在小型制冷空調(diào)領(lǐng)域目前主要采用的壓縮機(jī)為：往復(fù)活塞式、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式、渦旋式、擺動(dòng)轉(zhuǎn)子式和安裝精度高、成本高，在高壓差工況，冰箱循環(huán)以及小排量的空調(diào)循環(huán)時(shí)泄漏大、效率低，并且制造困難，因此目前主要用于3HP以上的空調(diào)，全世界每年產(chǎn)量接近2000萬(wàn)臺(tái)。（滾動(dòng)活塞式的變形），這些機(jī)型各以其自身的特點(diǎn)擺動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)是滾動(dòng)活塞式的變形，其受適用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域1 61.力情況和密封性能優(yōu)于滾動(dòng)活塞式，但密封性能沒(méi)往復(fù)活塞式的優(yōu)點(diǎn)是密封可靠，并且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研制和生產(chǎn)積累了成熟的經(jīng)驗(yàn)，主要是用在小型制冷領(lǐng)域如家用冰箱。由于冰箱工況制冷溫度相對(duì)低，因此工作壓差大，并且工質(zhì)流量小，在常規(guī)使有根本改變，制造難度高于滾動(dòng)活塞式41，目前主要用于空調(diào)和熱水器17191.近十幾年來(lái)，由于認(rèn)識(shí)到HFCHC工質(zhì)雖然比CFCCFC類(lèi)工質(zhì)降低了對(duì)臭氧層的破壞，但仍對(duì)用HFCHC工質(zhì)循環(huán)時(shí)其壓比通常大于1021，這種工況下，往復(fù)式壓縮機(jī)的密封性好的優(yōu)點(diǎn)得到了充分的發(fā)揮使其綜合性能優(yōu)于其他機(jī)型，全世界每年生產(chǎn)的此類(lèi)壓縮機(jī)超過(guò)8000萬(wàn)臺(tái)。往復(fù)式壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)是氣閥多、零件多、往復(fù)運(yùn)動(dòng)件引起的震動(dòng)大、抗液擊能力差，這些缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用范圍。

　　滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是零件少，與往復(fù)式相比省去一個(gè)進(jìn)氣閥，振動(dòng)小、高速變頻性能優(yōu)于往復(fù)活塞式，但其密封性能差，在用于高壓比制冷工況時(shí)泄漏大、效率低。這種壓縮機(jī)目前主要用于3HP以下的空調(diào)，綜合性能指標(biāo)較高，目前全世界每年產(chǎn)量超過(guò)5000萬(wàn)臺(tái)。

　　渦旋式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是零件少、沒(méi)有進(jìn)排氣閥、壓力波動(dòng)小、抗液擊能力好、力矩波動(dòng)小、高速變頻性能好。在一定的排量范圍和一定的壓比情況下，渦旋式壓縮機(jī)的效率高。這種壓縮機(jī)的缺點(diǎn)是制造大氣有許多危害，例如加重室溫效應(yīng)。全球開(kāi)展了自然工質(zhì)的研究，尤其是以C02為研究重點(diǎn)?？缗R界的多級(jí)或單級(jí)壓縮并且使用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥回收部分膨脹功循環(huán)，被認(rèn)為是*佳的C02循環(huán)方案，效率高于傳統(tǒng)循環(huán)，有極好的應(yīng)用前景7~161.但隨之而來(lái)的問(wèn)題是：C2跨臨界循環(huán)的壓差大，是傳統(tǒng)工質(zhì)的5 ~10倍。大量的研究實(shí)驗(yàn)表明，滾動(dòng)活塞式、渦旋式、擺動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)在用于CO2跨臨界循環(huán)時(shí)其密封性差、泄漏大，不能有效使用117181.目前只有往復(fù)壓縮機(jī)能較好使用，但往復(fù)活塞壓縮機(jī)固有的缺點(diǎn)又限制了其應(yīng)用范圍，更為關(guān)鍵的是，如果用于多級(jí)（或單級(jí)）壓縮并帶有膨脹機(jī)的循環(huán)，無(wú)論是往復(fù)活塞式還是滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式、渦旋式、擺動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)都需要多個(gè)工作缸才能實(shí)現(xiàn)，這必然會(huì)使氣閥、運(yùn)動(dòng)件和輔助零件成倍增加，導(dǎo)致可靠性和效率下降，占用空間和制造成本增加。這一問(wèn)題已成為C02跨臨界循環(huán)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的難題之。一因此開(kāi)高效率、高可靠性的7體化膨脹壓縮mgHouse.Allngntsreserved.：Ir i.nei機(jī)已成為壓縮機(jī)研究領(lǐng)域一個(gè)世界性的前沿課題。

