浅谈涡旋压缩机设计

朱飞

摘 要 针对涡旋压缩机技术特点，通过结构分析和设计优化，对压缩机设计过程中的动平衡及型线设计的疑难点进行简单阐述和总结，希望为企业后续设计研发工作提供思路。

关键词 涡旋压缩机;动平衡;型线

引言

随着科学技术和社会经济的快速发展，当今社会对能源的需求越来越大，与此同时，不可再生资源的浪费问题也是越来越突出。因此各行各业尤其是制冷行业对产品能效的要求越来越高，压缩机制冷产品的心脏，核心部件，制冷产品的高标准就是对压缩机的高要求，所以，相对传统的活塞式和转子式压缩机，涡旋压缩机具有零件少、振动噪音低、冷量大、能耗低等优点在日益追求高效、节能的市场竞争中逐渐脱颖而出。

1技术特点

涡旋压缩机是容积式压缩机，属于第三代压缩机，由动定涡旋盘组成，通过涡旋盘相互间啮合形成密闭容积连续变化，达到气体压缩目的，主要结构特点有：①零件数少：运动部件少，仅动定盘、机架、曲轴、电机等零件;②振动噪音低：固定曲轴结构以及足够大的排气缓冲结构、吸排气过程几乎连续使振动和噪音更小;③直接吸气：吸气预热小、容积效率高，使压缩机可靠性增强、效率更高;④高可靠性：压缩机没有阀片，运转更稳定、高可靠。

2设计点

2.1 型线设计

型线是涡旋式压缩机最为重要部分，其参数设计直接关系压缩机性能，型线设计包含的参数很多，主要有型线方程、基圆半径a、渐开线节距P、涡旋体壁厚t、涡旋体高度h、型线圈数N等[1-2]。根据压缩机的设计需求确定基本参数V、N、a、α，通过公式（1）～（4）来求解P、r、h

V = ∏P（P -2t）h（2N-1）  （1）

r = P/2-t                                （2）

t = 2∏a                                 （3）

P = 2aα                               （4）

型線方程是关联压缩机容积及啮合度，两涡旋盘在连续运转过程中始终保持一定数量的密封容积，所以动涡旋盘和静涡旋盘的相位差∏，基圆中心距r。目前常见的方程有很多，比如线段渐开线、组合曲线等，各有优劣，但基于零件加工的便捷性，市场应用最广泛的还是圆的渐开线方程，其方程如式（5）;

x=a（cosα+αsinα）/ y=a（sinα-αcosα） （5）

确定型线方程后还需对型线收尾端进行修正，为便于获得更大的压缩比，型线起始段用圆弧代替，同时可以减少零件加工过程中刀具对型线的干涉，还可以提高压机的工作效率，改善压缩机结构的受力特性[3]。

2.2 平衡设计

平衡设计包括动平衡和静平衡，静平衡主要是考虑压缩机在静置状态下所有零件的受力，重点是其材料选型是否恰当;动平衡考虑压缩机在工作状态下，压机内部各运动力的平衡，考验零件运动状态下的使用寿命;较静平衡而已，动平衡更为重要。动平衡设计不良，不平衡量过大会导致压缩机振动大，噪声高，其次会增大压缩机功率影响制冷效率。

压缩机通过曲轴偏心带动动涡旋盘进行旋转，动涡旋盘与定涡旋盘相互间型线进行完美啮合形成多个密闭容积;曲轴偏心运动产生惯性力，因此这部分惯性力需要额外的设计进行平衡，设计时会在曲轴偏心部对侧增加配重产生反向惯性力平衡。常见的是增加平衡块套接在曲轴上，或者是电机转子铆接部分配重，图示典型平衡设计结构图[4-5]。

在平衡设计中，背压孔设计[6]也是极其重要的。压缩机运行过程中，涡旋盘密封腔体间气体压力不均衡，气体力作用在动盘上使其发生倾斜，会导致涡旋盘间隙过大产生泄漏，影响压缩机整体性能;通过滞后性原理在动盘开设位置对称两背压孔使部分气体流入背压腔达到平衡目的。背压孔位置及大小应设计合理，否则会产生泄漏，或者达不到均压效果[7]。

3结束语

涡旋式压缩机是未来制冷行业发展趋势，其结构虽然简单，但设计参数过多，对设计人员的专业水平要求高，有待进一步将理论知识普及。

参考文献

[1] 李连生.涡旋压缩机[M].北京：机械工业出版社，1998：4.

[2] 吴业正.制冷压缩机[M].北京：机械工业出版社，2011：11.

[3] 蔡彭斌，朱兵国.涡旋型线对涡旋压缩机性能的影响[J].流体机械，2016，（06）：17-23.

[4] 樊灵，耿森林，屈宗长，等.涡旋压缩机的平衡分析[J].机械科学与技术，2010，（06）：935-937.

[5] 刘振全，李海生，陈英华，等.SolidWorks在涡旋压缩机动平衡计算中的应用[J].流体机械，2005，（02）：39-41.

[6] 高艳，孟亚南，刘振全，等.涡旋压缩机背压平衡研究[J].压缩机技术，2009，（01）：8-11.

[7] 李超，赵荣珍，刘振全，等.涡旋式空气压缩机润滑系统的研究[J].润滑与密封，2004，（04）：104-105.