球形压缩机和球形膨胀压缩机

　　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、摆动转子式和安装精度高、成本高，在高压差工况，冰箱循环以及小排量的空调循环时泄漏大、效率低，并且制造困难，因此目前主要用于3HP以上的空调，全世界每年产量接近2000万台。（滚动活塞式的变形），这些机型各以其自身的特点摆动转子式压缩机是滚动活塞式的变形，其受适用于不同的应用领域1 61.力情况和密封性能优于滚动活塞式，但密封性能没往复活塞式的优点是密封可靠，并且经过长期的研制和生产积累了成熟的经验，主要是用在小型制冷领域如家用冰箱。由于冰箱工况制冷温度相对低，因此工作压差大，并且工质流量小，在常规使有根本改变，制造难度高于滚动活塞式41，目前主要用于空调和热水器17191.近十几年来，由于认识到HFCHC工质虽然比CFCCFC类工质降低了对臭氧层的破坏，但仍对用HFCHC工质循环时其压比通常大于1021，这种工况下，往复式压缩机的密封性好的优点得到了充分的发挥使其综合性能优于其他机型，全世界每年生产的此类压缩机超过8000万台。往复式压缩机的主要缺点是气阀多、零件多、往复运动件引起的震动大、抗液击能力差，这些缺点限制了其应用范围。

　　滚动转子式压缩机的优点是零件少，与往复式相比省去一个进气阀，振动小、高速变频性能优于往复活塞式，但其密封性能差，在用于高压比制冷工况时泄漏大、效率低。这种压缩机目前主要用于3HP以下的空调，综合性能指标较高，目前全世界每年产量超过5000万台。

　　涡旋式压缩机的优点是零件少、没有进排气阀、压力波动小、抗液击能力好、力矩波动小、高速变频性能好。在一定的排量范围和一定的压比情况下，涡旋式压缩机的效率高。这种压缩机的缺点是制造大气有许多危害，例如加重室温效应。全球开展了自然工质的研究，尤其是以C02为研究重点。跨临界的多级或单级压缩并且使用膨胀机代替节流阀回收部分膨胀功循环，被认为是*佳的C02循环方案，效率高于传统循环，有极好的应用前景7~161.但随之而来的问题是：C2跨临界循环的压差大，是传统工质的5 ~10倍。大量的研究实验表明，滚动活塞式、涡旋式、摆动转子式压缩机在用于CO2跨临界循环时其密封性差、泄漏大，不能有效使用117181.目前只有往复压缩机能较好使用，但往复活塞压缩机固有的缺点又限制了其应用范围，更为关键的是，如果用于多级（或单级）压缩并带有膨胀机的循环，无论是往复活塞式还是滚动转子式、涡旋式、摆动转子式压缩机都需要多个工作缸才能实现，这必然会使气阀、运动件和辅助零件成倍增加，导致可靠性和效率下降，占用空间和制造成本增加。这一问题已成为C02跨临界循环应用开发的难题之。一因此开高效率、高可靠性的7体化膨胀压缩mgHouse.Allngntsreserved.：Ir i.nei机已成为压缩机研究领域一个世界性的前沿课题。

　　另一方面，目前广泛使用的冰箱制冷循环有严重的缺陷，这种单级压缩的制冷循环在使用HFC工质时其压比通常大于10在冰箱压缩机实际运行中由于电机加热等原因，其缸前进气温度一般高于有一活塞销座；缸盖上设有与活塞轴相配的轴孔，活塞可绕活塞轴在轴孔中自由转动，活塞球形顶面与球形内腔具有相同的球心并形成密封动配合；转盘的下端面中心伸出一转盘轴，转盘上部和下端面之间的外周面为转盘球面，转盘球面与球形内腔具有相同的球心并紧贴球形内腔形成密封动配合；在转盘上部与活塞销座相对应有一转盘销座；中心销插入活塞销座和转盘销座，主轴支架与缸体相连，为主轴的旋转提供支撑，主轴的一端为偏心曲柄，偏心曲柄位于缸体内与转盘轴相连，另一端与动力机构相连，为压缩机变容提供动力；上述活塞轴和转盘轴及主轴的轴线都通过球形内腔的球心，并且活塞轴和转盘轴的轴线与主轴的轴线形成相同的夹角a本结构中：Vi和V2为一级压缩，V3和V4为二级压缩，V5和V6为膨胀级。

　　2.1.3工作过程简介工作过程如下：主轴转动时驱动活塞、转盘运动（图中主轴的转向是从缸盖看主轴作顺时针转动）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。

　　2.2球形压缩机的优点2.2.1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。

　　2.2.2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，可靠性好。

　　2.2.3两相流动好，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。

　　2.2.4结构紧凑、零件少在实现多级压缩膨胀时仍然只有3个运动件，空间占用小。

　　2.2.5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。

　　2.2.6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，故效率高、能耗低。

　　2.2.7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。

　　2.3运动及动力分析―活塞绕其轴线的转角扒一转盘绕其轴线的转角―活塞绕其轴线的转速=-1―活塞角加速度dt――转盘绕其轴线的转速―转盘角加速度dt 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、动力分析得为定值。

　　少3= 10°20时今的曲线图。

　　2.4重点问题提示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振动的**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。

　　排气获得较长的时间，从而减少流动损失，有利于气道设计。

　　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。

　　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今=-今1 V=K邓定国，束鹏程。回转压缩机。北京：机械工业出版社，吴业正。小型制冷装置设计指导。北京：机械工业出版社，1998.李连生。涡旋压缩机。北京：机械工业出版社，1998郁永章。容积式压缩机技术手册。北京：机械工业出版社，2000赵远扬，李连生，束鹏程。压缩机的技术现状及其发展趋势。通用机械，2005赵远扬，李连生，熊春杰，束鹏程。涡旋式压缩机概述。流杨德玺俞炳丰。二氧化碳跨临界压缩机研究进展。制冷郭梧，彭学院，邢子文。二氧化碳热泵热水器系统及压缩机的研发现状。制冷学报，2002（1）。

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　　引言活塞压缩机是通用机械，在化工、制冷等领域有着广泛的应用。在对活塞压缩机进行系列设计过程中，经常会重复用到结构相同或相似而尺寸不同的一些零件，如活塞、连杆、连杆螺栓等。传统的设计方法是将每个零件都单独设计，占用了设计人员大部分的时间和精力，严重影响了新产品的开发周期，从而制约了企业的技术进步和持续发展。随着CAD技术在企业中应用的不断深入，各种CAD设计软件得到了广泛的应用。Soldworks软件是Solid woiks公司推出的世界上**个专门在windows环境下进行机械设计的三维CAD软件，Soldworks软：2007宁静红，马一太，李敏霞。二氧化碳低温制冷循环热力学分析。制冷与空调，2005（6）。

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