　　另一方面，目前廣泛使用的冰箱制冷循環(huán)有嚴(yán)重的缺陷，這種單級(jí)壓縮的制冷循環(huán)在使用HFC工質(zhì)時(shí)其壓比通常大于10在冰箱壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行中由于電機(jī)加熱等原因，其缸前進(jìn)氣溫度一般高于有一活塞銷(xiāo)座；缸蓋上設(shè)有與活塞軸相配的軸孔，活塞可繞活塞軸在軸孔中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞球形頂面與球形內(nèi)腔具有相同的球心并形成密封動(dòng)配合；轉(zhuǎn)盤(pán)的下端面中心伸出一轉(zhuǎn)盤(pán)軸，轉(zhuǎn)盤(pán)上部和下端面之間的外周面為轉(zhuǎn)盤(pán)球面，轉(zhuǎn)盤(pán)球面與球形內(nèi)腔具有相同的球心并緊貼球形內(nèi)腔形成密封動(dòng)配合；在轉(zhuǎn)盤(pán)上部與活塞銷(xiāo)座相對(duì)應(yīng)有一轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座；中心銷(xiāo)插入活塞銷(xiāo)座和轉(zhuǎn)盤(pán)銷(xiāo)座，主軸支架與缸體相連，為主軸的旋轉(zhuǎn)提供支撐，主軸的一端為偏心曲柄，偏心曲柄位于缸體內(nèi)與轉(zhuǎn)盤(pán)軸相連，另一端與動(dòng)力機(jī)構(gòu)相連，為壓縮機(jī)變?nèi)萏峁﹦?dòng)力；上述活塞軸和轉(zhuǎn)盤(pán)軸及主軸的軸線都通過(guò)球形內(nèi)腔的球心，并且活塞軸和轉(zhuǎn)盤(pán)軸的軸線與主軸的軸線形成相同的夾角a本結(jié)構(gòu)中：Vi和V2為一級(jí)壓縮，V3和V4為二級(jí)壓縮，V5和V6為膨脹級(jí)。

　　2.1.3工作過(guò)程簡(jiǎn)介工作過(guò)程如下：主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)活塞、轉(zhuǎn)盤(pán)運(yùn)動(dòng)（圖中主軸的轉(zhuǎn)向是從缸蓋看主軸作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）活塞的運(yùn)動(dòng)是**的繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)的運(yùn)動(dòng)是有兩種運(yùn)動(dòng)的合成：一是繞自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一是其軸線始終通過(guò)球形缸的球心，并在以球形缸的球心為頂點(diǎn)，錐角為2a軸線與主軸軸線重合的錐體表面周向移動(dòng)（即轉(zhuǎn)盤(pán)的軸線掃過(guò)上述錐體的錐面），移動(dòng)的周期與主軸旋轉(zhuǎn)的周期同步。

　　以上空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都是旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，故沒(méi)有高振動(dòng)運(yùn)動(dòng)件，這種空間運(yùn)動(dòng)的合成結(jié)果為：活塞和轉(zhuǎn)盤(pán)有一周期性的相對(duì)擺動(dòng)，擺動(dòng)的周期為主軸旋轉(zhuǎn)周期的一倍，擺動(dòng)的幅度為4a利用這種相對(duì)擺動(dòng)作為容積變化的基本運(yùn)動(dòng)要素，利用活塞的旋轉(zhuǎn)以及活塞體上球形表面與球形缸內(nèi)表面的配合，作為所有進(jìn)排氣口打開(kāi)、關(guān)閉的基本要素。

　　2.2球形壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)2.2.1密封可靠任何需要防止工質(zhì)泄漏的動(dòng)密封處，都能設(shè)計(jì)成具有相當(dāng)寬度的面配合動(dòng)密封，使其達(dá)到可靠的密封效果，并成為良好的潤(rùn)滑面，減少工質(zhì)泄漏。

　　2.2.2無(wú)進(jìn)排氣閥各級(jí)壓縮、膨脹過(guò)程均不需要設(shè)置進(jìn)排氣閥，減少能耗減低噪音，成本低，可靠性好。

　　2.2.3兩相流動(dòng)好，抗液擊力強(qiáng)由于每個(gè)工作室都是繞活塞軸線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式有利于通過(guò)對(duì)氣道位置及局部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使缸內(nèi)液體在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下順利排出，避免液擊，改善兩相流動(dòng)。

　　2.2.4結(jié)構(gòu)緊湊、零件少在實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮膨脹時(shí)仍然只有3個(gè)運(yùn)動(dòng)件，空間占用小。

　　2.2.5運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，高速變頻性能好由于無(wú)氣閥、零件受力潤(rùn)滑好、無(wú)往復(fù)運(yùn)動(dòng)件和能引起高振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)件，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，高速變頻性能好。

