机效率及电效率,4.电动机效率,mo,及电效率,el,全封闭式滚动转子式压缩机电动机效率反映电动机的损失，即电动机转子的铁损、定子绕组的铜损和风损,电动机效率及电效率和电动机的原始设计参数有关，也与电动机运行工况、冷却介质、安装结构有关。,一般小冰箱,mo,0.65，商用制冷机的,mo,0.8,。,College of Power Engineering,Chongqing University,五、热力计算,试计算一台滚动式压缩机在高温工况下的制冷量、压缩机功率和COP值。,（1）主要结构参数 气缸直径D=0.054m；气缸高度L=0.0293m；转子直径D2=0.04364m；相对余隙容积c=1.2%；转速n=2980r/min。,（2）制冷剂的选取 使用R22,（3）计算工况 参考GB/T 15765-2006 房间空气调节器用全封闭型电动机-压缩机的工况为蒸发温度7.2，冷凝温度54.4，吸气温度18.3，液体温度46.1.,（4）制冷循环各点参数,（5）热力计算,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,第三节 受力分析及主要结构参数,College of Power Engineering,Chongqing University,一、转子的受力分析,作用于,AA,弧段和,TT,弧段的气体力大小相等，方向相反。互相抵消。,作用于,AT,弧段上的气体压力是吸气腔压力，而作用于,AT,弧段的气体压力是压缩腔气体压力，大小不等，方向相反。其合力,F,g,从,AT,侧指向,AT,侧。其作用结果是产生轴承负荷和使转子弯曲。,1.,气体力,A,A,T,T,F,g,College of Power Engineering,Chongqing University,2.阻力矩 MM,g,M,f,气体力的合力作用线不经过旋转中心,O,，而是通过转子的几何中心,O,垂直于,AT,的连线。因此构成力矩,M,g,，其方向与压缩机旋转方向相反，为压缩机阻力矩的主要部分。,A,A,T,T,M,g,l,M,f,O,O,另外，由于转子和气缸之间还存在着摩擦阻力，因此摩擦阻力对旋转中心,O,还存在着旋转摩擦力矩,M,f,，方向和旋转方向相反。,College of Power Engineering,Chongqing University,3.,飞轮矩,滚动转子压缩机的驱动力矩,M,d,是常量，但是因为阻力矩随转角在不断变化，因此在某时刻驱动力矩和阻力矩不相等，从而会使得曲轴产生角加速度,a,，并满足以下关系：,M,d,M,Ja,（,J,：旋转质量惯性矩）,因此，为保证压缩机运行平稳，避免由曲轴角加速度带来的曲轴旋转速度不均匀引起的曲轴、机体和机壳的振动，就必须通过加大旋转质量惯性矩,J,来解决。,College of Power Engineering,Chongqing University,4.,旋转惯性力和力矩平衡,对于单缸机：,滚动转子对旋转中心存在偏心距，因此转子旋转会产生旋转惯性力，可以采用添加平衡块的方法对其进行平衡。,但是平衡质量也不能加在电动机转子的一侧，而是必须装在电动机转子的两侧。以保证消除不平衡力和不平衡力矩。,对于双缸机：,平衡块只需用于补偿两个偏心转子偏心质量的位置差异所产生的力矩，所以只需用很小质量的平衡块进行平衡。计算方法见式,3-28,College of Power Engineering,Chongqing University,二、滑片的受力分析,滑片,压缩腔,吸气腔,滑,槽,壁,滑,槽,壁,吸气压力,排气压力,1.,气体力：,作用于滑片两侧的气体 压力差使滑片承受弯曲载荷，产生变形。,排气压力,吸气压力,滑槽腔背压,弹簧弹力,2.,纵向作用力：,包括滑片弹簧力、作用于滑片下端面气体力和滑片上与机壳相通产生的背压力。,因为滑片的质量很小却滑片与转子之间充分润滑，因此滑片的惯性力、滑片与滑槽之间的往复摩擦力、滑片与转子间的切向摩擦力可以不考虑。,滑片能正常工作的前提：弹簧力,吸气压力排气压力滑槽腔背压力,滑片,College of Power Engineering,Chongqing University,三、主要结构参数,滚动转子式压缩机的主要结构参数有：气缸直径D、气缸（或转子）的轴向长度L、转子偏心距e及相对气缸长度,=L/D。,1.主要结构参数间的关系,由式（3-5）可推出气缸直径D的表达式,2.相对偏心距,和相对气缸长度对压缩机性能的影响,相对偏心距和相对气缸长度对压缩机性能的影响主要表现在 滚动转子和滑片受力的变化及压缩腔向吸气腔泄漏量的变化。,相对偏心距影响气缸的有效利用率，可以从气缸容积V与气缸工作容积Vp之比B的表达式看出，即,越大，B值越小，即气缸有效利用率越高；,也影响其体力的大小，说明偏心距大，则滑片的行程长，作用于滑片的气体力就增加；,从（3-9)式知，作用于转子上的气体力却减少了，对应于大的可以有较短的泄漏圆周长，减少轴向泄漏。,三、主要结构参数,College of Power Engineering,Chongqing University,3.主要结构参数的选取,滚动转子式压缩机系列化，主要零件通用化某些典型尺寸统一 化考虑，,和数值应该在一定范围内选取。,通常=0.110.16，=0.251.0,商用制冷设备=0.140.16,压缩机使用工质和工况不同、零部件的制造和安装精度及所用材料和处理工艺不同，和的选取差别很大。