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1、涡旋压缩机的现状及发展趋势第1页，本讲稿共16页 涡旋式压缩机是20世纪80年代才发展起来的一种新型容积型压缩机，其机理最早由法国人寇克丝(Leon Creux)提出并于1905年在美国取得专利，由于涡旋体加工困难、轴向力不能稳定平衡、防自转机构不灵活、轴向和径向密封机构不完善等原因，在当时没得以实用化。直至20世纪70年代美国对涡旋式流体机械的基本理论进行了潜心研究，开发了He冷冻用压缩机、膨胀机，显示其卓越性能。日本在涡旋式流体机械的研制上也不甘示弱。从1975年开始，根据“新容积式压缩机开发”进行了预备研究。特研77B06“涡旋压缩机开发”从1978年3月开始，围绕空调用1.5kw、3k
2、w冰箱用300W等机种进行了基础研究。当前，涡旋式压缩机它已经成为功率在115kw范围内甚受青睐的制冷压缩机，并逐步向大容量机型扩展。第2页，本讲稿共16页 我国1983 年以后才开始涡旋压缩机的研制工作,1987 年试制出第1 台涡旋空气压缩机。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。近年来研究涡旋压缩机的论文不断增多,研究内容主要集中在涡旋压缩机的几何特性、工作原理、泄漏及密封、加工工艺及材料、型线修正及通用型线、整体优化等方面。第3页，本讲稿共16页1、涡旋式压缩机的特点涡旋式压缩机的特点（1）效率高 涡旋式压缩机的吸气、压缩、排气过程连续单向进行，因而吸入气体的有害过
3、热小；相邻工作腔间的压差小，气体泄露少；没有余隙容积中气体向吸气腔的膨胀过程，容积效率就高，通常高达95%以上；动涡旋体上的所有点均以几毫米的回转半径做同步转动，所以运动速度低，摩擦损失小；没有吸气阀，也可以不设置排气阀，所以气流的流动损失小。涡旋式压缩机的效率比往复式约高10%。（2）力矩变化小、振动小、噪声低 涡旋式压缩机的压缩过程较慢，因一对涡旋体中几个月牙形空间可同时进行压缩过程，故使曲轴转矩变化小，涡旋式转矩仅为滚动转第4页，本讲稿共16页 子式和往复式的1/10，压缩机运转平稳；又因为涡旋式压缩机吸气、压缩、排气是连续进行的，所以进排气的压力脉动很小，于是振动和噪声都小。（3）结构
4、简单、体积小、质量轻、可靠性高 涡旋式压缩机构成压缩室的零件数目与滚动转子式以及往复式的零件数目之比为1：3：7，所以涡旋式的体积比往复式小40%，质量轻15%；又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，故涡旋式压缩机的运行可靠性高。因此，涡旋式压缩机即使在高转速下与也保持高效率和高可靠性，其转速可达13000r/min。尽管涡旋式压缩机的优点多，但是需要高精度的加工设备和精确的装配技术，限制了它的普遍制造和应用，目前还仅限于功率在115kw的空调器中应用。第5页，本讲稿共16页2 2、与其它压缩机类型的比较、与其它压缩机类型的比较（
5、1）涡旋式、滚动活塞式、往复式压缩机比较 从高压侧向低压侧的气体泄露问题 往复和滚动活塞压缩机高、低压都是相邻的，所以气体泄露量大。涡旋式在高、低压产生的过程中，形成了许多月牙形的中间压力，相互间隔的压力差小，所以泄露量小。供暖时，当大气温度下降，高、低压差增大，泄露量增加，供暖能力也就下降。有无吸、排气阀的比较 往复式必须有吸、排气阀，滚动活塞式也必须有排气阀，这就产生了气体通道阻力。第6页，本讲稿共16页 相比之下涡旋式的吸气腔和排气抢腔不直接相连，所以不需要吸、排气阀，流通阻力小。有无顶端余隙容积的比较 往复式和滚动活塞式都有顶端余隙容积，由于余隙容积内气体膨胀使压缩机工作效率下降，涡旋
6、式没有顶端余隙容积，容积效率高。转矩变动的比较 与往复及滚动活塞式相比，涡旋式的特点是：转动一次就同时连续进行吸气，压缩和排气，所以压缩转矩的变化极小，因而振动和噪音都不大。零部件数量比较 涡旋式不需要阀，也无消音器和防止脉动的零部件，防振构造很简单，所以其零部件的数量约为往复式的40%，滚动活塞式约为往复式的60%。第7页，本讲稿共16页第8页，本讲稿共16页 1 1、涡旋式压缩机的发展涡旋式压缩机的发展 涡旋式压缩机的历史相对较短，但是它在空调器中的使用却在与日俱增。由于该类型压缩机中，气体压缩引起的力矩波动较小，所以同往复式和旋转式压缩机相比，它的振动可维持在一个较低的水平。市场上有售的
