朱飛

摘 要 針對(duì)渦旋壓縮機(jī)技術(shù)特點(diǎn)，通過結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)過程中的動(dòng)平衡及型線設(shè)計(jì)的疑難點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述和總結(jié)，希望為企業(yè)后續(xù)設(shè)計(jì)研發(fā)工作提供思路。

關(guān)鍵詞 渦旋壓縮機(jī);動(dòng)平衡;型線

引言

隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源的需求越來(lái)越大，與此同時(shí)，不可再生資源的浪費(fèi)問題也是越來(lái)越突出。因此各行各業(yè)尤其是制冷行業(yè)對(duì)產(chǎn)品能效的要求越來(lái)越高，壓縮機(jī)制冷產(chǎn)品的心臟，核心部件，制冷產(chǎn)品的高標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)壓縮機(jī)的高要求，所以，相對(duì)傳統(tǒng)的活塞式和轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，渦旋壓縮機(jī)具有零件少、振動(dòng)噪音低、冷量大、能耗低等優(yōu)點(diǎn)在日益追求高效、節(jié)能的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中逐漸脫穎而出。

1技術(shù)特點(diǎn)

渦旋壓縮機(jī)是容積式壓縮機(jī)，屬于第三代壓縮機(jī)，由動(dòng)定渦旋盤組成，通過渦旋盤相互間嚙合形成密閉容積連續(xù)變化，達(dá)到氣體壓縮目的，主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：①零件數(shù)少：運(yùn)動(dòng)部件少，僅動(dòng)定盤、機(jī)架、曲軸、電機(jī)等零件;②振動(dòng)噪音低：固定曲軸結(jié)構(gòu)以及足夠大的排氣緩沖結(jié)構(gòu)、吸排氣過程幾乎連續(xù)使振動(dòng)和噪音更小;③直接吸氣：吸氣預(yù)熱小、容積效率高，使壓縮機(jī)可靠性增強(qiáng)、效率更高;④高可靠性：壓縮機(jī)沒有閥片，運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定、高可靠。

2設(shè)計(jì)點(diǎn)

2.1 型線設(shè)計(jì)

型線是渦旋式壓縮機(jī)最為重要部分，其參數(shù)設(shè)計(jì)直接關(guān)系壓縮機(jī)性能，型線設(shè)計(jì)包含的參數(shù)很多，主要有型線方程、基圓半徑a、漸開線節(jié)距P、渦旋體壁厚t、渦旋體高度h、型線圈數(shù)N等[1-2]。根據(jù)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)需求確定基本參數(shù)V、N、a、α，通過公式（1）～（4）來(lái)求解P、r、h

V = ∏P（P -2t）h（2N-1）? （1）

r = P/2-t? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

t = 2∏a? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

P = 2aα? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

型線方程是關(guān)聯(lián)壓縮機(jī)容積及嚙合度，兩渦旋盤在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終保持一定數(shù)量的密封容積，所以動(dòng)渦旋盤和靜渦旋盤的相位差∏，基圓中心距r。目前常見的方程有很多，比如線段漸開線、組合曲線等，各有優(yōu)劣，但基于零件加工的便捷性，市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的還是圓的漸開線方程，其方程如式（5）;

x=a（cosα+αsinα）/ y=a（sinα-αcosα） （5）

確定型線方程后還需對(duì)型線收尾端進(jìn)行修正，為便于獲得更大的壓縮比，型線起始段用圓弧代替，同時(shí)可以減少零件加工過程中刀具對(duì)型線的干涉，還可以提高壓機(jī)的工作效率，改善壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的受力特性[3]。

2.2 平衡設(shè)計(jì)

平衡設(shè)計(jì)包括動(dòng)平衡和靜平衡，靜平衡主要是考慮壓縮機(jī)在靜置狀態(tài)下所有零件的受力，重點(diǎn)是其材料選型是否恰當(dāng);動(dòng)平衡考慮壓縮機(jī)在工作狀態(tài)下，壓機(jī)內(nèi)部各運(yùn)動(dòng)力的平衡，考驗(yàn)零件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的使用壽命;較靜平衡而已，動(dòng)平衡更為重要。動(dòng)平衡設(shè)計(jì)不良，不平衡量過大會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)振動(dòng)大，噪聲高，其次會(huì)增大壓縮機(jī)功率影響制冷效率。

壓縮機(jī)通過曲軸偏心帶動(dòng)動(dòng)渦旋盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，動(dòng)渦旋盤與定渦旋盤相互間型線進(jìn)行完美嚙合形成多個(gè)密閉容積;曲軸偏心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生慣性力，因此這部分慣性力需要額外的設(shè)計(jì)進(jìn)行平衡，設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在曲軸偏心部對(duì)側(cè)增加配重產(chǎn)生反向慣性力平衡。常見的是增加平衡塊套接在曲軸上，或者是電機(jī)轉(zhuǎn)子鉚接部分配重，圖示典型平衡設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖[4-5]。

在平衡設(shè)計(jì)中，背壓孔設(shè)計(jì)[6]也是極其重要的。壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，渦旋盤密封腔體間氣體壓力不均衡，氣體力作用在動(dòng)盤上使其發(fā)生傾斜，會(huì)導(dǎo)致渦旋盤間隙過大產(chǎn)生泄漏，影響壓縮機(jī)整體性能;通過滯后性原理在動(dòng)盤開設(shè)位置對(duì)稱兩背壓孔使部分氣體流入背壓腔達(dá)到平衡目的。背壓孔位置及大小應(yīng)設(shè)計(jì)合理，否則會(huì)產(chǎn)生泄漏，或者達(dá)不到均壓效果[7]。

3結(jié)束語(yǔ)

渦旋式壓縮機(jī)是未來(lái)制冷行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，其結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但設(shè)計(jì)參數(shù)過多，對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平要求高，有待進(jìn)一步將理論知識(shí)普及。

參考文獻(xiàn)

[1] 李連生.渦旋壓縮機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998：4.

[2] 吳業(yè)正.制冷壓縮機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011：11.

[3] 蔡彭斌，朱兵國(guó).渦旋型線對(duì)渦旋壓縮機(jī)性能的影響[J].流體機(jī)械，2016，（06）：17-23.

[4] 樊靈，耿森林，屈宗長(zhǎng)，等.渦旋壓縮機(jī)的平衡分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2010，（06）：935-937.

[5] 劉振全，李海生，陳英華，等.SolidWorks在渦旋壓縮機(jī)動(dòng)平衡計(jì)算中的應(yīng)用[J].流體機(jī)械，2005，（02）：39-41.

[6] 高艷，孟亞南，劉振全，等.渦旋壓縮機(jī)背壓平衡研究[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2009，（01）：8-11.

[7] 李超，趙榮珍，劉振全，等.渦旋式空氣壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的研究[J].潤(rùn)滑與密封，2004，（04）：104-105.