渦旋壓縮機(jī)是一種容積式壓縮的壓縮機(jī)，壓縮部件由動(dòng)渦旋盤(pán)和靜渦旋組成。
其工作原理是利用動(dòng)、靜渦旋盤(pán)的相對(duì)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成封閉容積的連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)壓縮氣體的目的
主要用于空調(diào)、制冷、一般氣體壓縮以及用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器和真空泵等場(chǎng)合，可在很大范圍內(nèi)取代傳統(tǒng)的中、小型往復(fù)式壓縮機(jī)。
兩個(gè)具有雙函數(shù)方程型線的動(dòng)渦盤(pán)和靜渦盤(pán)相錯(cuò)180°對(duì)置相互嚙合，其中動(dòng)渦盤(pán)由一個(gè)偏心距很小的曲柄軸驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)約束，繞靜渦盤(pán)作半徑很小的平面運(yùn)動(dòng)，從而與端板配合形成一系列月牙形柱體工作容積。
特點(diǎn)：利用排氣來(lái)冷卻電機(jī)，同時(shí)為平衡動(dòng)渦旋盤(pán)上承受的軸向氣體力而采用背壓腔結(jié)構(gòu)，另外機(jī)殼內(nèi)是高壓排出氣體，使得排氣壓力脈動(dòng)小，因而振動(dòng)和噪聲都很小。
背壓腔如何實(shí)現(xiàn)軸向力的平衡？
動(dòng)渦旋盤(pán)上開(kāi)背壓孔，背壓孔與中間壓力腔相通，從背壓孔引入氣體至背壓腔，使背壓腔處于吸、排氣壓力之間的中間壓力。通過(guò)背壓腔內(nèi)氣體作用于動(dòng)渦旋盤(pán)的底部，從而來(lái)平衡各月牙形空間內(nèi)氣體對(duì)動(dòng)渦旋盤(pán)的不平衡軸向力和力矩。
3、啟動(dòng)時(shí)冷凍機(jī)油發(fā)泡。
3、內(nèi)置電動(dòng)機(jī)效率較高。
采用“軸向柔性”浮動(dòng)密封技術(shù)，將一活塞安裝在頂部訂渦旋盤(pán)處，活塞頂部有一調(diào)節(jié)室，通過(guò)0.6mm直徑的排氣孔和排氣壓力相連接，而外接PWM閥（脈沖寬度調(diào)節(jié)閥）連接調(diào)節(jié)室和吸氣壓力。PWM閥處于常閉位置時(shí)，活塞上下側(cè)的壓力為排氣壓力，一彈簧力確保兩個(gè)渦旋盤(pán)共同加載。PWM閥通電時(shí)，調(diào)節(jié)室內(nèi)排氣被釋放至低壓吸氣管，導(dǎo)致活塞上移，帶動(dòng)頂部定渦旋盤(pán)上移，該動(dòng)作使動(dòng)、定渦旋盤(pán)分隔，導(dǎo)致無(wú)制冷劑通過(guò)渦旋盤(pán)。
用于冷凍系統(tǒng)中的系統(tǒng)流程圖：
對(duì)壓縮過(guò)程進(jìn)行中間補(bǔ)氣的經(jīng)濟(jì)器運(yùn)行方式，是解決渦旋壓縮機(jī)在低溫工況下運(yùn)行時(shí)，由于壓比過(guò)高導(dǎo)致排氣溫度過(guò)高的有效方法。
渦旋壓縮機(jī)在主軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間內(nèi)，其吸氣、壓縮、排氣三個(gè)工作過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行，外側(cè)空間與吸氣口想通，始終處于吸氣過(guò)程，內(nèi)側(cè)空間與排氣口想通，始終處于排氣過(guò)程。
由于吸氣、壓縮、排氣過(guò)程是同時(shí)連續(xù)進(jìn)行，故壓力上升速度較慢，因此轉(zhuǎn)矩變化幅度小、振動(dòng)小；同時(shí)沒(méi)有余隙容積，故不存在引起容積效率下降的膨脹過(guò)程。
由于采用柔性結(jié)構(gòu)，抗雜質(zhì)和液擊能力強(qiáng)，一旦壓縮腔內(nèi)壓力過(guò)高，可使動(dòng)盤(pán)與靜盤(pán)端面脫離，壓力立即得到釋放。
機(jī)殼內(nèi)腔為排氣室，減少了吸氣預(yù)熱，提高了壓縮機(jī)容積效率。
由于壓縮氣體由外向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，可進(jìn)行噴液冷卻和中間補(bǔ)氣，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)器運(yùn)行。
渦旋體型線加工精度非常高，其端板平面的平面度、端板平面與渦旋體側(cè)壁面的垂直度須控制在微米級(jí)，必須采用專(zhuān)用的精密加工設(shè)備以及精確的調(diào)心裝配技術(shù)。
限制其應(yīng)用范圍：目前僅用于功率在1~15kW的空調(diào)器中密封要求高，密封機(jī)構(gòu)復(fù)雜。由于無(wú)氣閥，壓縮腔內(nèi)部會(huì)形成過(guò)壓縮和欠壓縮。
1.渦旋體型線的研究開(kāi)發(fā)：?jiǎn)我恍途€、修正型線、組合型線、通用型線。
