一种新型同步回转式制冷压缩机

作者：西安交通大学 屈宗长 冯健美 李心伟

欢迎访问e展厅 展厅 3 压缩机/分离/过滤机械展厅 压缩机, 空气压缩机, 过滤器, 滤清器, 滤油机, ... 前言：往复式压缩机曾是制冷与空调领域中的主导产品，自从拉迈尔利（Ramilli）首次从结构学上解决了用旋转运动的活塞代替往复运动的活塞而实现气体的压缩以来，滑片压缩机就广泛使用在这一领域。滑片压缩机有效地解决了往复压缩机惯性力的平衡问题，并完全舍弃了往复压缩机的易损件，因而使制冷系统的可靠性大大提高。当然，这种结构也带来了滑片顶部与气缸内表面极为严重的摩擦和磨损，既造成了较大的能量损失，也大大缩短了使用寿命。尽管围绕降低摩擦磨损做出了不懈的努力，但加工精度和摩擦磨损仍然是制约滑片压缩机发展的主要因素。70年代后，滚动活塞压缩机的广泛使用，尽管使摩擦磨损有了一定的改善，但由于该机构的压缩机运动件之间须有一定严格控制的间隙，这样既增加了泄露量，又提高了加工成本和装配要求。这两种机型共同的缺点是旋转的活塞与静止的气缸之间存在着较大的相对运动，使得摩擦磨损不容低估，或者是泄漏量很大。 为此，本文提出一种全新结构的制冷空调用压缩机，即同步回转式压缩机，该机结构简单、密封效果良好、摩擦磨损较低，能有效地克服上述不足。 工作原理 图1显示了同步回转式压缩机的基本结构和工作原理，由图1可见，同步回转式压缩机由转子1、气缸体2和嵌入式滑板3、中心旋转轴4及排气阀等组成。中心驱动轴与转子的旋转中心相重合，它带动转子做完全的回转运动，而滑板依靠离心力嵌入气缸体中，这样气缸体与转子做完全的同步回转运动，而且其啮合点基本上是处于A点的静止状态。滑板将气缸体的气腔分为两个部分，即：吸气腔和排气腔。图1中表示了几种工作状态： ● 当b=0o 时，排气结束； ● 当b>0o 时, 压缩过程开始, 同时旋转的吸气口就开始吸气； ● 当b=90o 时，气缸中的吸气腔和排气腔相等； ● 当b=y时，排气开始，气体自中心腔排出。 y为排气角，当b=2p时完成一个工作循环，而此时的吸气腔被气体所充满。图1中的阴影面积是气缸体与转子所组成的工作容积。 结构特点 同步回转压缩机完全综合了滚动活塞压缩机、涡旋压缩机和滑片压缩机的优点，而克服了它们的不足。与上述压缩机比较，滚动活塞压缩机的气缸是静止的，活塞与气缸以及滑板与滚动活塞之间存在着很大的相对运动，其摩擦磨损大，而同步回转压缩机械气缸与转子均在运动，相对速度极小。而滑片压缩机也是气缸与滑片之间相对速度大，摩擦磨损严重。涡旋压缩机虽然运转平稳排气连续，但加工复杂，同步回转压缩机械继承了它的优点，但零部件简单，易于加工。同步回转式制冷空调压缩机具有独特的优点。 流动损失小 由图1可以看出，对于一个工作容积来说，气体吸入、压缩和排气是在转子两周内完成，但吸气与压缩过程是在滑板两侧的工作腔同时进行，因此对机器来说仍然是每转完成一个工作循环。这样不仅机器运转平稳，进排气连续，而且气体在吸气和排气口持续的时间长，流速低，流动损失大大降低，大约是往复式压缩机的一半。 结构简单，容积效率高 此结构的压缩机依靠旋转的吸气口直接吸气，无须加设吸气阀，从而大大降低了吸气过程的流动阻力损失，所以容积效率明显提高。另外，零部件较少且无易损件，由于转速高，体积就较往复压缩机减小50-60%，重量约减轻60%左右，指示效率比活塞式制冷压缩机提高30-40%。 相对运动小，摩擦磨损小 旋转的转子和气缸体的表面形状都为圆柱，二者之间的运动为同步，因而相互之间的相对运动速度极小，摩擦磨损大大降低，同时工作介质的泄漏也相当容易解决。 图2分别给出了在不同半径比a时，气缸与转子的相对移动的速度随转角的变化关系。由图2可以看出, 相对转动的速度大小与驱动轴的转速w和气缸的回转半径大小R成正比, 而半径比a值也会对相对速度产生很大的影响。 所以，在设计同步回转压缩机时为了减少相对转动速度, 应尽可能的减少旋转速度w和气缸半径R。 另外，由图2也可以看出，同步回转式压缩机的相对转动速度很小，这就为良好的密封创造了极好的条件。 振动小，运转平稳 同步回转制冷压缩机，因为转子上的滑板质量很小，所以其往复惯性力可以忽略不计，而其它两个旋转体均分别绕各自的旋转中心在转动，旋转惯性力从结构上完全得以平衡。因此，振动小，运转平稳，噪声低，特别是它的结构特征能够承受一定的液击现象。 易于加工，成本低 同步回转机械主要零部件的表面几何形状为圆柱，因此加工精度很容易保证，便于利用高效率的加工机床和组织流水线进行生产，也易于装配和检修, 尤其不存在偏心运动的曲轴, 可以大大降低成本。 这种同步回转式制冷压缩机原理可以应用到各种气体的压缩机和流体泵，它的提出和研制将可以有效地解决目前各类气体压缩机、空调制冷压缩机和工业泵泄漏量大和摩擦磨损严重，效率低的问题。 结论：本文介绍了一种全新结构的同步回转式制冷空调用压缩机，该机以密封效果良好、摩擦磨损较低以及运转平稳的优势，渴望在制冷空调领域广泛使用。文章介绍了同步回转式压缩机的工作原理及结构特点，为同步回转式压缩机的设计计算和进一步深入研究奠定了理论基础。 同步回转制冷压缩机是作者刚刚研制的一种新型的、用于制冷和空调领域中的压缩机，该压缩机的研制已经得到了国家自然科学经济委员会的资助，估计不久便会投放市场。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/25/2004)