空調(diào)器實用回轉(zhuǎn)制冷壓縮機的設(shè)計開發(fā)實例探討

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摘要：本文介紹了回轉(zhuǎn)制冷壓縮機的設(shè)計方法，此種制冷壓縮機零部件少、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行平穩(wěn)、適用容量范圍廣，并以設(shè)計圖實例為明，供參考。 

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn) 制冷壓縮機設(shè)計  中圖分類號：s611文獻標(biāo)識碼：a 文章編號：  一、前言  二十世紀(jì)后半葉,制冷和空調(diào)產(chǎn)業(yè)獲得前所未有的高速發(fā)展。制冷已成為全球保證食品供應(yīng)的基本手段之一,而空調(diào)則是當(dāng)今社會保證生產(chǎn)工藝及生活環(huán)境舒適要求的必要手段。而壓縮機相當(dāng)于制冷系統(tǒng)中的心臟,各種類型的制冷壓縮機是決定系統(tǒng)能力大小的關(guān)鍵部件,對系統(tǒng)的運行性能、能效、噪聲、振動、維護和使用壽命等有著直接的影響。應(yīng)用最廣泛的就是往復(fù)式制冷壓縮機,由于其驅(qū)動機構(gòu)為曲柄連桿機構(gòu),需要將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為曲柄連桿機構(gòu)的往復(fù)運動,造成整個系統(tǒng)的效率低,并且相同功率下與其它類型制冷壓縮機相比設(shè)備復(fù)雜、總體體積龐大、傳動效率低、噪聲大、磨損厲害、可靠性低、運行中故障多、壽命短。適用范圍制冷量200kw以下,其性能系數(shù)約為2~2.5w /w (制冷)和2. 9~ 3.4w /w (空調(diào))。回轉(zhuǎn)式壓縮機的種類較多,各有優(yōu)勢,但也各有弱點。  目前廣泛應(yīng)用于家用冰箱和空調(diào)中的滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機一旦在其軸承、主軸、滾輪或是滑片處發(fā)生磨損、間隙增大,馬上會對其性能產(chǎn)生較明顯的不良影響,在裝配中對系統(tǒng)具有較高的清潔度要求,特別是滑片對材料的要求比較高。對于現(xiàn)場安裝的制冷空調(diào)系統(tǒng)而言,如果進入系統(tǒng)的雜質(zhì)較多,會使機器性能迅速惡化。單缸的轉(zhuǎn)子式壓縮機在低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速不均勻度會增大,且制冷量小,適用范圍的制冷量為5kw~10kw,比較狹窄。其性能系數(shù)可達2.9w/w(制冷)和3.4w/w(制熱)。  渦旋式制冷壓縮機發(fā)展越來越好,適用范圍的制冷量為5kw~70kw,能效比高,但應(yīng)用場合有局限性,在較小的制冷量的工況下,效率比較低,制造成本比較高,制造需要高精度的加工設(shè)備及精確的調(diào)心裝配技術(shù)。  離心式制冷壓縮機適用于制冷量在350kw以上的場合,而對于制冷量小的場合則不適用。此外,大型離心式制冷壓縮機如果應(yīng)用于工作壓力變化范圍很大的場合,會帶來喘振問題。在部分負荷運轉(zhuǎn)時,工作效率低。整體設(shè)備復(fù)雜,零部件較多,運行維護不便。運行時噪聲比較大。還有其它形式的制冷壓縮機,如滑片式制冷壓縮機,旋葉式制冷壓縮機,螺旋葉片式制冷壓縮機等,都是由于效率、可靠性、可行性問題,應(yīng)用少或者正在研究開發(fā)之中。  因此,開發(fā)綜合優(yōu)勢較強的制冷壓縮機是很有必要的。