涡旋压缩机国内外研究现状

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涡旋压缩机国内外研究现状综述

摘要：本文简要概述了涡旋压缩机目前国内外研究的现状和发展趋势，指出涡旋流体机械自20世纪七十年代问世以来已被广泛应用于制冷空调等领域，许多研究成果也已经不断地被应用于生产实际中。同时本文提到了目前研究涡旋压缩机的一些方法，也指出了研究中所存在的一些需要解决地问题。

关键词：涡旋压缩机、研究现状、型线

Abstract:This article provided a brief overview of the current research status and development trend of the scroll compressor at domestic and international, and pointed out that the scroll fluid machine has been widely used in areas such as refrigeration and air conditioning since its inception in the 1970s, many studies have also been applied to the practice.This paper also mentioned some methods which was used in the studies of the scroll compressor, and the existence of the problem in present studies are also been pointed out.

Keywords: scroll compressor , current research, profile

一、涡旋压缩机的研究现状

涡旋压缩机是最早于1905年由法国工程师Leon Creux发明的，并在美国获得专利，专利中提出涡旋型线采用圆渐开线，涡旋齿顶部设有密封材料和弹簧压紧补偿机构。围绕涡旋流体机械的基本原理及其应用人们进行了许多研究和探讨，但在20世纪70年代以前,涡旋式流体机械并没有得到很大发展，主要原因为：一是缺乏精密的加工技术和设备，二是没有较好的摩损自动补偿机构和密封，机器性能满足不了要求，三是对涡旋流体机械理论研究的深度和广度不够。到了70年代，由于能源危机的加剧，高精度数控铣床的出现，计算机控制组装技术的实现以及具有自我补偿磨损的轴向密封机构的产生等关键技术逐步得到解决，为涡旋机械的发展带来了机遇。涡旋压缩机具有效率高、振动小、噪声低、结构简单、可靠性好等优点备受关注，是小排量压缩机的理想机型,在制冷和气体压缩等领域都有广泛的应用，涡旋压缩机的这些优点使其成为压缩机技术发展的主要方向之一,受到国际上的普遍关注。日本Hitachi公司于1983年开始生产空调商用涡旋压缩机，1981年日本Sanden公司开始生产汽车空调用涡旋压缩机，这两家公司在世界上率先成功地实现了涡旋压缩机的大批量生产。我国从1985年开始，先后有西安交通大学，兰州理工大学，机械部合肥通用机械研究所等单位对涡旋压缩机理论进行了研究和产品开发，成功研制了多种形式产品样机，在理论研究和工程实践上取得了突出的成果。

涡旋流体机械自20世纪七十年代问世以来，在制冷空调领域得到迅速发展，许多研究成果不断地被应用于生产实际中，理论与实践的结合使得涡旋压缩机的整机性能得到很大提高。纵观国内外对于涡旋流体机械的研究热点主要集中在以下几个方面：

1.型线及啮合理论的研究

涡旋压缩机正常工作的首要条件就是涡旋型线能够保证各压缩腔内具有良好的啮合，因此型线设计是最基本也是重要的问题。理论上任何渐变的螺旋线均可作为涡旋型线，人们对此进行了多方面的研究。早期的研究大多采用的是圆的渐开线，到目前仍被广泛采用，现在常见的型线还有正多边形渐开线，变基圆渐开线，阿基米德螺旋线和通用型线等。

2.工作过程模拟和热力学特性研究

涡旋压缩机与其他压缩机相比具有许多显著的优点，将这些优点很好地反映到压缩机的产品上，需对涡旋压缩机的工作过程、功率损失、气体流动、泄漏和传热等真实状态有一个全面的了解，以便为压缩机的优化设计提供理论依据。有关工作过程热力分析的文献比较多，人们通过对压.缩过程的分析研究，根据不同的假设条件，建立了相应的数学模型，并运用热力学、流体力学、传热学理论对压缩腔内部的流场、温度场、吸气过程、吸排气损失等进行计算研究。

3.微间隙泄漏特性研究

解决涡旋压缩机的密封问题仍然是涡旋压缩机研究的关键技术难题之一，是涡旋压缩机领域内科技工作者们的重点。切向泄漏和径向泄漏是涡旋压缩机主要内泄漏。由于涡旋压缩机泄漏实验研究很少，其泄漏模型主要借鉴往复活塞式、螺杆式等压缩机的泄漏通道模型。在数学建模时，流态的假设条件相对较多。近来，国内外关于泄漏问题的研究主要集中在有油润滑涡旋压缩机方面，重点是油气混合两相的流态、泄漏的数学模型和仿真实验的泄漏研究等，较为常用的数学模型是二维N-S方程和范诺流模型模型。