2.擴(kuò)大制冷容量：變頻渦旋機(jī)、數(shù)碼渦旋機(jī)、雙作用渦旋機(jī)、雙機(jī)共用同一機(jī)殼渦旋機(jī)等。
3.擴(kuò)大應(yīng)用范圍：開(kāi)發(fā)低溫用渦旋機(jī)、渦旋式真空泵、渦旋式空壓機(jī)、渦旋式發(fā)動(dòng)機(jī)等。
4.理論研究進(jìn)一步深入：計(jì)算機(jī)模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立各種模型（如各種泄露模型、傳熱模型、摩擦損失模型等）排氣孔口的形狀和位置，背壓孔的大小、位置及背壓壓力的高低等，并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。
|
|
|
|
|
|
密封部的間隙最適合化對(duì)應(yīng)可能（有利）
|
|
|
|
|
|
|
|
缸體高度降低對(duì)應(yīng)可能（有利）
|
翅高降低會(huì)使軸負(fù)荷降低，但軸方向負(fù)荷會(huì)增加（不利）
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
無(wú)論低壓縮比、高壓縮比時(shí)都節(jié)能
|
|
某品牌轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)最新技術(shù)
高壓腔與低壓腔渦旋壓縮機(jī)特點(diǎn)比較
高壓腔與低壓腔渦旋壓縮機(jī)的劃分，主要是對(duì)全封閉渦旋壓縮機(jī)中，電機(jī)所處在的工作環(huán)境溫度進(jìn)行區(qū)分。
電機(jī)處于排氣側(cè)（殼體內(nèi)為排氣壓力），稱(chēng)為高壓腔（一般以HITACHI為代表)；
電機(jī)處于回氣側(cè)（殼體內(nèi)為回氣壓力） ，稱(chēng)為低壓腔（一般以COPELAND為代表）。
兩種結(jié)構(gòu)的渦旋壓縮機(jī)，與其結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)具有相應(yīng)的特點(diǎn)，且各具優(yōu)缺點(diǎn)。
|
|
|
|
|
具有較大的排氣緩沖容積，振動(dòng)小，輸氣均勻；
潤(rùn)滑得到可靠保證(可以采用壓力供油潤(rùn)滑)；
壓縮機(jī)中可以有較多的潤(rùn)滑油起良好的潤(rùn)滑﹑冷卻及液體阻塞作用；
直接吸氣不存在液體制冷劑對(duì)潤(rùn)滑油膜的破壞作用；
|
電機(jī)的工作環(huán)境較好(低溫﹑低壓)；
抗液擊的能力較強(qiáng)，對(duì)進(jìn)入管道中的異物﹑雜質(zhì)抵抗能力較強(qiáng)；
|
|
|
高壓殼體對(duì)氣密性及強(qiáng)度要求較高；
電機(jī)工作環(huán)境惡劣，直接吸氣容易因雜質(zhì)﹑異物損壞壓縮機(jī)；
|
較強(qiáng)的吸氣預(yù)熱造成容積效率下降；
壓縮機(jī)中油量必須嚴(yán)格控制,潤(rùn)滑密封效果較差；
液體制冷劑有可能破壞潤(rùn)滑油膜,造成軸承潤(rùn)滑惡化；
殼體內(nèi)高﹑低壓腔的存在，增加了密封的難度。
|
造成渦旋壓塑機(jī)電動(dòng)機(jī)輸入功率偏大的原因在實(shí)際工作過(guò)程中非常復(fù)雜，但主要有：（1）電機(jī)損耗過(guò)大，包括銅損、鐵損（與電動(dòng)機(jī)材料和加工工藝有關(guān)）；（2）壓縮機(jī)工作過(guò)程引起的功率消耗等。
壓縮機(jī)工作時(shí)，動(dòng)、定盤(pán)之間，防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與配合鍵槽之間，曲軸與主、副軸承之間接觸并發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)等，不可避免的產(chǎn)生摩擦損失。
動(dòng)盤(pán)與定盤(pán)之間的摩擦損失
動(dòng)、定盤(pán)間的摩擦損失指的是壓縮機(jī)工作腔內(nèi)的摩擦損失，主要有：
（1）動(dòng)、定盤(pán)的渦旋線、齒頂、底面的加工精度、平面度、位置度等沒(méi)有達(dá)到要求造成。
（2）壓縮機(jī)整機(jī)含塵量較高，或固定塵埃(如焊渣、加工余屑等)顆粒直徑過(guò)大造成。從而造成壓縮機(jī)工作腔內(nèi)異常摩擦，嚴(yán)重時(shí)甚至影響壓縮機(jī)正常工作。
防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與各配合鍵槽之間的摩擦損失
防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要用于防止動(dòng)盤(pán)自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在壓縮機(jī)工作過(guò)程中，防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在機(jī)架和動(dòng)盤(pán)上分別沿垂直方向上與鍵槽滑動(dòng)配合，在滑動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦損失。
