11.1 涡旋压缩机基本工作原理在线视频

同学你好

这节课我们来学习涡旋压缩机的基本工作原理

我们知道和其他类型的容积式压缩机一样

涡旋压缩机工作时

是靠压缩腔

工作容积的变化来实现对气体的增压输送

而区别于其他类型的容积式压缩机

涡旋压缩机具有其独特的工作腔形成方式

和容积变化规律

那么

我们首先来看一下涡旋压缩机中

构成工作腔的基本部件和特点

对于涡旋压缩机

其工作腔主要由两个基本部件围成

即深蓝色部件我们称之为静涡盘

以及浅蓝色部件我们称之为动涡盘

现在我们看见的

便是动 静涡盘涡圈的截面示意图

那么要构成封闭的三维工作腔容积

动 静涡盘的涡圈部分

需分别与涡盘底盘连接共同构成涡盘部件

现在我们看见的即是动静涡盘的实物图

其中右边便是动涡盘

左边就是我们的静涡盘

压缩机组装的时候

动 静涡盘涡圈端是相向安装的

也就是将两个部件的涡圈一侧面对面扣在一起

共同围成涡旋压缩机的工作腔

那么

在装配的时候

动涡盘的中心相对于静涡盘的中心是

偏心布置

偏心的距离即为主轴的回转半径

并且

动 静涡盘涡圈型线的相位角相差180度

也就是说

如果动涡盘

和静涡盘的涡圈采用完全相同的型线

那么在涡圈任意横截面上

深蓝色静涡盘的涡圈

通过绕其几何中心旋转180度后

再平移与主轴偏心距相同的一段距离

便可以得到浅蓝色动涡盘这样一个涡圈

接下来我们再来了解一下

涡旋压缩机的其他基本部件

现在我们可以看到

这就是我们典型的涡旋压缩机的主要部件爆炸图

除了动涡盘和静涡盘之外

还包含了安装在动盘底部的

防自传机构十字滑环

偏心主轴 机架以及三个轴承

此外还有两个平衡重

机架起到固定静盘

和支撑主轴轴承的作用

偏心主轴起到驱动动盘

传递扭矩的作用

最后十字滑环则是为了保证动涡盘

在运动过程中不做自转运动

下面我们在了解了涡旋压缩机主要部件后

我们来讨论

涡旋压缩机的基元容积具体是如何形成的

及其它的一些基本特点

由于动 静涡盘的涡圈侧壁面始终与底盘垂直

因此

由动 静涡盘涡圈围成的工作腔容积

在垂直于涡圈侧壁面的任意截面上

具有相同的几何形状

这样一来我们可以通过

这个图所示的

涡圈截面来研究涡旋压缩机基元容积的形成

和几何特点

在图上其中蓝色的涡圈我们称之为静涡盘

红色的我们称之为动涡盘

下面我们来看

由于动 静涡盘的偏心安装

使得动涡盘的内侧壁面

与静涡盘的外侧壁面

在右上方三个黑点处相切

这里从外到内

分别用A1 A2 A3来进行表示

同时

动涡盘的外侧壁面

和静涡盘的内侧壁面在

左下方三个黑点处保持相切

从外到内分别用

B1 B2 B3来进行表示

这些切点我们称之为啮合点

通常情况下

涡盘中心两侧的啮合点对称分布

如果将

各啮合点在垂直于涡圈

截面方向延伸即得到啮合线

那么正是这些啮合线

与动静涡盘的侧壁面和底盘端面共同围成了

涡旋压缩机的基元容积

在这里为了方便起见

在图示的工作腔截面

我们统一用啮合点符号来代表啮合线

首先

最外侧啮合线A1

与动涡盘的内壁面

静涡盘的外壁面之间构成了一个蓝色的基元容积

同样另一侧

啮合线B1与动涡盘外壁面

以及静涡盘内壁面之间也构成了一个

蓝色的基元容积

这对基元容积显然是大小相等的

而且是对称分布的

由于它们未封闭并位于压缩机吸气端

所以它们也就在我们的压缩机中

构成了一对吸气工作腔

那么，我们再看

啮合线A1和A2之间

B1和B2之间

围成了一对黄色的基元容积

这对基元容积处于封闭状态

也就是压缩机的一对压缩腔

同样

再往内看

啮合线A2和A3之间

B2和B3之间

围成了一对棕色的封闭基元容积

也是一对压缩腔

我们接下来再继续往内看

啮合线A3

往中心方向围成的基元容积