4.动力学特性研究

涡旋压缩机的动涡旋、曲轴、防自转机构和机架等部件，在压缩机运转时承受着不同的作用力和力矩，这些部件的工作状况直接影响到压缩机运行的可靠性和使用寿命，动力学特性分析一直是涡旋压缩机研究的重要内容之一。

二、研究方法

涡旋流体机械在制冷和空调方面得到迅速地发展，国内外研究学者对涡旋压缩机采用的研究方法主要有理论分析、数值模拟和试验测试等。西安交通大学，兰州理工大学，机械部合肥通用机械研究所等单位对涡旋压缩机理论进行了研究和产品开发，并取得了一系列的理论研究成果，目前对涡旋压缩机的理论研究已有一定的体系。数值模拟与试验测试是如今研究的主要方法。N.Ishii等通过模拟工作腔内轴向和径向泄漏的工作条件，实测了腔内气体的泄漏状态；Caio M.F.N.Costa等采用可视化实验技术对滚动活塞式制冷压缩机的径向间隙泄漏进行了观察；冯健美等采用CFD数值计算方法对不同形状的排气孔在排气时中心腔内的流场及压力场分布进行了数值计算和对比分析；Y.chen等考虑泄漏与传热等因素建立了压缩过程数学模型和将压缩机划分为九部分建立了整机数学模型,同时将计算结果与试验结果进行了比较分析；余洋等采用三维实体建模和虚拟样机软件对其运动机构进行了三维实体建模,通过涡旋压缩机的运动仿真,获得了准确的运动学参数曲线；刘兴旺等对有油润滑涡旋压缩机轴向间隙中流体的层流流态进行了分析,建立了纯油单相层流流动和气油两相层流流动的流动模型,并对流体在两种层流流态下的泄漏量进行了计算。建立了曲柄和双滑块机构组成的涡旋压缩机的理论机构模型,揭示了涡旋机构成立和实现正确运动的条件和普遍规律。

三、存在的主要问题

涡旋压缩机具有效率高、振动小、噪声低、结构简单、可靠性好等优点备受关注，是小排量压缩机的理想机型,在制冷和气体压缩等领域都有广泛的应用。但是涡旋压缩机的潜力并没有完全被挖掘出来，因此在考虑这些优点的时候也不能忽略了其存在的一些问题，这些存在的问题主要集中于以下几个方面：

1、对型线加工时，由于刀具圆和涡旋型线始端发生干涉,涡旋型线端部被切而形成尖角，一方面降低了齿端强度易损坏，另一方面，存在余隙容积影响容率，同时余隙容积会使排气过程稳定性降低，功耗增加。

2、涡旋压缩机有轴向和径向泄漏，解决涡旋压缩机的密封问题仍然是涡旋压缩机研究的关键技术难题之一。

3、涡旋压缩机机构之间的摩擦也是比较严重的问题，摩擦功消耗使输入

轴功率增大，并造成制冷系统能效比降低，因此需建立有效的能自我补偿磨损的机构。

4、涡旋压缩机的动涡旋、曲轴、防自转机构、机架等部件，在压缩机运转时，承受着不同的作用力和力矩，离心惯性力和气体力对动涡旋驱动平面产生倾覆力矩，使动涡旋产生倾斜，涡旋压缩机的动力分析也是一个比较主要的问题。

5、涡旋压缩机的机构在理想状态下可以看作是平行四边形机构，但是在实际情况下确实非平行四边形的，这对涡旋压缩机性能的影响是目前需要研究的。

四、总结

涡旋压缩机具有效率高、振动小、噪声低、结构简单、可靠性好等优点，使与其它形式的压缩机相比较有着无可比拟的优势，由于涡旋压缩机的这些特点，涡旋压缩机受到工业界的广泛青睐，现已被广泛应用于空调制冷等领域。但是涡旋压缩机的优势潜力并没有完全挖掘出来，为充分研究和利用涡旋压缩机，在今后的研究中，我们需要加大研发力度，拓宽应用范围和使用领域，在保证性能和品质的基础上提高国产涡旋压缩机技术水平，加大生产力度，实现批量生产，降低生产成本，这样才能在国际涡旋压缩机市场具有较强竞争力。

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姓名：刘小菲   学号：122080706002  学院：石油化工学院