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提高变频涡旋压缩机压缩性能的方法研究

刘兴旺  
【摘要】:涡旋压缩机具有结构简单、体积小、重量轻、振动小、噪声低、吸排气平稳、调节流量方便等优点,已广泛应用于制冷、空调、燃气机组等领域,并由定转速涡旋压缩机向变频涡旋压缩机领域发展。但实践表明,变频涡旋压缩机在低转速下的压缩性能较差。本课题针对这一问题进行了一些研究。 首先,从理论上分析了转速对变频涡旋压缩机单位曲柄转角下的排气量、压缩终了内压力、单位质量有效气体获得的多变压缩能量头及多变效率等表示压缩性能的参数的影响规律,并利用实验测试得出了单位曲柄转角下的排气量和转速的关系曲线、压缩终了内压力和转速的关系曲线、单位质量有效气体获得的多变压缩能量头和转速的关系曲线及多变效率和转速的关系曲线。研究表明,由转速降低引起的泄漏的增大是导致变频涡旋压缩机压缩性能降低的主要原因。然后,针对变频涡旋压缩机的泄漏问题进行了三个方面的研究工作 通过分析涡旋压缩机动静涡旋齿间的切向密封机理,探寻了变频涡旋压缩机动静涡旋齿间切向泄漏的根源,提出了一种新型切向密封机构(弹力衬套机构)。该机构既能保证变频涡旋压缩机在低转速下具有良好的切向密封性能,又能实现动涡旋盘的径向退让,可避免动涡旋盘发生阻转现象,同时可降低动静涡旋盘及与其相配合的零件的加工、装配精度。 为进一步提高变频涡旋压缩机的切向密封性能,提出并设计了迷宫式切向密封结构。分析了该结构的迷宫综合效应,根据切向泄漏的流动特点,推导得出了无迷宫切向密封结构和迷宫式切向密封结构泄漏量的计算式,计算了两种切向密封结构的泄漏量。设计并建立了测定切向密封结构泄漏量的实验台,测定了无迷宫切向密封结构和迷宫式切向密封结构的切向泄漏量。通过对比两种切向密封结构泄漏量的实测值和理论计算值表明,理论推导得出的计算无迷宫切向密封结构和迷宫式切向密封结构泄漏量的算法正确,两种切向密封结构的泄漏量均随相邻压缩腔压差的增大而增大,迷宫式切向密封结构的泄漏量占无迷宫切向密封结构泄漏量的比例基本恒定,本研究的算例中,该比例为58.9%,说明迷宫式切向密封结构的密封性能明显优于无迷宫切向密封结构的密封性能。 为提高涡旋压缩机的径向密封性能,提出并设计了迷宫式径向密封结构。分析了该结构的迷宫综合效应,根据径向泄漏的特点,推导得出了无迷宫径向密封结构和迷宫式径向密封结构泄漏量的计算式,计算了两种径向密封结构的泄漏量。设计并建立了测定径向密封结构泄漏量的实验台,测定了无迷宫径向密封结构和迷宫式径向密封结构的径向泄漏量。对比两种径向密封结构泄漏量的实测值和理论计算值表明,理论推导得出的计算无迷宫径向密封结构和迷宫式径向密封结构的泄漏量的算法正确,两种径向密封结构的泄漏量均随相邻压缩腔压差的增大而增大迷宫式径向密封结构的泄漏量占无迷宫径向密封结构泄漏量的比例基本恒定,本算例中该比例为79%,说明迷宫式径向密封结构的密封性能优于无迷宫径向密封结构的密封性能。 本研究的主要成果及创新在于,通过理论分析和实验测试得出,导致变频涡旋压缩机在低转速下压缩性能变差的主要原因是低转速下泄漏的增大,提出了减小泄漏、提高变频涡旋压缩机压缩性能的三种方法,即弹力衬套机构、迷宫式切向密封结构和迷宫式径向密封结构,通过理论计算和实验测试证明了这三种方法可减小泄漏,从而可提高变频涡旋压缩机的压缩性能,并可拓宽变频涡旋压缩机的频率适用范围。


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