0.8 m3/min 渦旋式空氣壓縮機設計簡介摘 要渦旋式壓縮機是一種高效、節(jié)能、省才和低噪聲的新型容積式壓縮機，可廣泛的應用在空調、制冷、真空和各類氣體壓縮等方面，且可望取代傳統(tǒng)的其他類型的小型壓縮機。渦旋壓縮機主要有動渦旋、靜渦旋、防自轉機構等部件構成，壓縮機設計的關鍵問題有以下幾個方面：一是渦旋齒的型線選擇及其修正；二是基本參數(shù)的選??；三是防自傳機構的設計；四是動平衡的設計；五是軸承的選擇；六是曲軸及渦旋齒面強度的校核；七是機體運動部件的潤滑及其整機密封的設計。本壓縮機采用圓漸開線型線，防自傳機構采用十字環(huán)，驅動方式采用直連式，整機采用壓差供油潤滑。關鍵詞： 渦旋式壓縮機 型線 防自傳機構 動平衡AbstractSummary of scroll compressor is an efficient, energy saving, low noise Province before and the new positive displacement compressor can be widely used in air conditioning, refrigeration, vacuum and various gas compression, etc., and the other is expected to replace the traditional types of small compressors. scroll compressor is mainly composed of a fixed scroll 、an orbiting scroll and antirotation .Compressor design has the following key issues: First, wrap the type of line selection and correction; the second is the selection of basic parameters; Third, the design of anti-autobiography institutions; Fourth, the design of dynamic balance; Fifth bearings choice; Sixth, the crankshaft and check the strength of tooth surface vortex; seventh, lubricating moving parts of the body and the whole seal design. The compressor Involute circle, anti-autobiography organizations to adopt cross ring, using direct-attached drive, the machine uses pressure lubrication. Keywords: scroll compressor body type line balancing anti-autobiography.一、概論渦旋壓縮機原理于 1905 年由法國工程師克拉斯( Cruex) 發(fā)明并在美國申請了專利 。之后近 70 年都沒有得到更深入的研究和發(fā)展。其原因在于其重要性未被充分認識, 客觀上則由于尚沒有高精度的渦旋型線加工設備。70 年代的能源危機和數(shù)控加工技術的發(fā)展給渦旋壓縮機的發(fā)展帶來了機遇。渦旋壓縮機是一種新型、節(jié)能、省材和低噪的容積式壓縮機。該機主要原理是利用動、靜渦旋齒的相對公轉運動形成閉死容積的連續(xù)變化,實現(xiàn)壓縮氣體的目的,主要用于空調、制冷、一般氣體壓縮及汽車發(fā)動機增壓器和真空泵小型往復式壓縮機。與同容零件數(shù)少、無易損件、可靠性好。沖擊韌性均均勻等,可以取代傳統(tǒng)的中、量的往復式壓縮機，與之相比,其效率可提高 10 % , 重量減輕 15 % , 體積減少 40 % , 噪聲減少 5～6 dB , 且零部件減少 85%。渦旋壓縮機以其自身的優(yōu)點被廣泛應用于制冷空調領域和其它特殊領域。二、壓縮機的總體方案設計及方案評比2.1 基本機構2.1.1 渦旋定子和渦旋轉子渦旋定子的中心有排氣孔，而吸氣口開在端面外側或側面，周邊與機身緊固；渦旋轉子的背側設有渦旋轉子配重，使整個渦旋轉子質心正好在渦旋轉子的中心上，另外，在渦旋轉子的端板上設一對凹塊與十字連接環(huán)相配合，渦旋轉子的傳動軸設在渦旋壁的基圓中心。2.1.2 防自轉機構為了使渦旋轉子回轉平動必須設有防自轉機構，此處用到的自轉機構是由一面圓環(huán)與上下互為正交的十字形凹槽構成，凹槽與渦旋轉子背側的凹塊相滑配，當曲軸帶著渦旋轉子回轉是，使渦旋轉子只能公轉而不能自轉，從而使機構能正常工作。