空調用渦旋式壓縮機結構設計【含CAD圖紙、說明書、UG三維模型】
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畢業(yè)設計(論文)
文獻綜述
題 目 空調用渦旋式壓縮機結構設計
學 院
專 業(yè)
學 生
學 號
指導教師
1.渦旋式壓縮機的發(fā)展歷史
渦旋式壓縮機雖然發(fā)展歷史不長但是其發(fā)展速度之快,對于空調領域顯出寬廣的前景。渦旋式壓縮機是20世紀80年代才發(fā)展起來的一種新型容積型壓縮機,其機理最早由法國人寇克絲(Leon Creux)提出并于1905年在美國取得專利,由于渦旋體加工困難、軸向力不能穩(wěn)定平衡、防自轉機構不靈活、軸向和徑向密封機構不完善等原因,在當時沒得以實用化。直至20世紀70年代美國對渦旋式流體機械的基本理論進行了潛心研究,開發(fā)了He冷凍用壓縮機、膨脹機,顯示其卓越性能。
日本在渦旋式流體機械的研制上也不甘示弱。從1975年開始,根據“新容積式壓縮機開發(fā)”進行了預備研究。特研77B06“渦旋壓縮機開發(fā)”從1978年3月開始,圍繞空調用1.5kw、3kw冰箱用300W等機種進行了基礎研究。當前,渦旋式壓縮機它已經成為功率在1~15kw范圍內甚受青睞的制冷壓縮機,并逐步向大容量機型擴展。
我國1983 年以后才開始渦旋壓縮機的研制工作, 1987 年試制出第1 臺渦旋空氣壓縮機。目前渦旋壓縮機的研究制造主要集中在美國、日本、中國和韓國。近年來研究渦旋壓縮機的論文不斷增多, 研究內容主要集中在渦旋壓縮機的幾何特性、工作原理、泄漏及密封、加工工藝及材料、型線修正及通用型線、整體優(yōu)化等方面。
2.渦旋式壓縮機的技術特點
2.1.容積效率高
多個壓縮腔同時工作,相鄰壓縮腔的氣體壓差小,氣體泄漏量小,容積效率高,可達90%~98%;動渦旋體上的所有點均以幾毫米的回轉半徑做同步轉動,所以運動速度低,摩擦損失??;沒有吸氣閥,也可以不設置排氣閥,所以氣流的流動損失小。渦旋式壓縮機的效率比往復式約高10%。
2.2.力矩變化小、振動小、噪聲低
渦旋式壓縮機的壓縮過程較慢,因一對渦旋體中幾個月牙形空間可同時進行壓縮過程, 故使曲軸轉矩變化小,渦旋式轉矩僅為滾動轉子式和往復式的1/10,壓縮機運轉平穩(wěn);又因為渦旋式壓縮機吸氣、壓縮、排氣是連續(xù)進行的,所以進排氣的壓力脈動很小,于是振動和噪聲都小。
2.3.可靠性高
有軸向、徑向間隙可調的柔性機構,能避免液擊造成的損失及破壞,故渦旋式壓縮機的運行可靠性高,渦旋式壓縮機即使在高轉速下與也保持高效率和高可靠性,其轉速可達13000r/min。
2.4.結構簡單、體積小、質量輕
渦旋式壓縮機構成壓縮室的零件數目與滾動轉子式以及往復式的零件數目之比為1:3:7,所以渦旋式的體積比往復式小40%,質量輕15%;又由于沒有吸氣閥和排氣閥,易損零件少
3.渦旋式壓縮機的發(fā)展趨勢
渦旋式壓縮機的歷史相對較短,但是它在空調器中的使用卻在與日俱增。由于該類型壓縮機中,氣體壓縮引起的力矩波動較小,所以同往復式和旋轉式壓縮機相比,它的振動可維持在一個較低的水平。市場上有售的渦旋式壓縮機容量范圍為0.75~15KW(不包括特殊型號),并且多數在3~5KW之間,應用最多是在小型PAC中?!?
Danfoss—Maneurop和谷輪已經宣布研制成功了20KW的大容量渦旋式壓縮機。谷輪在世界渦旋式壓縮機市場處于絕對主導地位。到2002年初,谷輪累計生產的渦旋式壓縮機總量已達2800萬臺。它的年總產量超過600萬臺,產品型號有230多種,采用的制冷劑包括R22、R407C、R410A、R404A和R134a。
谷輪在美國有四家工廠,國內年產量超過350萬臺,其中位于北卡羅萊那洲謝爾比(Shelby)的工廠政致力于生產“Glacier”品牌的適應型渦旋機。此外,谷輪還有一家專門生產渦旋式壓縮機核心零部件的工廠。谷輪在泰國Rayong的工廠生產1.5~6.75hp的渦旋機,年產量100萬臺。它在中國蘇州的工廠1999年底投產后,截止2001年底已累計生產渦旋式壓縮機50萬臺,而年生產能力也在100萬臺以上。
縱觀目前渦旋壓縮機研究現狀和應用情況,對今后幾年渦旋壓縮機的研究發(fā)展方向歸納為:
①降低渦旋壓縮機的加工成本,主要是渦旋盤的加工。尋找加工復雜但具有良好性能型線的簡單方法。
②研究新的環(huán)保型制冷劑對渦旋壓縮機結構的新要求。
③增大渦旋壓縮機的功率范圍,拓寬其應用領域,特別是研究其變頻特性以及在空調熱泵中的應用。
④改進壓縮機的平衡機構,特別是軸向氣體力的平衡。減少氣體的泄漏,減少機械摩擦損失,從而提高渦旋壓縮機的工作效率和可靠性。
⑤加強對實際運行的實驗研究, 建立起關于渦旋壓縮機理論和實驗相應發(fā)展的統(tǒng)一體系, 保證渦旋式壓縮機在借鑒其他類型壓縮機的基礎上發(fā)展方向的準確性;
⑥建立系統(tǒng)的包括壓縮機油冷卻、供油、電機等外部系統(tǒng)在內的模塊化數學模型, 使之具有通用性; 并在原有基礎上強化對壓縮機內部熱力學特性、動力學特性的研究, 更完善地分析壓縮機各種運行工況下的工作過程;
⑦擴大渦旋式壓縮機機型, 打破渦旋壓縮機在大容量( > 2 L/ min) 上的空白;
⑧提高對渦旋式壓所機的加工工藝, 保證壓縮機性能和品質;
⑨增強渦旋式壓縮機的市場競爭力。在保證性能和品質的基礎上降低生產成本、運行成本, 從而降低產品價格, 并實現大批量生產。
4.總結
隨著社會的發(fā)展,科技的騰飛,空調已經越來越普遍,而空調的核心部件——壓縮機的性能將會決定空調產品在該領域內的競爭力,無疑,渦旋式壓縮機的優(yōu)越性能將會讓其在空調的發(fā)展中嶄露頭角,各界已經廣泛重視渦旋壓縮機的研究與開發(fā),變頻調速技術在渦旋空調系統(tǒng)中的應用使其獨特的優(yōu)點得以充分體現。今后一個時期, 渦旋壓縮機將逐步向高壓和大功率方向發(fā)展, 其應用范圍將進一步擴大, 特別適合于環(huán)保要求高的特定應用場合。在空調系統(tǒng)中, 新的制冷工質對渦旋壓縮機的結構提出新的要求, 經過結構改進,渦旋壓縮機將會更加適應此種應用場合。可以預測,渦旋壓縮機的研究和制造將會在我國有一個較大的飛躍,其在空調領域也將會占有越來越重要的地位,其前景相當樂觀。
5.參考文獻
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