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1、中国机械工程第13卷第19期2002年10月上半月文章编号:1004-132Ⅹ(2002)19-1706-03涡旋压缩机的发展优势和关键技术冯健美屈宗长摘要:从涡旋压缩机的发展历史、特点、研究现状方面分析了涡旋压缩机的发展优势,介绍了各种型线的特点及评判标准,提出了涡旋压缩机进一步发展的关键技术。关键词:涡旋压缩机;型线;柔性机构;整体优化中图分类号:TH457;TB652文献标识码:A冯健美博士研究生涡旋压缩机最早于1905年提出,但由于加工手段和工艺设备的局限性没有得到深入的研究和发展。直到20世纪70年代,能源危机的加剧和高精度数控铣床的出现,为涡旋
2、机械的发展带来了机遇。美国ADL公司1973年首次提出涡旋氮气压缩机的研究报告,并证明了涡旋压缩机具有其它压缩机无法比拟的优点。1982年,日本三电公司开始批量生产汽车空调涡旋压缩机,其后日立公司、三菱电气、大金、松下、美国的谷轮公司和特灵公司也开始批量生产涡旋压缩机。进入21世纪,谷轮公司又推出了一种新的数码涡旋压缩机,使空调器不必使用昂贵1.往复式(1缸)2.往复式(2缸)3.涡旋式的变频控制器就能实现制冷量在10%～100%范围图1涡旋压缩机的噪声和振动特性内的无级调节。1993～1998年整个压缩机市场只增同压力比下的效率曲线。与第2代产品回转式压
3、缩长了5.2%,涡旋压缩机却增加了26%,1998年底机比较,涡旋压缩机有较高的容积系数,且气流脉动柔性涡旋压缩机的产量已经突破了1200万台。低10%左右。我国1983年以后才开始涡旋压缩机的研制工作,1987年试制出第1台涡旋空气压缩机。目前涡旋压缩机的研究制造主要集中在美国、日本、中国和韩国。近年来研究涡旋压缩机的论文不断增多,研究内容主要集中在涡旋压缩机的几何特性、工作原理、泄漏及密封、加工工艺及材料、型线修正及通用型线、整体优化等方面。1涡旋压缩机的发展优势涡旋压缩机作为第3代压缩机产品,与第1代往复式压缩机比较,有结构简单、体积小和重量轻的1.
4、往复式(2缸)2.滚动转子3.涡旋式特点。它的主要零部件仅为往复式的1/10,体积减图2涡旋压缩机的转矩特性小40%左右,噪声也下降5～8dB(A);无气阀等易涡旋压缩机应用在汽车空调上有其它压缩机不损件,流体的流动损失也减至最小;转速可在较大范可替代的优势,日本、美国几个大公司就首先将涡旋围内调节,且效率变化不大;多腔同时工作,转矩均压缩机用于汽车空调。德国汉诺威大学曾对往复式、匀。图1为涡旋压缩机振动和噪声特性曲线,图2为汪克尔、滑片式、六缸斜盘式、五缸斜盘式、螺杆式、其转矩变化特性曲线。图3给出了2种压缩机在不滚动活塞式以及涡旋式等8种车用空调压缩机
5、进行收稿日期:2001—12—29性能比较,涡旋压缩机转速在4000r/min以上时性·1706·涡旋压缩机的发展优势和关键技术——冯健美屈宗长[1]能明显高于其它类型压缩机,而这个转速范围正圆弧修正、多段圆弧修正、二次曲线修正等修正型是汽车正常运行工况的压缩机转速。图4给出了8线,图5、图6为2种修正型线参数示意图。组合型种车用空调压缩机性能的比较。线是在同一涡圈上采用多段不同类型的型线连接为光滑型线,以发挥不同型线的优势,这种型线不但可兼顾吸气、压缩、排气全过程,而且还具有一些突出特点,它是修正型线的拓展。1.涡旋式2.往复式图32种压缩机不同压力比下
6、的效率曲线图5对称圆弧修正型线参数示意图1.滑片式2.往复式3.汪克尔式4.滚动活塞式5.涡旋式6.六缸斜盘式7.螺杆式8.五缸斜盘式图48种压缩机性能比较图6对称圆弧加直线修正型线参数示意图2涡旋压缩机关键技术的研究现状及发展尽管各种型线均有自己的特点,但由于这些型线与性能参数的映射关系过分依赖型线方程,所以2.1型线的研究每种型线的模型针对性太强,缺乏通用性,同时需要涡旋压缩机的工作过程主要依赖于容积的变化对不同方案进行比较,造成计算工作量大,因此最近来实现,所以型线设计是一个最基本也是较为重要[3]提出了通用型线的概念。通用型线除了包含常用的问题。判
7、断型线的优劣主要从体积小、容积效率典型的型线外,还易于扩展出新的型线和便于建立高、运转平稳、易于保证加工精度等方面考虑。目前优化的统一数学模型,可方便地进行正向分析和逆采用的型线主要为单一型线、修正型线、组合型线和向修正。文献[3]提出了通用型线的表达式,并对通通用型线。单一型线主要包含有基圆渐开线、正多边用型线的热、动力特性进行了详细的研究,确定了各形渐开线、线段渐开线、半圆渐开线、阿基米德螺旋种计算公式。线、代数螺旋线、变径基圆渐开线、包络型线等。从有2.2机构的研究效容积的定义出发,对几种不同型线的优劣进行比良好的型线为涡旋压缩机性能的提高奠基了基[
8、2]较得出,圆的渐开线的有效容积比为1,正四边形础,机构方面的改善