2.1.3 曲軸渦旋壓縮機的曲軸的曲柄很小相當于一凸輪軸，為了平衡渦旋轉子的慣性力與力矩，在主軸頸上套有平衡鐵，這一偏心距很小的曲軸來驅動運動渦旋盤。2.2 工作原理渦旋壓縮機能夠正常工作的條件就是動渦盤與靜渦盤在壓縮腔內能夠嚙合。常見的渦旋型線有基圓漸開線、正多邊形漸開線、線段漸開線、半圓漸開線、阿基米德螺旋線、代數(shù)螺旋線、變徑基圓漸開線、包絡型線、以及通用型線等。由于圓的漸開線容易加工, 并且該型線的壓縮機有良好的工作性能, 所以目前應用的型線以圓漸開線為主。固定渦旋盤和運動渦旋盤相互交插組裝在一起，兩者相互之間有 180°相差，因而彼此間在幾條直線上接觸并形成兩組月牙行的空腔。壓縮機的吸氣口在固定渦旋的外側，當曲軸驅動運動渦旋盤順時正時針方向轉動時，氣體就被從渦旋體外側吸入并被封閉在月牙行的空腔中，隨著接觸點沿著渦線向中心移動時，月牙行空腔的容積逐漸的縮小，其中氣體壓力逐漸提高。曲軸大約轉動 2.5 轉，被壓縮的氣體就通過定渦旋中心處的排氣孔排走。由于曲軸每轉動一轉，都有一對月牙行的空腔形成，所以壓縮機的吸氣-壓縮-排氣過程被連續(xù)不斷的重復。在壓縮機運行時，其排氣流量是不變的。而且，由于排氣孔與低壓側不直接相連，壓縮機上可以不設有氣閥。三、基本性能參數(shù)的確定及其計算根據(jù)任務書及其技術要求確定電動機了型號、基圓半徑、齒高、齒厚、回轉半徑、漸開線的初始角以及壓縮功率等。四、主要零部件的受力分析及其強度計算4.1 氣體力的分析為了進行渦旋壓縮機零件的強度、剛度及其平衡的計算。必須分析渦旋盤在回轉過程過程中所受力與力矩，作用在渦旋盤上的力主要有氣體力、慣性力及其摩擦力，并且由此產(chǎn)生的徑向力、法向力、軸向力。氣體作用在渦旋轉子的切向力為各壓縮室氣體垂直作用于曲軸上的合力，即各工作腔氣體垂直作用與曲軸并與曲軸旋轉方向相反的合力。徑向力是指垂直于曲軸的平面內，方向與曲軸方向一致并垂直于切向力方向的氣體力。軸向力是指垂直與渦旋盤軸向截面的氣體力合力渦旋壓縮機的各同名壓縮腔都是對稱的, 所以動、靜渦旋盤上承受著相同的氣體力。作用在靜渦旋盤上的氣體力最終傳遞到殼體上, 引起壓縮機的振動和噪聲 , 作用在動渦旋盤上的氣體力直接影響著壓縮機的容積效率和機械效率。所以說渦旋壓縮機一個關鍵的技術就是氣體力的平衡。軸向氣體力平衡是渦旋壓縮機關鍵技術之一。五、設計過程中的問題說明5.1 渦旋轉子由于渦旋線是不對稱的基圓漸開線其中心不在渦線的基圓中心，因此，必須平衡質心這需要在渦盤的背面配重或去重，渦旋壓縮機的壓縮腔有一定的徑向、軸向的間隙，這些間隙必須采取有效的密封措施。5.2 渦旋定子其內部結構與運動渦盤基本相同，不同的是在渦旋定子的中心開有排氣孔。進氣口的大小 尺寸的確定要兼顧其齒高、進氣速度等因素。排氣口的確定是個難點，它的大小尺寸及其形狀要考慮效率等諸多因素。此外，散熱片的設計亦不可小覷。5.3 曲軸曲軸在設計過程中要考慮其外行尺寸及其材質問題，此外，還應考慮其熱處理工藝要求，在設計過程中確定其尺寸時要兼顧其強度、剛度等力學性能以及與軸承、聯(lián)軸器等標準件配合時的相互影響、相互制約的問題，還要考慮軸上零件的定位、裝配問題。所以在設計的過程要兼顧諸多要素盡量做到合理。5.4 支架體支架體在渦旋壓縮機中是起到支撐、保護的作用，在設計中采用灰鑄鐵鑄造的方法。在滿足強度要求的前提下，盡量減小其體積和重量。另外，支架體還要設計潤滑油路和通孔使整個機器有較好的潤滑系統(tǒng)。5.5 十字滑環(huán)要考慮動盤的結構和尺寸以及支架體上與之相配的結構來設計。六、研究展望綜觀目前渦旋壓縮機研究現(xiàn)狀和應用情況, 對今后幾年渦旋壓縮機的研究發(fā)展方向歸納為: (1) 降低渦旋壓縮機的加工成本,主要是渦旋盤的加工。尋找加工復雜但具有良好性能型線的 簡單方法。 (2) 研究新的環(huán)保型制冷劑對渦旋壓縮機結構的新要求(3) 增大渦旋壓縮機的功率范圍,拓寬其應用領域,特別是研究其變頻特性以及在空調熱泵中的應用。(4) 改進壓縮機的平衡機構,特別是軸向氣體力的平衡。減少氣體的泄漏 ,減少機械摩擦損失, 從而提高渦旋壓縮機的工作效率和可靠性。參考文獻[1] 卜嘯華 渦旋壓縮機[J][2] 楊可楨，程光蘊 機械設計基礎[J] 高等教育出版社，2004[3] 濮良貴，紀名剛 機械設計[M] 高等教育出版社，2002[4] 吳宗澤，羅圣國 機械設計課程設計手冊[M] 高等教育出版社。1998[5] 杜桂榮 渦旋壓縮機的防自轉機構[J] 甘肅工業(yè)大學出版社[6] 郁永章 容積式壓縮機技術手冊[M] 機械工業(yè)出版社[1] 包麗萍,楊延釗,韋學臣,等. PMMA/蒙脫土納米復合材料的制備及其阻燃性能[J]. 青島科技大學學報, 2003, 24(4): 351–353.[2] 陳奎,楊瑞成,吳明亮,等. 聚合物/蒙脫土剝離型納米復合材料逾滲理論分析 [J]. 蘭州理工大學學報, 2006, 32(1): 41-45.