淺談渦旋壓縮機設計

朱飛

摘 要 針對渦旋壓縮機技術特點，通過結構分析和設計優化，對壓縮機設計過程中的動平衡及型線設計的疑難點進行簡單闡述和總結，希望為企業后續設計研發工作提供思路。

關鍵詞 渦旋壓縮機;動平衡;型線

引言

隨著科學技術和社會經濟的快速發展，當今社會對能源的需求越來越大，與此同時，不可再生資源的浪費問題也是越來越突出。因此各行各業尤其是制冷行業對產品能效的要求越來越高，壓縮機制冷產品的心臟，核心部件，制冷產品的高標準就是對壓縮機的高要求，所以，相對傳統的活塞式和轉子式壓縮機，渦旋壓縮機具有零件少、振動噪音低、冷量大、能耗低等優點在日益追求高效、節能的市場競爭中逐漸脫穎而出。

1技術特點

渦旋壓縮機是容積式壓縮機，屬于第三代壓縮機，由動定渦旋盤組成，通過渦旋盤相互間嚙合形成密閉容積連續變化，達到氣體壓縮目的，主要結構特點有：①零件數少：運動部件少，僅動定盤、機架、曲軸、電機等零件;②振動噪音低：固定曲軸結構以及足夠大的排氣緩沖結構、吸排氣過程幾乎連續使振動和噪音更小;③直接吸氣：吸氣預熱小、容積效率高，使壓縮機可靠性增強、效率更高;④高可靠性：壓縮機沒有閥片，運轉更穩定、高可靠。

2設計點

2.1 型線設計

型線是渦旋式壓縮機最為重要部分，其參數設計直接關系壓縮機性能，型線設計包含的參數很多，主要有型線方程、基圓半徑a、漸開線節距P、渦旋體壁厚t、渦旋體高度h、型線圈數N等[1-2]。根據壓縮機的設計需求確定基本參數V、N、a、α，通過公式（1）～（4）來求解P、r、h

V = ∏P（P -2t）h（2N-1）? （1）

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

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

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

型線方程是關聯壓縮機容積及嚙合度，兩渦旋盤在連續運轉過程中始終保持一定數量的密封容積，所以動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，各有優劣，但基于零件加工的便捷性，市場應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型線收尾端進行修正，為便于獲得更大的壓縮比，型線起始段用圓弧代替，同時可以減少零件加工過程中刀具對型線的干涉，還可以提高壓機的工作效率，改善壓縮機結構的受力特性[3]。

2.2 平衡設計

平衡設計包括動平衡和靜平衡，靜平衡主要是考慮壓縮機在靜置狀態下所有零件的受力，重點是其材料選型是否恰當;動平衡考慮壓縮機在工作狀態下，壓機內部各運動力的平衡，考驗零件運動狀態下的使用壽命;較靜平衡而已，動平衡更為重要。動平衡設計不良，不平衡量過大會導致壓縮機振動大，噪聲高，其次會增大壓縮機功率影響制冷效率。

壓縮機通過曲軸偏心帶動動渦旋盤進行旋轉，動渦旋盤與定渦旋盤相互間型線進行完美嚙合形成多個密閉容積;曲軸偏心運動產生慣性力，因此這部分慣性力需要額外的設計進行平衡，設計時會在曲軸偏心部對側增加配重產生反向慣性力平衡。常見的是增加平衡塊套接在曲軸上，或者是電機轉子鉚接部分配重，圖示典型平衡設計結構圖[4-5]。

在平衡設計中，背壓孔設計[6]也是極其重要的。壓縮機運行過程中，渦旋盤密封腔體間氣體壓力不均衡，氣體力作用在動盤上使其發生傾斜，會導致渦旋盤間隙過大產生泄漏，影響壓縮機整體性能;通過滯后性原理在動盤開設位置對稱兩背壓孔使部分氣體流入背壓腔達到平衡目的。背壓孔位置及大小應設計合理，否則會產生泄漏，或者達不到均壓效果[7]。

3結束語

渦旋式壓縮機是未來制冷行業發展趨勢，其結構雖然簡單，但設計參數過多，對設計人員的專業水平要求高，有待進一步將理論知識普及。

參考文獻

[1] 李連生.渦旋壓縮機[M].北京：機械工業出版社，1998：4.

[2] 吳業正.制冷壓縮機[M].北京：機械工業出版社，2011：11.

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

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

[5] 劉振全，李海生，陳英華，等.SolidWorks在渦旋壓縮機動平衡計算中的應用[J].流體機械，2005，（02）：39-41.

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

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