压缩机篇
一、涡旋式制冷压缩机
近年来，涡旋压缩机由于其效率高、噪声低、运转平衡而受到了人们的重视。涡旋压缩机是一种容积式压缩机，它是利用涡旋转子与涡旋定子的啮合，形成多个压缩室，随着涡旋转子的平移回转，使各压缩室的容积不断变化来压缩气体的。涡旋式压缩机的机理，早在1905年由法国寇克斯（Leon.Creux）提出并取得专利。70年代，美国ADL公司进行了广泛研究，于1974年提出了应用于氮气压缩机的报告，并在1973～1976年间，美国和瑞士先后开发了空气、氮气和氟利昂等涡旋压缩机。80年代初期，美国和日本成功地开发了应用于空调、制冷的涡旋压缩机。又由于涡旋压缩机不需要进、排气阀，且工质在涡旋体中流速较低，因此给变频运行创造了极佳条件，它可以在13000～900r/min的范围中较好运转。又由于涡旋压缩机可以采用轴向和径向的柔性密封，不仅提高了密封性能，大大提高了容积效率，而且对湿行程也不敏感，这对热泵在高压比下运行时，采用喷液冷却压缩机提供了方便，并且在结构上的特殊性，可采用带经济器运行，使效率得到进一步提高。对于它的优点可采用图7－42来表示。当然，涡旋压缩机需有很高的加工精度和安装技术，否则其优点无法实现。
目前，涡旋压缩机的功率范围大致在0.75～11KW范围内，对高温型压缩机，常用工质为R22、R134a和R407C；对中低温型压缩机，则除R22和R134a外，还用R404A和R507。
图 7-42 涡旋压缩机的优点
1. 涡旋压缩机的工作原理
涡旋压缩机的工作室是由两个涡旋体啮合而成。涡旋体的型线一般采用圆的渐开线（图7-43a），其基圆半径为a，利用渐开线的不同起始角形成涡旋体的壁厚δ（图7-43b）,当轴向具有一定高度H时，
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即形成涡旋体（图7-43c）。
图7-43 斡旋体的形成
a) 渐开线 b) 壁厚 c) 轴向高度
图7-44示出涡旋压缩机的基本结构。两个斡旋体中一个是固定不动的涡旋定子3，一个是作平移转动的涡旋转子4。涡旋转子和涡旋定子周向相差180O,中心偏臵e=πa-δ，于是两个涡旋体的型面出现多处啮合点，形成多个封闭的小室。从图7-44上可以看到，涡旋转子在其反面与偏心轴8上的偏心销相连，其偏心距即等于e。当偏心轴转动时，涡旋转子在偏心销的带动下运动，由于在涡旋转子底部和固定机座5之间介入了一个十字联轴环7，因而限制了涡旋转子中心只能进行绕涡旋定子中心以偏心距e为半径的平移转动，而不能绕涡旋中心转动。在涡旋定子的中心，处，设臵一定大小的排气口2。在其周边设有吸气口1，直通涡旋转子的外围。图7-45a表示转子和定子的最外圈正好大端点处啮合，处于最外围的两个对称的小室（阴影部分）刚完成其吸气过程。随着偏心轴的转动和涡旋转子的平移转动，两涡旋体保持着良好的啮合，使外圈小室中的气体不断向中心推移，容积不断收缩，压力逐渐升高，开始其压缩过程（图7-45a~g，每圈相隔偏心轴转角120O）。压缩过程一直持续到该两小室的空间，合并为一中心室与排气口相通为止，然后开始通过排气口的向外排气（图7-45h），并持续到小室的空间消失为止，此即排气过程。在上述这些过程进行的同时，从图7-45b、c、e、f、h看到，外圈型面多次开启，把气体不断吸入到涡旋外圈小室，直到外圈端部闭合（图7-45d、g），多次完成其吸气过程。由此可见，在涡旋压缩机中，吸气、压缩、排气等过程。是同时和相继在不同涡旋小室中进行的。据此，可以进而理解到，涡旋压缩机中的压缩过程，是一具有一定内容积比的内压缩过程，有一定的内压力比，其中不需要设臵吸气阀和排气阀，不存在余隙容积，工作中也就没有膨胀过程。此外，由最外圈压缩室的形成至最内圈排气结束，需经涡旋转子多次平移才能完成。与活塞式、滚动转子式与涡旋式压缩机的压缩过程的比较，涡旋式压缩机中气体压缩、排气过程最为缓慢，流动损失也必然最小。
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图7-44 涡旋式压缩机的基本结构
1－吸气口 2－排气口 3－涡旋定子 4－涡旋转子
5－机座 6－背压腔 7－十字联轴环 8－偏心轴
图7-45 涡旋转子和涡旋定子之间的压缩过程
a) 0
o
b) 120
o
c) 240
o
d) 360
o
e) 480
o
f) 600
o
g) 720
o
h) 840
o
2. 全封闭涡旋压缩机的结构
图7-44已清楚地表示了涡旋压缩机中压缩部分地结构，它只有很少地5个零件：两个涡旋体、机座、十字联轴节和偏心轴。