（1）十字鍵或鍵槽的垂直度、平行度、光潔度、平面度超差較大時(shí)，會(huì)增大摩擦，加大功耗；
（2）立式渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是直接與機(jī)架上的支撐面接觸的，故在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生摩擦損失。
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力是通過(guò)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)軸承帶動(dòng)動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)來(lái)完成吸氣、壓縮、排氣的過(guò)程。
由于曲軸中心線與滑動(dòng)軸承的中心線重合非常困難，而且由于加工誤差和裝配誤差的影響，曲軸和軸承常常是偏心的，因而產(chǎn)生的摩擦損失也是必然的。
運(yùn)動(dòng)部件各摩擦面、嚙合面都必須有足夠的潤(rùn)滑，才能保證壓縮機(jī)安全、可靠、高效的工作，潤(rùn)滑不良，會(huì)加劇運(yùn)動(dòng)部件的磨損。
在制冷壓縮機(jī)中,不論是強(qiáng)制還是自然冷卻，潤(rùn)滑油總是在冷卻后由上油孔或上油管進(jìn)入各摩擦面，吸收十字環(huán)、工作腔、軸承等處的熱量，隨高壓氣體經(jīng)排氣口排出，從而保證壓縮機(jī)正常工作。
動(dòng)盤(pán)運(yùn)動(dòng)引起的流動(dòng)阻力損失
當(dāng)動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),因其背面受中間壓力腔中流體(包括氣體、氣體和潤(rùn)滑油的混合物)阻礙,會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)阻力損失,阻力大小與動(dòng)盤(pán)背部結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、旋轉(zhuǎn)角度及流體密度有關(guān)。
平衡塊所在空間是具有一定壓力的氣體、潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑油和氣體的混合物,當(dāng)平衡塊隨曲軸一起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生阻力損失,阻力大小與平衡塊幾何尺寸、流體擾動(dòng)系數(shù)、粘度、密度等有關(guān)。
氣體流動(dòng)時(shí),由于氣體內(nèi)部的摩擦以及氣體與管壁之間的摩擦，而導(dǎo)致流動(dòng)阻力損失。
當(dāng)氣體通過(guò)吸氣管道和吸氣逆止閥時(shí)，產(chǎn)生阻力損失，使吸氣壓力降低和吸氣比容升高，從而降低壓縮機(jī)的實(shí)際排氣量,降低了容積效率；同樣，排氣孔口處的流動(dòng)阻力，使得壓縮機(jī)實(shí)際排氣壓力升高，而使功耗增加。
內(nèi)泄漏：指壓縮機(jī)各相鄰壓縮腔之間，壓縮腔與背壓腔之間的氣體泄漏，表現(xiàn)為高壓氣體向低壓腔泄漏，再?gòu)牡蛪呵粔毫嚎s到泄漏前壓力，造成重復(fù)壓縮消耗功率，所以內(nèi)泄漏直接結(jié)果為增加功耗。
外泄漏：指壓縮機(jī)在吸氣過(guò)程中與外界(大于吸氣壓力的高壓氣體)進(jìn)行氣體交換，導(dǎo)致高壓氣體進(jìn)入到吸氣腔內(nèi)膨脹，并占據(jù)空間，使得實(shí)際吸氣量減少，即外泄漏不僅使功耗增加，而且還減少吸入氣體量，使排氣量減少和制冷量降低。
渦旋壓縮機(jī)中，內(nèi)泄漏的發(fā)生途徑主要有工作腔之間的泄漏，工作腔與背壓腔之間的泄漏，安全閥孔泄漏等。
徑向泄漏：氣體或潤(rùn)滑油中溶解的工質(zhì)通過(guò)軸向間隙產(chǎn)生的泄漏(圖1)。
周向泄漏：氣體或潤(rùn)滑油中溶解的工質(zhì)通過(guò)徑向間隙產(chǎn)生的泄漏(圖2)。
中間壓力腔與背壓腔之間通過(guò)中間壓力孔造成氣體或潤(rùn)滑油中溶解工質(zhì)的泄漏(圖3)。
背壓腔與動(dòng)盤(pán)端板通過(guò)它們之間的密封造成氣體或潤(rùn)滑油中溶解工質(zhì)的泄漏(圖4)。
外泄漏：主要是指由于定盤(pán)吸氣孔O型環(huán)密封性差，導(dǎo)致高壓氣體進(jìn)入吸氣腔的泄漏(圖5)。
吸入氣體受壓縮機(jī)機(jī)體或環(huán)境加熱，使吸入氣體比容增加，實(shí)際吸氣量減小，壓縮機(jī)的制冷量降低，功耗增加。
有資料表明：吸氣預(yù)熱每增加3℃，壓縮機(jī)的能效比就下降1% 。
影響渦旋壓縮機(jī)性能的因素錯(cuò)綜復(fù)雜的，它包括設(shè)計(jì)、制造和使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，除以上分析的因素外，另外吸油管攪油損失，氣體流動(dòng)摩擦損失，動(dòng)、定盤(pán)材料熱膨脹系數(shù)的影響，動(dòng)、定盤(pán)齒高選配等。
