制冷压缩机系列讲座（十八）：涡旋式制冷压缩机i —工作原理与总体结构

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1、制冷压缩机系列讲座（十八）：涡旋式制冷压缩机I—工作原理与总体结构信息来源：中国制冷空调技术网更新日期：2008-11-11关键词：制冷压缩机，涡旋式制冷压缩机，工作原理，总体结构简介涡旋式压缩机最早由法国人Creux发明并于1905年在美国取得专利，由于涡旋体加工困难、轴向力不能稳定平衡、防自转机构不灵活、轴向和径向密封机构不完善等原因，在当时没有得以实用化。直至20实际70年代美国才研制出一台氦气涡旋式压缩机用于潜水艇推进实验系统上，后来日本三电公司购买了这个专利，1982年产生出汽车空调用涡旋式压缩机。当前已成为功率在1～15kW范围内甚受青睐的制冷压缩机机

2、型。一、工作原理1.基元容积的形成图18-1示出涡旋式制冷压缩机的基本结构。主要由动涡旋体4、静涡旋体3、曲轴8、机座5及防自转机构7等组成。动、静涡旋体的型线均是螺旋形，动涡旋体相对静涡旋体对静涡旋体偏心并相差180°对置安装，理论上它们轴向会在几条直线上接触（在横截面上则为几个点接触），涡旋体型线的端部与相对的涡旋体底部相接触，于是在动涡旋体间形成了一系列月牙形空间，即基元容积。在动涡旋体以静涡旋体的中心为旋转中心并以一定的旋转半径作无自转的回转平动时，外圈月牙形空间便会不断向中心移动，使基元容积不断缩小。静涡旋体的最外侧开有吸气孔1，并在顶部端面中心部位开有

3、排气孔2，压缩机工作时，气体制冷剂从吸气孔进入动静涡旋体间最外圈的月牙形空间，随着动涡旋体的运动，气体被逐渐推向中心空间，其容积不断缩小而压力不断升高，直至与中心排气孔相通，高压气体被排触压缩机。图5-1中的十字交叉的突肋分别与动涡旋体下端面键槽及机座上的键槽配合并在其间滑动。图5-1涡旋式制冷压缩机结构简图1-吸气口2-排气孔3-静涡旋体4-动涡旋体5-机座6-背压腔7-十字联接环8-曲轴图18-2涡旋式压缩机的工作原理1-动涡旋体2-静涡旋体3-压缩机4-排气孔2.工作原理图18-2示出涡旋式制冷压缩机工作原理。在图18-2a所示位置，动涡旋体中心O位于2静涡

4、旋体中心O的右侧，涡旋密封啮合线在左右两侧，涡旋外圈部分刚好封闭，此时最外圈两个月牙形1空间充满气体，完成了吸气过程（阴影部分）。随着曲轴的旋转，动涡旋体作回转平动，动静涡旋体仍保持良好的啮合，外圈两个月牙形空间中的气体不断向中心推移，容积不断缩小，压力逐渐升高，进行压缩过程，图18-2b～f示出曲轴转角θ每间隔120°的压缩过程。当两个月牙形空间汇合成一个中心腔室并与排气孔相通时（如图18-2g所示）压缩过程结束，并开始进入图18-2g～j示出的排气过程，直至中心腔室的空间消失则排气过程结束（如图18-2j所示）。图18-2中示出的涡旋圈数为三圈，最外圈两个封闭

5、的月牙形工作腔完成一次压缩及排气的过程，曲轴旋转了三周（即曲轴转角θ为了1080°），涡旋体外圈分别开启合闭合三次，即完成了三次吸气过程，也就是每当最外圈形成了两个封闭的月牙形空间并开始向中心推移成为内工作腔时，另一个新的吸气过程同时开始形成。因此，在涡旋式压缩机中，吸气、压缩、排气等过程是同时和相继在不同的月牙形空间中进行的，外侧空间与吸气口相通，始终进行吸气过程。中心部位空间与排气孔相通，始终进行排气过程，中间的月牙形空间一直在进行压缩过程。所以，涡旋式制冷压缩机基本上是连续地吸气和排气，并且从吸气开始至排气结束需经动涡旋体的多次回转平动才能完成。故其转矩较均

6、衡，气流脉动也小，振动小，噪声低。又由于各月牙形空间之间的压差较小，故泄漏少；进排气分别在涡旋的外侧和内侧，减轻了吸气加热；涡旋压缩机余隙容积中的气体没有向吸气腔的膨胀过程，且不需要进气阀等，所以容积效率高，可靠性高。图18-3全封闭涡旋式压缩机结构1-吸气管2-排气孔3-机壳4-排气腔5-静涡旋体6-排气通道7-动涡旋体8-背压腔9-电动机腔10-机座11-电动机12-油池13-曲轴14、16-轴承15-动密封17-背压孔18-十字联接环19-排气管20-吸气腔二、总体结构图18-3示出功率为3.75kW在空调器中使用的全封闭式涡旋式压缩机结构。低压气体从机壳顶

7、部气管1直接进入涡旋体四周，高压气体由静涡旋体5的中心排气孔2排入排气腔4，并通过排气通道6被导入机壳下部去冷却电动机11，并将润滑油分离出来，高压气体则由排气管19排出压缩机。采用排气冷却电动机的结构减少了吸气热度，提高了压缩机的效率；又因机壳内是高压排出气体，使得排气压力脉动很小，因此振动和噪声都小。为了轴向力的平衡在动涡旋体下方设有背压腔8，由动涡旋体上的背压孔17引入的气体使背压腔处于吸排气压力之间的中间压力，由背压腔内气体压力形成的轴向力和力矩作用在动涡旋体的底部，以平衡各月牙形空间内气体对涡旋体所施加的轴向力和力矩，以便在涡旋体端部维持着最小的摩擦力和

8、最小磨损的