本壓縮機的開發(fā)主要著眼于高效、結(jié)構(gòu)簡單、制冷量范圍廣。  不少壓縮機的核心技術(shù)主要掌握在美國、日本,還有一些歐洲發(fā)達國家手里,而國產(chǎn)的壓縮機企業(yè)大部分是合資企業(yè),具有自己獨立知識產(chǎn)權(quán)的壓縮機企業(yè)寥寥無幾。制冷壓縮機的設(shè)計與研發(fā)對民族企業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。本文所描述的自行設(shè)計的壓縮機,是結(jié)合滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機和渦旋式制冷壓縮機的特點,組合部分制冷壓縮機的優(yōu)點而設(shè)計的一種制冷壓縮機。  二、壓縮機的基本結(jié)構(gòu)  回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機的殼體有兩個完全關(guān)于空間中心對稱的圓環(huán)空心體交叉組成，一端是密封的,另一端是開口的,開口的一端用端蓋密封,并且把旋轉(zhuǎn)的活塞和端蓋做成一體,電動機與底端軸連接。輔助零件有活塞環(huán),齒輪等。圖1為壓縮機的工作原理圖,圖2為基本結(jié)構(gòu)立體圖。  1、活塞； 2、氣缸； 3、排氣口 ；4、排氣口； 5、活塞； 6、氣缸；  7、吸氣口；8、吸氣口； 9、交匯處； 10、交匯處  圖1 壓縮機的工作原理(左氣缸壓縮、右氣缸吸氣)    圖2壓縮機的基本結(jié)構(gòu)  三、工作原理  工作原理如圖1所示,主體結(jié)構(gòu)為一種雙環(huán)相交型回轉(zhuǎn)式壓縮機氣缸。兩個氣缸的橫截面形狀均為圓環(huán)形,左氣缸2與右氣缸6相交,兩個圓環(huán)型氣缸各有一固定端蓋和活動端蓋。圖2中的右氣缸上面端蓋為活動端蓋,下部為固定端蓋;左氣缸的上面端蓋為固定端蓋,下部則為活動端蓋。兩個圓環(huán)形氣缸交匯處空間連通,左氣缸2內(nèi)設(shè)置有一個圓弧形左活塞1,右氣缸6內(nèi)設(shè)置有一個圓弧形右活塞5,左氣缸或右氣缸圓環(huán)形活動蓋板分別與左活塞1和右活塞5連接成一個整體,并分別在各自的圓環(huán)形氣缸空間內(nèi)作回轉(zhuǎn)運動且運轉(zhuǎn)方向相反。由于圓環(huán)形氣缸的交匯處空間互通,每個圓環(huán)形氣缸內(nèi)的活塞都能通過交匯處。位于上交匯處附近的左氣缸2和右氣缸6的兩個圓環(huán)形氣缸壁上,分別開有左排氣口3和右排氣口4,位于下交匯處附近的左氣缸2和右氣缸6的兩個圓環(huán)形氣缸壁上,分別開有左吸氣口8和右吸氣口7。左氣缸壓縮、右氣缸吸氣過程如圖1所示,當(dāng)上交匯處9被右活塞5占據(jù)時,在左氣缸2中,左活塞1與右活塞5的圓弧面外側(cè)形成壓縮空間,左活塞1的順時針運動形成先壓縮、后排氣過程;當(dāng)下交匯處10被左活塞1占據(jù)時,在右氣缸中,右活塞5與左活塞1的圓弧面外側(cè)形成吸氣空間,右活塞5的逆時針運動形成吸氣過程,氣體從右吸氣口7進入氣缸。同理可形成左氣缸吸氣、右氣缸壓縮的過程,如圖3所示。  圖3 壓縮機的工作原理(左氣缸吸氣、右氣缸壓縮)  四、壓縮機的設(shè)計細節(jié)  1、 壓縮機的驅(qū)動結(jié)構(gòu)  兩個環(huán)形的活塞通過一個兩端輸出的電機驅(qū)動。如圖2所示，電機裝在左氣缸內(nèi)壁面內(nèi)部, 下部輸出端直接通過花鍵和左氣缸的下面活動端蓋連接,活動端蓋和活塞做成一體;上部輸出端與左氣缸上部的主動齒輪相聯(lián),從動齒輪與右氣缸上部的活動端蓋相聯(lián)。兩個齒輪大小相等,齒數(shù)、模數(shù)相等。