7、涡旋式压缩机容量范围为0.7515KW（不包括特殊型号），并且多数在35KW之间，应用最多是在小型PAC中。DanfossManeurop和谷轮已经宣布研制成功了20KW的大容量涡旋式压缩机。谷轮在世界涡旋式压缩机市场处于绝对主导地位。到2002年初，谷轮累计生产的涡旋式压缩机总第9页，本讲稿共16页 量已达2800万台。它的年总产量超过600万台，产品型号有230多种，采用的制冷剂包括R22、R407C、R410A、R404A和R134a。谷轮在美国有四家工厂，国内年产量超过350万台，其中位于北卡罗莱那洲谢尔比（Shelby）的工厂政致力于生产“Glacier”品牌的适应型涡旋机。此外，谷
8、轮还有一家专门生产涡旋式压缩机核心零部件的工厂。谷轮在泰国Rayong的工厂生产1.56.75hp的涡旋机，年产量100万台。它在中国苏州的工厂1999年底投产后，截止2001年底已累计生产涡旋式压缩机50万台，而年生产能力也在100万台以上。第10页，本讲稿共16页综观目前涡旋压缩机研究现状和应用情况综观目前涡旋压缩机研究现状和应用情况,对今后几年涡旋压缩机对今后几年涡旋压缩机的研究发展方向归纳为的研究发展方向归纳为:(1)降低涡旋压缩机的加工成本,主要是涡旋盘的加工。寻找加工复杂但具有良好性能型线的简单方法。(2)研究新的环保型制冷剂对涡旋压缩机结构的新要求。(3)增大涡旋压缩机的功率范围
9、,拓宽其应用领域,特别是研究其变频特性以及在空调热泵中的应用。(4)改进压缩机的平衡机构,特别是轴向气体力的平衡。减少气体的泄漏,减少机械摩擦损失,从而提高涡旋压缩机的工作效率和可靠性。(5)加强对实际运行的实验研究,建立起关于涡旋压缩机理论和实验相应发展的统一体系,保证涡旋式压缩机在借鉴其他类型压缩机的基础上发展方向的准确性;第11页，本讲稿共16页(6)建立系统的包括压缩机油冷却、供油、电机等外部系统在内的模块化数学模型,使之具有通用性;并在原有基础上强化对压缩机内部热力学特性、动力学特性的研究,更完善地分析压缩机各种运行工况下的工作过程;(7)扩大涡旋式压缩机机型,打破涡旋压缩机在大容量
10、(2 L/min)上的空白;(8)提高对涡旋式压所机的加工工艺,保证压缩机性能和品质;(9)增强涡旋式压缩机的市场竞争力。在保证性能和品质的基础上降低生产成本、运行成本,从而降低产品价格,并实现大批量生产。第12页，本讲稿共16页2 2、数码涡旋压缩机、数码涡旋压缩机 谷轮公司向中国空调市场提供其最有革命性的新技术产品数码涡旋压缩机Copeland Digital Scroll，作为下一代变容量空调器的心脏。目前，数码涡旋压缩机和与之配套的电器控制板均向客户供应，以方便开发多联式变容量空调系统。数码涡旋压缩机不同第13页，本讲稿共16页 于常见的变频压缩机，与变频压缩机通过变频器控制改变制冷剂
11、循环量相比，数码涡旋压缩机具有以下优势：1.更宽广的制冷制热容量调节范围(10%-100%)；更精确的容量控制。与变频系统存在制冷量阶梯相比，数码涡旋系统可以实现任何一点的冷量要求；2.在任何负荷点都具备出色的除湿性能-在低负荷范围使室内达到湿度70%以下的舒适要求；3.低噪音与低振动，压缩机保持恒速运行，避免产生高频噪音与振动；4.极高的可靠性：通过谷轮公司极其严格的测试条件，并保证15 年以上运行寿命；5.极佳的回油特性，压缩机定速运行，即使在小负荷冷量时也无回油问题，并保证系统可以配备长联管；第14页，本讲稿共16页6.极其简单的系统设计，不需要制冷剂热气旁通，不需要制冷剂液体旁通，不需
12、要油分离器，系统设计更简单，更可靠；7.无电磁兼容问题。通过机械式加载及卸载，不需要变频控制器。8.数码涡旋压缩机Copeland Digital Scroll 可以全方位满足以下系统应用：单蒸发器多联机系统，风管送风系统，冷水机组系统及机房空调系统。第15页，本讲稿共16页 涡旋压缩机的研究与开发已受到各界的广泛重视,其发展极其迅速,变频调速技术在涡旋空调系统中的应用使其独特的优点得以充分体现。今后一个时期,涡旋空气压缩机将逐步向高压和大功率方向发展,其应用范围将进一步扩大,特别适合于环保要求高的特定应用场合。在空调系统中,新的制冷工质对涡旋压缩机的结构提出新的要求,经过结构改进,涡旋压缩机将会更加适应此种应用场合。可以预测,涡旋压缩机的研究和制造将会在我国有一个较大的飞跃,其前景相当乐观。第16页，本讲稿共16页