CO_2球形膨胀压缩机

　　在小型制冷空调领域目前主要采用的压缩机为：往复活塞式、滚动转子式、涡旋式、摆动转子；活塞的运动是**的绕自身轴线的转动，转盘的运动是有两种运动的合成：一是绕自身轴线的转动，另一是其轴线始终通过球形缸的球心，并在以球形缸的球心为顶点，锥角为2a、轴线与主轴轴线重合的锥体表面周向移动（即转盘的轴线扫过上述锥体的锥面），移动的周期与主轴旋转的周期同步。

　　以上空间机构的运动都是旋转性质的运动，故没有高振动运动件，这种空间运动的合成结果为：活塞和转盘有一周期性的相对摆动，摆动的周期为主轴旋转周期的一倍，摆动的幅度为4a；利用这种相对摆动作为容积变化的基本运动要素，利用活塞的旋转以及活塞体上球形表面与球形缸内表面的配合，作为所有进排气口打开、关闭的基本要素。

　　1.2球形压缩机的优点1.2.1密封可靠：任何需要防止工质泄漏的动密封处，都能设计成具有相当宽度的面配合动密封，使其达到可靠的密封效果，并成为良好的润滑面，减少工质泄漏；1.2.2无进排气阀：各级压缩、膨胀过程均不需要设置进排气阀，减少能耗减低噪音，成本低，靠性好；1.'2.3两相流动好，抗液击力强：由于每个工作室都是绕活塞轴线做旋转运动，其机构结构形式有利于通过对气道位置及局部结构的设计，使缸内液体在旋转离心力的作用下顺利排出，避免液击，改善两相流动。

　　1.2.4结构紧凑、零件少：在实现多级压缩膨胀时仍然只有三个运动件，空间占用小。

　　1.2.5运转平稳，高速变频性能好：由于无气阀，零件受力润滑好，无往复运动件和能引起高振动的运动件，运转平稳，高速变频性能好；1.2.6能耗低：由于无气阀、密封可靠、运动件少，零件受力润滑好等特点，故效率篼、能耗低；1.2.7制造成本低：由于零件基本为球面、圆柱面、平面，并且数量少，所以易于制造而且制造成本低。

　　第笛二部分、由。冰箱、K缩和。坊太1.3运动及动力分析设定：6――主轴转角；――活塞绕其轴线的转角，￠1――转盘绕其轴线的转角；-主轴转速；-塞绕其轴线的转速；一活塞角加速度；-转盘绕其轴线的转速；朽dt―-转盘角加速度；a――活塞轴线和转盘轴线与主轴轴线的夹角；V―工作容积（每一级对称两个工作腔，容积变化周期720°，相位差为360°）；由空间机构运动、动力分析得：在（5），K为结构常数，结构尺寸确定后K为定值。

　　第图A中为a分别为5°、10°、20°时￠）的曲线图：1.4.1由以上的运动分析可知，在球形压缩机中活塞和转盘各绕其自身轴线的转动是不均匀的，这也是引起球形压缩机震动的**要素。但从动力特性分析可以看出，当a角小于20°时，这种不匀速引起的值非常小，所以只要通过优化设计，选取合适的a角就能使球形压缩机的振动非常小，有很好的运转平顺性。

　　1.4.2通过图D可知，工作容积F=/（句的变化趋势在开始进气或排气结束时非常缓慢，这一特点有利于利用缸内余隙容积，使开设在球形缸内表面上的进排气口在圆周方向隔开足够的距离，防止高低压腔间窜气。

　　1.4.3F=的周期为72（T，这一特点有利于进排气获得较长的时间，从而减少流动损失，有利于气道设计。

　　1.4.4由结构分析可知，球形缸内径一定时a角增大有利于工作容积V的增加，V正比于4a，但过大的a角将会导致密封面的宽度下降和活塞、转盘的不匀速转动增加，因此应用时要根据不同的使用条件要求作全面的优化。

　　1.4.5由=/）图可知，在a角小于20°时，活塞和转盘绕其自身轴线的平均转速等于并且波动不大。因此活塞和转盘外表面与球形缸内表面的摩擦速度大致正比于页这一特性对高速变频特别有利。

　　1.4.6由于转盘在运动中有一位置使其轴线与活塞的轴线重合，而在这一位置是机构运动传递死点，所以可以在主轴上合适位置设置停车限位装置（磁力或偏心凸轮式都可以），使压缩机在停机时不停在此位置，也可以在电机的转子和定子上设置此类装置。

　　1.4.7润滑系统的布置可以方便进行，只要不破坏密封、不形成泄漏通道即可。

　　1.4.8活塞与活塞铰链支撑组合完毕装进球形缸后，紧固螺钉的螺帽与活塞铰链支撑上的螺帽过孔以及球形缸内表面之间形成了空隙容积，这一空隙容积的存在会积存工质和润滑油。所以必须在组合完成后还未装进球形缸前设置专门的工艺，用合适的材料将这一空隙容积填充，也可以加工专用的堵块填充。同时要求：当压缩机工作时这些填充物和堵块不能与球形缸内表面产生大的摩擦功耗。

　　1.4.9转盘和主轴均有相对于主轴轴线的质量偏心，这种偏心引起的不平衡完全可以采取在主轴外端或在电机转子上加平衡块的方式完全平衡。

　　1.4.10由可以看出：102气道与主轴孔间的动密封面较窄，但在全封闭式结构中，主轴孔中的压力与12进气道压力均为中间压力，故此处亦不能成为密封的薄弱环节。

　　了以看出：301气道是布置在活塞体表面，这样的优点是易于制造，缺点是增加了泄露线的长度；也可以将301气道不开在活塞表面，而是采用在活塞体上开贯通孔道方式，这样可以减少泄露线长度。