图7-46为ZR系列柔性涡旋压缩机剖面图，其工作原理如下：从蒸发器过来的工质气体经吸气管4进入压缩机机壳，通过处于机壳上部的涡旋转子3和涡旋定子压缩，由涡旋定子中心孔排出，并经由高低压分隔罩25进入顶部排气腔24。在分隔罩与涡旋定子间设有密封面。在机壳体排气管1处装有止回
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阀26。在涡旋定子的中心排气孔口附近，设有一旁通管道20，通道口由双金属温控片23控制。当排气温度过高时，温控片打开通道口，使高低压旁通，排气腔压力降低，止回阀关闭，压缩机运转在卸载状态，避免压缩机过热。用这种方式，压缩机排气温度可控制在150℃以下，从而避免压缩机的损坏。偏心轴7对涡旋转子的传动，通过十字联接环18相联，使涡旋转子仅能绕涡旋定子公转，防止了涡旋转子的自转。涡旋转子盘与偏心销之间装有游动衬套17。压缩机的润滑是借助于偏心轴运转时的离心抽力，将壳体下部油池中的润滑油，沿着偏心轴中的油道，送到主轴承、偏心销、游动衬套进行润滑。内臵电动机处于机壳的下部，其定子紧配在机壳上，使机壳成为电动机的散热面。在电动机转子的上下端，设有平衡块6和14，以平衡涡旋转子所产生的惯性力矩。
图7-46 ZR系列全封闭式涡旋压缩机的剖面图 1－排气管 2－涡旋定子 3－涡旋转子 4－吸气管 5、10－油孔 6－上平衡块 7－偏心轴 8－电动机转子 9－电动机定子 11－甩油盘 12－润滑油池 13－下主轴承 14－下平衡块 15－润滑油道 16－上主轴承 17－游动衬套
18－十字联接环 19－轴向柔性导销 20－气体旁通管 21－中间压力卸荷阀 22－浮动密封 23－双金属温控片
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24－排气腔 25－高低压分隔罩26－止回阀
除了高低压分隔罩以上的排气腔部分以外，机壳内基本上处于低压状态。电动机得到部分吸入工质的冷却。在机壳底部所设臵的下主轴承13，是用以改善电动机的定位，保持电动机的正常磁隙，这样有利于改善轴承负荷和单相电动机的低电压启动性能。
3. 涡旋压缩机的应用特点
由于涡旋式压缩机具备带液启动，以及融霜循环时能经受液体制冷剂的能力，通常不需配用气液分离器。但是在正常停机时，有大量液体制冷剂反复多次流回压缩机，会稀释润滑油，以致使轴承不能正常润滑而造成损坏。为此，在实际应用时，可通过试验来确定系统是否必须安装气液分离器。
涡旋压缩机的另一个特点是只能在一个旋转方向下进行压缩运行。对单相压缩机，旋转方向不是一个问题，但三相压缩机，却存在压缩机朝反方向旋转的可能。为此，对压缩机的转向必须加以提示说明。
二、螺杆式制冷压缩机
一般将双螺杆压缩机称为螺杆压缩机。由于其具有结构紧凑、能适用于大压比的工况、对湿行程不敏感、有良好的输气量调节性能、维护方便等特点，是制冷和空调工程的一种理想的主机。50年代后，当它开始用于制冷装臵时，就显示出许多独特的优点，很快就占据了大容量活塞式压缩机的使用范围，而且正向中等容量范围迅速延伸。采用的制冷剂有R22、R717和R134a。其功率范围约为10～1000KW,甚至更大些。这类压缩机也分为开启式、半封闭式、单级和多级机等。
1. 螺杆压缩机工作原理
螺杆压缩机是靠气缸中一对螺旋转子相互啮合旋转，造成由齿形空间组成的基元容积的变化，实现了对制冷剂气体的压缩。图7-47是典型开启式螺杆压缩机的一对螺旋齿转子、气缸和两端端盖的外形图。由图可知，压缩机∞字形的气缸3里有一对转子，其中一个有凸齿的称阳转子6，另一个有凹齿槽的称阴转子2，气缸的左右由吸气端盖1和排气端盖5封住，一对转子就支承在左右端盖的轴承上。转子之间及转子和气缸、端盖间留有很小的间隙。在吸气端盖和气缸上部设有轴向和径向进气口，在排气端盖和滑阀端部设有轴向和径向排气孔口。
螺杆压缩机的工作原理见图7-48（各分图是由下向上的仰视图。）当压缩机运转时，阳转子带动阴转子（也有由阴转子带动阳转子的结构），由阴阳转子凹凸齿槽、啮合密封线与气缸和端盖内壁所围成的人字形基元容积不断变化。当基元容积由最小向最大变化时，它与径向和轴向吸气口相通，进行吸气过程（图7-48a、b、c）。当基元容积达到最大值时，便与吸气口隔开，吸气结束。此后，基元容积由最大逐渐变小，开始气体的压缩过程（图7-48d、e）。当基元容积内气体压力升到一定值时，便开始与轴向和径向排气口接通，进行排气过程（图7-48f），直到基元容积变为零为止。上述过程，随着转子连续运转，重复地进行。
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