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新型螺旋叶片式压缩机技术原理

【摘要】:
1.技术起源。该新型螺旋叶片式压缩机的研究,早在15年前的普渡会议上,日本东芝公司提出了一种新型压缩——螺旋叶片式压缩机,简要阐述了其工作原理和工作特性,并发表了工作过程压力变化的实测结果(文献),译成中文介绍到中国。这种新型压缩机具有优良的热力、动力和机械性能,尤其适用于制冷空调,东芝公司的实测结果表明,其各项性能指标均优于滚动转子压缩机。此后15年来,再未发现这方面的研究文献和实物报导。在此期
    1.技术起源。该新型螺旋叶片式压缩机的研究,早在15年前的普渡会议上,日本东芝公司提出了一种新型压缩——螺旋叶片式压缩机,简要阐述了其工作原理和工作特性,并发表了工作过程压力变化的实测结果(文献),译成中文介绍到中国。这种新型压缩机具有优良的热力、动力和机械性能,尤其适用于制冷空调,东芝公司的实测结果表明,其各项性能指标均优于滚动转子压缩机。此后15年来,再未发现这方面的研究文献和实物报导。在此期间,西安交大及许多国外的研究人员也从事了这方面研究,但到今天为止没有哪家能把这种理论变为产品进入市场。
 
  2.技术难度。新型螺旋叶片式压缩机的难度,关键在于加工组装难度大,工艺要求高。按原设计工艺装配,那是根本不可能组装成型的。原设计的螺旋叶片式压缩机的关键部件是叶片和转子轴,这是加工和装配的关键难点,螺旋叶片是一个形状复杂的弹性体,另外它又是一个不等距的螺线,况且叶片和槽的加工及装配精度都要求很高,叶片的硬度要求也高,这也是一个不易实现的方案。螺旋叶片的内径又小于螺旋槽道轴的外径,根本无法安装,难以形成产品。
 
  上述技术难题,国家机械工业出版社曾于2001年2月在普通高等教育机电类规划教材中就提出了这一尚未解决的难题,并被确定为“九五”国家重点教材公布于市(中国版本图书馆CIP数据核字(2001)第01991号)。
 
  3.工作原理与结构概述
 
  (1)总体性能。螺旋叶片式压缩机,经改造后它是一种效率高、噪音低、振动小、平衡性极好、无吸气过热、无排气过热、软启动、低耗能、轴功的阻力矩变化均匀、无进气阀、无排气阀、可直接压缩液体及合湿蒸气的新型制冷压缩机。它更是一种体积小、零配件少、园筒型气缸、带有螺旋槽的螺旋式活塞和变螺距螺旋叶片、回转式的新型制冷压缩机,可适用于各种制冷剂(环保介质)。
 
  (2)结构性能。螺旋活塞的外径小于气缸内径,它与气缸偏心安装,其偏心量应保证旋转活塞外表面与气缸内壁面在底部相切,活塞两端的外伸轴承上并绕自身中心线旋转,于是与气缸间形成月牙形空间。由弹性材料制成的变螺距螺旋叶片的外径等于气缸的内径,叶片螺距的变化规律与活塞上螺旋槽螺距的变化规律一致,它装入螺旋槽中以后,其外圆面与气缸内壁面相接触,因此将月牙形空间分割成若干个封闭的螺旋形月牙空间,这就是螺旋叶片式压缩机的工作腔,亦称基元容积。
 
  (3)工作原理。螺旋叶片的螺距由吸气侧向排气侧逐渐变小,故工作腔的容积也相应地逐渐减少。当旋转活塞旋转时,螺旋叶片在其带动下绕气缸中心线旋转,并在活塞的螺旋槽内沿径向运动。因此,从吸气侧吸入的气体在螺旋叶片的作用下被推向排气侧,因为工作腔的容积逐渐减小,故腔内的气体被压缩,其压力逐渐升高,在达到一定压力后由排气口排出,完成压缩机的整个工作过程。
 
  (4)主要特点。螺旋叶片式压缩机与回复式、滚动转子式、涡旋式及偏心轴类的压缩机相比较有许多优点。
 
  ◆效率高,螺旋叶片式压缩机的效率高具有多方面的,螺旋叶片式压缩机的压力形成过程曲线可以清楚地看出,螺旋叶片式压缩机的压力转角的变化较缓慢,即工作腔内气体完成一个压缩过程需要活塞旋转数周,这样,相邻工作腔间气体压力差可以很小,使得相邻工作腔间的泄漏量很少。且因不存在端面间隙,就不存在端面间隙的泄漏,故泄漏损失很少。
 
  ◆没有吸气阀和排气阀,吸排气口是轴向配置且与气流方向一致,因而流动阻力小。不会产生脉动现象,没有吸气过热和排气过热,减少了加热损失。吸气孔口和排气孔口分别配置在气缸两侧。
 
  ◆压缩机和电动联接是利用磁通力的正负永磁钢软联接,减少了电动机启动时瞬间电流大的问题,又解决了万一压缩机内部出现故障后损坏电动机的问题。
 
  ◆螺旋叶片式压缩机采用了220伏单相电流和无刷变频电动机,具有噪音小的显著特点(在40分贝以下)。
 
  ◆振动小、噪音低。因为气缸旋转活塞及螺旋叶片均是绕自身中心线旋转,摩擦面积小,所以不存在不平衡旋转,惯性力、动力平衡性能好,又因为阻力矩变化均匀,旋转不均匀度很小,电动机可以平稳运转,故压缩机几乎没有振动,又因为没有进、排气阀,气流流动方向又好,所以噪音也低。
 
  ◆螺旋叶片式压缩机阻力矩变化均匀。因为螺旋叶片式压缩机相邻工作腔间的气体压力差很小,并可以通过螺距和螺旋圈数的优化,控制单位转速下的压力增加量,故螺旋叶片式压缩机的阻力矩变化曲线比较平坦,其峰值仅为涡旋式压缩机的1/3,而滚动转子式压缩机阻力矩峰值之高是无法与螺旋叶片式压缩机相比较的。
 
  近20年来,制冷和低温技术得到了飞速发展和广泛应用。从人们的日常生活到国民经济各部门,从传统产业到高新技术产业,从国防科技到航空航天,到处都离不开制冷、低温技术及制冷设备。