　　2.2.6能耗低由于無(wú)氣閥、密封可靠、運(yùn)動(dòng)件少，零件受力潤(rùn)滑好等特點(diǎn)，故效率高、能耗低。

　　2.2.7制造成本低由于零件基本為球面、圓柱面、平面，并且數(shù)量少，所以易于制造而且制造成本低。

　　2.3運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析―活塞繞其軸線的轉(zhuǎn)角扒一轉(zhuǎn)盤(pán)繞其軸線的轉(zhuǎn)角―活塞繞其軸線的轉(zhuǎn)速=-1―活塞角加速度dt――轉(zhuǎn)盤(pán)繞其軸線的轉(zhuǎn)速―轉(zhuǎn)盤(pán)角加速度dt a―活塞軸線和轉(zhuǎn)盤(pán)軸線與主軸軸線的夾角V―工作容積（每一級(jí)對(duì)稱(chēng)兩個(gè)工作腔，容積變化周期720°相位差為360.）由空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析得為定值。

　　少3= 10°20時(shí)今的曲線圖。

　　2.4重點(diǎn)問(wèn)題提示由以上的運(yùn)動(dòng)分析可知，在球形壓縮機(jī)中活塞和轉(zhuǎn)盤(pán)各繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)是不均勻的，這也是引起球形壓縮機(jī)振動(dòng)的**要素。但從動(dòng)力特性分析可以看出，當(dāng)a角小于20°時(shí)，這種不勻速引起的值非常小，所以只要通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取合適的a角就能使球形壓縮機(jī)的振動(dòng)非趨勢(shì)在開(kāi)始進(jìn)氣或排氣結(jié)束時(shí)非常緩慢，這一特點(diǎn)有利于利用缸內(nèi)余隙容積，使開(kāi)設(shè)在球形缸內(nèi)表面上的進(jìn)排氣口在圓周方向隔開(kāi)足夠的距離，防止高低壓腔間竄氣。

　　排氣獲得較長(zhǎng)的時(shí)間，從而減少流動(dòng)損失，有利于氣道設(shè)計(jì)。

　　由結(jié)構(gòu)分析可知，球形缸內(nèi)徑一定時(shí)a角增大有利于工作容積V的增加，V正比于4a但過(guò)大的a角將會(huì)導(dǎo)致密封面的寬度下降和活塞、轉(zhuǎn)盤(pán)的不勻速轉(zhuǎn)動(dòng)增加，因此應(yīng)用時(shí)要根據(jù)不同的使用條件要求作全面的優(yōu)化。

　　和轉(zhuǎn)盤(pán)繞其自身軸線的平均轉(zhuǎn)速等于并且波動(dòng)不大。因此活塞和轉(zhuǎn)盤(pán)外表面與球形缸內(nèi)表面的摩擦速度大致正比于今=-今1 V=K鄧定國(guó)，束鵬程?；剞D(zhuǎn)壓縮機(jī)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，吳業(yè)正。小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.李連生。渦旋壓縮機(jī)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998郁永章。容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000趙遠(yuǎn)揚(yáng)，李連生，束鵬程。壓縮機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)。通用機(jī)械，2005趙遠(yuǎn)揚(yáng)，李連生，熊春杰，束鵬程。渦旋式壓縮機(jī)概述。流楊德璽俞炳豐。二氧化碳跨臨界壓縮機(jī)研究進(jìn)展。制冷郭梧，彭學(xué)院，邢子文。二氧化碳熱泵熱水器系統(tǒng)及壓縮機(jī)的研發(fā)現(xiàn)狀。制冷學(xué)報(bào)，2002（1）。

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　　引言活塞壓縮機(jī)是通用機(jī)械，在化工、制冷等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在對(duì)活塞壓縮機(jī)進(jìn)行系列設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)重復(fù)用到結(jié)構(gòu)相同或相似而尺寸不同的一些零件，如活塞、連桿、連桿螺栓等。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將每個(gè)零件都單獨(dú)設(shè)計(jì)，占用了設(shè)計(jì)人員大部分的時(shí)間和精力，嚴(yán)重影響了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，從而制約了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和持續(xù)發(fā)展。隨著CAD技術(shù)在企業(yè)中應(yīng)用的不斷深入，各種CAD設(shè)計(jì)軟件得到了廣泛的應(yīng)用。Soldworks軟件是Solid woiks公司推出的世界上**個(gè)專(zhuān)門(mén)在windows環(huán)境下進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的三維CAD軟件，Soldworks軟：2007寧?kù)o紅，馬一太，李敏霞。二氧化碳低溫制冷循環(huán)熱力學(xué)分析。制冷與空調(diào)，2005（6）。

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