　　1.S应用领域分析同所有机型的压缩机比，球形压缩机也受到其结构特点的限制，存在有效使用范围，这些限制因素主要是：活塞和转盘表面与球形缸内表面的相对运动速度不宜过高，这一速度过高将导致机械效率下降，因此结构尺寸不宜过大；活塞和转盘木匀速转动引起的震动不宜过高，尽管这一振动在cr角不大时其值很小，但如果活塞与转盘的结构尺寸过大，就会使零件的转动惯量增大，从而导致振动增大。因此球形压缩机在小型制冷空调领域有很好的特性，但不宜用于大型制冷空调领域。

　　制造可行性球形压缩机的特点是：主要零件需加工表面都为规整的平面、球面或圆柱面，这非常有利于制造。个别局部有不能采用旋转切削加工的部位，可以采用拉削加工或其他现有方式确保加工精度和大批量生产的效率。

　　分析制造可行性时，既要结合现代制造业的发展水平，还要与现有的已经大批量生产的产品进行对比。更重要的是要考虑此类产品不是单件小批量生产，而是大规模的工业化制造，*终都是以大量的高精度专用加工制造手段作为保证。

　　不能以单件小批量的样机制造难度判定其产业化的前景，如果以这种观点分析，那么涡旋式压缩机、摆动转子式压缩机还有其他几种螺旋式压缩机都无法接受，之所以大家都对这类压缩机的生产习以为常，那是因为大量的专用设备己经使用，而这正是技术带动装备制造业的范例。

　　球形压缩机的制造难度至少低于涡旋式压缩机，因此只要在综合性能上球形压缩机有突破性表现，大规模工业制造没有任何问题；同时只要球形压缩机被市场接受，肯定会为装备制造业带来新的机遇，带动其发展。

　　球形压缩机零件少，无气阀，特别是应用于多级压缩和膨胀压缩工况时优势更大，因此球形压缩机的制造成本将不会是广泛应用的障碍，相反在许多应用领域球形压缩机还具有综合造价低的优势。

　　重要应用领域二氧化碳跨临界循环球形压缩机能在单缸内实现多级压缩、膨胀的特点能很好的应用于二氧化碳跨临界循环工况，无论是单级压缩带膨胀、二级压缩带膨胀或是多级压缩带多级膨胀的工况下，球形压缩机都有极大的竞争力。球形压缩机密封性好、无气阀、零件少、振动小、两相流动好、高速变频性能好的优势能为二氧化碳跨临界循环提供结构紧凑、工作平稳的高效一体化的膨胀压缩机。

　　使用HFC、HC工质的冰箱循环3.2.1常规单级压缩循环：与现广泛使用的往复式压缩机相比，球形压缩机无进排气阀、运动件少、运转平稳、有可靠的密封、高速变频性能好、抗液击能力强等优点将提高冰箱的综合性能。3.2.2建立新型的二级压缩冰箱循环：球形压缩机在实现多级压缩时的优势能有力支持冰箱行业应用其建立新型冰箱二级压缩带中间冷却循环。这将大幅度降低冰箱的能耗，达到在现有压第缩机技术情况下难以实现的节能指标。同时还能提高冰箱的综合性能，极大地提高产品的市场竞争力。

　　HFC、HC工质的其他空调制冷循环球形压缩机以其自身的特点完全有取代摆动转子式、滚动活塞式的优势。其密封可靠、工作平稳、无进排气阀、抗液击能力强高速变频性能好能带来综合竞争力。

　　球形压缩机可紧凑、高效实现多级压缩的优点能使其有效应用于低温制冷多级压缩循环。

　　技术经济分析通过对C02球形压缩机（二级压缩一级膨胀）进行的初步理论分析表明：4.1<：02球形膨胀压缩机适用于25HP以下的制冷、空调、冰箱领域。

　　42C02球形膨胀压缩机的能效比Cop高于所有使用传统工质单级压缩机10-30%以上。

　　4.3C02球形膨胀压缩机的制造难度低于涡旋式、螺杆式压缩机，对材无特殊要求。

　　4.4与所有使用传统工质的单级压缩机相，C02球形膨胀压缩机的制造成本低于涡旋式>与往复式相当或略高；高于滚动活塞式；但如果考虑使用C02作为工质后节省了昂贵的制冷剂费用，C02球形膨胀压缩机的综合成本低于所有形式的压缩机。

　　4.5与己知的所有其它形式的C02膨胀压缩机相比，￡球形膨胀压缩机的制造成本只是其20―50%.结束语：球形压缩机目前还处在以理论研究为主的阶段，要达到工程应用阶段还要做许多工作，非常希望得到有关专家学者的指导与合作。当然这一事业也非常希望得到企业家的推动。

　　20年来过我国制冷空调行业的发展的确取得了巨大成就，10―20年前的产业基础和市场形势决定了大量、成套引进技术和生产线，这也符合当时的国情。但也应该看到在这一行业我国至今在世界上还没有拥有主体性核心技术，大量的研究工作是对引进技术、产品的消化吸收和局部的改进，而许多企业仍习惯于“拿来主义”，等着国外有了新一轮的技术、产品又准备采取成套引进的办法。与10―20年前不同的是，在这一行业我国现在的产业基础和市场规模以及研究开发能力有了极大改善，对热衷引进而没有形成自有主体核心技术的市场教训也有深刻的体会。国家也在多方面倡导、支持核心技术的创新，支持装备制造业的发展。因此业内人士也应该互相支持形成敢于在世界上独树一帜的学术研究气氛和产业发展思路，有着巨大实力和发展眼光的企业家当然是*合适的推动者，希望球形压缩机的出现能成为推动这一产业发择的技术要素之一。