天然气涡旋式压缩机设计说明书.doc

在欧洲和日本市场,低噪音,低振动的需要比效率更为突出因而,兼有高效,低噪两大优势的涡旋压缩机成为换代产品已是必然趋势虽然在完善密封机构,减少机械摩擦耗功以及数控加工提高涡旋盘成产率等方面,已经进行了广泛有效地工作,但作为技术密集程度很高的涡旋压缩机,其技术优势和效益仍存在很大的发展潜力第一章 空气压缩机及装置系统总体方案设计涡旋式压缩机是一种借助于容积的变化来实现气体压缩的流体机械,这一点于往复式压缩机相同涡旋式压缩机的主要零件动涡盘的运动,是在偏心轴的直接驱动下进行的,这一点又与旋转式压缩机相同涡旋式压缩机的压缩腔,既不同于往复式的又不同于旋转式的,故把它称作新一代容积式压缩机涡旋式压缩机的主要零件包括动涡盘、静涡盘、支架体、偏心轴及防自转机构动静涡旋盘的最常用型线是圆的渐开线及其修正曲线下面以圆的渐开线涡旋型线为例来说明涡旋压缩机的工作原理把涡旋型线参数相同,相位差π、基圆中心相距Ror的动涡盘与静涡盘组装后,可以形成数对月牙形的封闭的容积腔容积腔的轴随偏心轴推动动涡盘中心饶静涡盘中心作半径为Ror的圆周轨道运动时相应的扩大或缩小,由此实现气体的吸入、压缩和排气的目的低压气体从静涡盘上开设的吸气孔口或动静涡盘的周边缝隙进入吸气腔,经压缩后由静涡盘中心处的排气孔口排出。

下面以三对压缩腔为例说明气体压缩过程三对容积腔分别用来表示,并依次称之为中心压缩腔〔即第一压缩腔,又称排气腔〕、第二和第三压缩腔动涡盘中心绕静涡盘中心的转动角,也就是偏心轴的曲柄转角,用表示当曲柄转角时,第三压缩腔刚好封闭,压缩机的吸气过程结束,这时第三压缩腔中充入的气体所占据的空间即为吸气容积,相当于往复式压缩机的形成容积随着曲柄转角增大,月牙形的面积逐渐减小当时,第三压缩腔完成对气体的压缩过程,这时的压缩腔容积就是第二压缩腔的最大封闭容积,即第二压缩腔充气终了时的容积〔对应的主轴转角为〕,其轴向投影面积最大中心压缩腔和第二压缩腔中气体容积变化规律与第三压缩腔中的相同第三压缩腔在压缩气体同时,压缩机的吸气过程也在进行第二压缩腔和中心压缩腔并不存在吸气过程,只是在几何关系上按为一循环划分时,分割为不同的压缩腔而已涡旋式压缩机压缩气体的过程是连续进行的需要主轴转动数圈而非一圈,但主轴每转一周即可完成一次吸气需要指出的是,中心压缩腔中的气体并不受到压缩,其容积减小是一个等压过程,即排气过程中心压缩腔容积取得最大值时,不一定对应于,而与开始排气角有关涡旋压缩机的动涡盘被置于静涡盘和支架体之间,可以沿轴向移动。

当涡旋压缩机工作时,动涡盘在气体力作用下,沿轴向与静涡盘脱离,增大涡盘顶部的气体泄漏通道面积,降低容积效率和热效率因此,如何有效的平衡作用在动涡盘上的轴向气体作用力,成为涡旋压缩机能否获得良好性能的重要因素之一动涡盘在气体力作用下,有绕其中心自转的趋势这种趋势破坏了涡旋压缩机的正常工作,必须予以限制防自转机构设置在动涡盘与支体架之间,常见的结构形式有十字滑环、圆柱销、球轴承、小曲柄销十字滑块、圆柱销、小曲柄销只能防止动涡盘的自转,而球轴承不仅能够防止动涡盘的自转,而且能够承受动涡盘传递的轴向气体作用力综合起来,涡旋压缩机有以下特点：①多个压缩腔同时工作,相邻压缩腔的气体压差小,气体泄漏量小,容积效率高,可达90%~98%②驱动动涡盘的运动的偏心轴可以高速旋转,因此,涡旋式压缩机体积小、重量轻③动涡盘与主轴等运动件的受力变化小,整机震动小④没有吸、排气阀,涡旋压缩机的运转可靠,且特别适应于变速运转和变频调速技术⑤由于吸排气过程几乎连续进行,整机噪声很低轴向和径向柔性机构提高了涡旋式压缩机的生产效率,而且保证轴向间隙和径向间隙的密封效果,不因摩擦和磨损而降低,即涡旋式压缩机有可靠地密封性动涡盘上承受的轴向气体作用力,随主轴转角发生变化,很难恰如其分的加以平衡,因此轴向气体力往往带来摩擦功率消耗。

涡旋盘的加工精度,特别是涡旋体的形位公差有很高要求,端板平面的平面度,以及端板平面与涡旋体侧壁面的垂直度,应控制在微米级,因此,需采用专门的加工方法,加工技术和加工设备在我国,涡旋压缩机的研究开发工作始于1986年,经过11年的努力,已经形成了比较成熟的涡旋式空调与制冷压缩机设计制造技术,某些高校如交通大学,工业大学在涡旋压缩机技术、生产方面在国具有顶尖水平综观国外涡旋压缩机的研究开发现状、生产制造水平以及市场需求趋势,今后一段时间,有关涡旋压缩机的研究动向可归纳为：降低生产制造成本被列为研究工作的首要任务之一提高涡旋盘的生产效率,设计出更加紧凑与更加适宜于工业化生产的结构都是直接的措施通过压缩过程模拟及优化设计、采用新的材料与新的机构来减少机械摩擦损失、气体泄漏顺势、传热损失、气流阻力损失,提高涡旋压缩机的工作效率和工作可靠性拓宽应用围和使用领域,实现产品系列化扩大变频调速技术和热泵技术的应用总之,涡旋压缩机相对于往复式压缩机来讲,有很多优点如振动小、噪声低、效率高、可靠性好、容积小、重量轻等已在空调和制冷行业有了广泛应用 第二章 主要部件设计〔一〕设计的已知条件设计已知数据如下：理论排气量： 1.0m3/min〔标况〕进口压力： 0.1Mpa〔表〕出口压力： 0.6 Mpa〔表〕〔二〕性能及结构参数确定1. 涡漩圈数n,涡旋齿厚t和涡旋齿高h根据有关资料确定： n=3 t=4.5mm h=40mm2.排气量Vs和涡旋节距p: 设计理论排气量1.0m3/min〔标况〕,转换成进气状态为0.5 m3/min,转数为2900rpm, 每转排气量为172413.79 mm3/r,则得：p=t+=21.66mm圆整p=22mm3.基圆半径aa==3.501mm 因节距p由基圆半径决定,则重新取a=3.5mm,得p=21.99mm则设计理论排气量为Vs’=<2*n-1>* Π*p**h=179479.25mm/r考虑泄漏等因素的储备系数为：λ=*100%=4.09%4.回转半径RorRor==6.495mm5.渐开线的初始角αα==0.643rad6.理论压力比εε==3.985 其中θ'=3.87rad〔三〕平衡计算〔1〕动涡旋的静平衡1. 涡旋齿的重量Gi动涡旋的静平衡采用去配重的方式进行根据电子计算机计算结果Si=3285.477mm2Gi=Si.h.ρ=3285.477×40×7.8÷103=1025.0688g涡旋齿的重心 XG,YG根据电子计算机计算结果XG=0.978mm。