刚好与啮合线B3往中心方向围成的基元容积

汇合成一个红色基元容积

该基元容积所处的工作腔通常与排气孔口连通

我们称之为排气腔或者中心腔

我们可以发现

在涡旋压缩机中

同时存在多个基元容积

除中心腔之外

其他基元容积均是成对出现

并且对称布置

我们知道

与其他容积式压缩机一样

涡旋压缩机工作时

正是由于基元容积周期性的变化

从而实现压缩机的

吸气、压缩、排气的工作循环

在了解了涡旋压缩机

基元容积的构成与特点之后

下面我们通过机构的运动来看

涡旋压缩机工作过程中

基元容积是如何变化的

以及其工作循环是如何具体实现的

首先

在涡旋压缩机中

基元容积的变化是由动盘的运动引起的

我们通过这样一个动画就可以看见

在的任意涡圈横截面上

动盘所作的运动是平动回转运动

即动盘的中心绕静盘中心旋转

但是动盘本身它是不作自转运动的

这便是动盘的运动特点

那么

随着动涡盘的平动回转运动

动涡盘涡圈与静涡盘涡圈侧壁面间的啮合线

则不断由涡圈外侧逐渐向中心移动

使得各个基元容积不断变化

从而实现吸气 压缩 排气的

一系列工作循环过程

下面我们就来跟踪一个基元容积

从其产生到消失的完整生命过程

来具体看一下涡旋压缩机的工作循环

首先

是我们的吸气过程

我们可以看到

吸气过程开始于吸气基元容积的形成

从动 静涡盘涡圈最外侧内壁面端点啮合开始

随着动盘的顺时针平动回转

吸气腔的内啮合点逐渐向涡圈中心移动

吸气腔容积也由零逐渐增大

此时由于吸气腔未封闭

由进气通道来的工作气体便不断进入吸气腔

直到动盘回转一周时

动静涡盘涡圈最外侧内壁面端点重新啮合

此时吸气腔封闭

那么吸气过程也就结束了

由于动涡盘中心绕静涡盘中心旋转的角度

也就是压缩机主轴旋转的角度

所以对于吸气过程

压缩机主轴持续旋转一周

那么

当吸气过程结束后

紧接着便是压缩过程

随着动涡盘的继续顺时针平动回转

我们可以看出

一对封闭基元容积的内啮合点和外啮合点

同时向涡盘中心移动

基元容积也逐步减小

从而实现对工作气体的压缩

整个压缩过程一直持续到内啮合点脱啮

可以看出

压缩过程持续的主轴转角由涡圈的圈数而定

也就是

涡圈的圈数越多

压缩过程主轴的转角范围越大

在我们在讲到涡圈型线的时候会

进一步讨论涡圈圈数的设计原则

此外

在一般情况下

涡旋压缩机不需设置排气阀

所以在压缩腔的内啮合点脱啮时刻

所对应的压缩腔容积即为压缩终了容积

而最大吸气封闭容积与压缩终了容积之比

我们称之为涡旋压缩机的内容积比

压缩终了时腔内的气体压力即为压缩终了压力

它与吸气压力之比也就是涡旋压缩机的内压比

显然内压比与内容积比成正比例的关系

下面我们接着来看

排气过程

当压缩过程结束后

基元容积的内啮合点脱啮

此时

对称分布的两个工作腔

最终汇聚成一个工作腔即中心腔

在不设置排气阀的情况下

当压缩过程结束后

中心腔便与设在

静盘底盘中心附近的排气孔口连通

随着动盘的继续频动回转

中心腔容积逐渐减小

进而促使腔内气体不断从排气孔口排出

排气过程一直持续到

中心腔的外啮合点脱啮

也就是下一个的基元容积排气过程开始

很显然

对于每一个中心腔基元容积

整个排气过程动盘持续回转一周

也就是主轴旋转一周

那么

随着排气过程的结束

涡旋压缩机的工作过程

也就完成了一个工作循环

由以上分析我们可以发现

在涡旋压缩机的某一个基元容积的工作循环中

其吸气过程和排气过程

所对应主轴转过的角度均为360度

而压缩过程所对应的主轴转角范围

由动盘和静盘的涡圈圈数而定

此外

由于涡旋压缩机一般同时存在多个基元容积

所以在同一时刻

对于不同的基元容积

涡旋压缩机的吸气 压缩 排气过程是同时进行的

好到这里我们涡旋压缩机的基本工作原理

我们就学习到这里