這樣,一個電機可同時驅(qū)動兩個環(huán)形活塞(一個順時針旋轉(zhuǎn),一個逆時針旋轉(zhuǎn))。該機構(gòu)使用齒輪連接有如下優(yōu)點:  ①效率高。在常用的機械傳動中,以齒輪的傳動效率為最高。一級圓柱齒輪傳動的效率可達99%。  ②結(jié)構(gòu)緊湊。在同樣的使用條件下,齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。  ③工作可靠、壽命長。設(shè)計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動,工作十分可靠,壽命可長達一、二十年,這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對制冷壓縮機尤為重要。  ④適用的圓周速度和功率范圍廣。  2、潤滑和氣密性  在壓縮機的活塞上開一些油道，在壓縮機的底部注入一定量的潤滑油,通過齒輪的旋轉(zhuǎn)將一部分油甩入油道,另外靠活塞的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將一部分油甩入油道,對傳動部件進行潤滑。密封:在端蓋和活塞連接處的上端設(shè)置一個活塞環(huán),進行軸向密封,在垂直方向上也設(shè)置兩道平行的活塞環(huán),起密封和刮油的作用。  3、能量調(diào)節(jié)  在壓縮腔設(shè)置一系列不同直徑的旁通孔,使一部分被壓縮氣體返回吸氣腔,使得能量調(diào)節(jié)范圍達到10%~100%;也可以采用變頻電機,通過旁通孔和變頻電機相結(jié)合進行能量調(diào)節(jié)。  4、振動和噪聲  活塞和缸體全是面接觸,且是緊密接觸,布置相對運動的兩部件合理間隙,使振動減小、摩擦小、運行比較平穩(wěn)、噪聲比較小。為降低噪聲可采用排氣消聲孔和亥姆霍茲共鳴器相結(jié)合的消聲方法及多重膨脹室消聲器。  5、氣閥  該壓縮機可不使用吸氣閥,但是排氣閥非常重要。為防止轉(zhuǎn)速增加后輸氣量加大,氣體流經(jīng)氣閥的流速增加、流動阻力也增加,不使用普通彈片。普通彈片過軟,導(dǎo)致排氣閥片產(chǎn)生延遲關(guān)閉、閥片壽命降低。閥片應(yīng)采用特殊不銹鋼材料以提高其耐沖擊力,也可采用帶緩沖片的氣閥結(jié)構(gòu)。  6、優(yōu)點  從上述圖中可以看出,本壓縮機的結(jié)構(gòu)簡單,零部件少。由于其是回轉(zhuǎn)式的結(jié)構(gòu),運轉(zhuǎn)效率高。氣缸的徑向和軸向的尺寸擴張對工作原理和加工工藝不產(chǎn)生特別的影響,因此體積變化不受限制,因而制冷量范圍可以很廣。  五、結(jié)論  本文提及所設(shè)計的制冷壓縮機零部件少, 制造簡單、效率高、噪音小、運行平穩(wěn)、適用功率范圍廣, 可以適用多種環(huán)保制冷劑，對于我國壓縮機制造水平的提高、壓縮機制造企業(yè)的發(fā)展、制冷空調(diào)行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。  六、參考文獻：  【1】楊可楨、程光蘊，機械設(shè)計基礎(chǔ)[m ] . 北京: 高等教育出版社, 2005.  【2】周鶯、張華俊、李積杰、等，世界制冷壓縮機現(xiàn)狀及發(fā)展動向【j】，壓縮機技術(shù), 2001。  【3】周子成，我國空調(diào)壓縮機制造業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向【j】，制冷與空調(diào)，2004。  注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用pdf形式查看。