,三、主要结构参数,College of Power Engineering,Chongqing University,三、主要结构参数,4.关于间隙,主要间隙有：,滚动转子与盖端间的端面间隙,滚动转子与气缸间的径向间隙；,滑片与端盖间的端面间隙；,滑片与滑片槽间的侧面间隙；,间隙值直接影响到泄漏量、摩擦功率与磨损、运动部件的振动和噪音等。,College of Power Engineering,Chongqing University,College of Power Engineering,Chongqing University,第四节 振动与噪声,College of Power Engineering,Chongqing University,一、振动源与噪声源,1.振动源,全密封滚动转子压缩机的主轴承或气缸体和电动机的定子和全密封机壳刚性连接，使得曲轴扭矩变化引起的曲轴扭转振动成为振动源，并导致压缩机振动,曲轴包括转子的旋转不平衡惯性力造成的轴振动，并直接导致压缩机振动,压力脉动产生的激振力通过气缸、轴承和滚动转子作用于曲轴等部件，进一步导致机壳的振动。（特别是,2kHz,以上的高频振动）,College of Power Engineering,Chongqing University,2.噪声源,电磁噪声,制冷剂气流噪声,机械噪声,主要表现形式是,500Hz,以下的低频噪声。主要由电磁力引起的定子和转子夹持机构的振动而产生。,主要表现形式是,1kHz,以下的高频噪声。主要包括两部分：一部分由气流脉动导致的压缩机振动并带动机壳的振动而产生；另一部分由气体从排气阀排出时的流体噪声而产生。,对整机的噪声影响小，主要是排气阀片与阀座和升程限制器之间的敲击声、滑片和滑片槽的敲击声以及滑片端部与滚动转子的敲击声。另外还有压缩机运动部件的相对滑动产生的摩擦噪声。频率：,1.6,2kHz,。,一、振动源与噪声源,College of Power Engineering,Chongqing University,二、减振降噪措施,提高曲轴动力平衡性能;,严格控制曲轴的旋转不均匀度;,机壳的优化设计;,消减气流压力脉动;,降低电磁噪声;,降低机械噪声;,降低停机过程中的振动与噪声;,有源噪声控制降噪方法。,College of Power Engineering,Chongqing University,第五节,摆动转子式制冷压缩机,一、概述,20世纪70年代，摆动转子式压缩机曾一度被采用。,20世纪80年代，由于摆动转子式压缩机尺寸大，加工较为复杂而很少采用。,20世纪90年代，随着替代HCFC的研究进一步深入，发现摆动转子式压缩机能承受较大的压力差，使用替代工质时，比滚动转子式有明显优势，又重新被重视。,College of Power Engineering,Chongqing University,二、工作原理,滚动转子式压缩机中，,滚动转子,与,滑块,是两个独立的零件，滑块靠背部的作用力压在滚动转子上。,在摆动转子压缩机中，,滚动转子,与,滑板,做成一体，是一个零件，称为,摆动转子,。,College of Power Engineering,Chongqing University,三、特点,摆动转子式压缩机将滚环和摆杆做成一体，两者之间不存在密封和润滑问题，也不需要设置弹簧片。,滚环和摆杆做成一体，摆杆变成两侧支承，可承受较大压力差；同时导轨又能转动，减小了摆杆侧向力，消除了和滚环间的磨损，提高效率。,摆动转子的受力不会因气缸直径或主轴偏心距的增大而增加。,摆动转子加工困难，导向部分加工也要求很精密。,采用R22为工质，当制冷量小于15.5 k,W,时摆动转子式压缩机效率高于滚动转子式压缩机。综合考虑，比较适合于制冷量小于7.7 k,W,的场合,没有滑片和转子间的摩擦以及滑片的敲击声，噪音小。,College of Power Engineering,Chongqing University,四、工作容积,摆动转子式压缩机的工作容积即为气缸工作腔容积，计算式和滚动转子式压缩机相同。即,其中H为气缸高度，R，D分别为气缸内半径和直径，r,d分别为滚环外半径和直径。,College of Power Engineering,Chongqing University,四、工作容积,任意转角时，滚环中心O,1,与导轨中心O2的距离,0,为,e为偏心距，a,0,为气缸与导轨的中心距,吸气容积和压缩腔的容积按式（3-36），（3-38）计算。,College of Power Engineering,Chongqing University,五、结构参数,摆动转子式压缩机的结构参数a（a=r/R）与相对偏心距存在以下关系：,摆动转子式压缩机适宜的相对偏心距和相对高度范围，基本和滚动转子式压缩机相同，但也略有差距。,导轨与气缸的中心距a,0,按下式计算,其中,为摆杆的最大摆角，一般,College of Power Engineering,Chongqing University,五、结构参数,压缩机的容量、容积效率及转速确定后，气缸直径为,其他结构尺寸课根据D来确定，公式基本与滚动转子式压缩机相同。,College of Power Engineering,Chongqing University,Click to edit company slogan.,Thank You!,