近年來隨著渦旋式壓縮機在我國的開發應用，其生產正在逐步走向產業化。但由于加工水平的制約，難以得到高精度的渦旋形狀，因此在動、靜渦旋盤所形成的壓縮腔內必然存在著氣體泄漏，使壓縮機效率降低。為減少氣體經過動、靜渦旋的徑向間隙從高壓腔向低壓腔的泄漏，并補償由動、靜渦旋的加工和裝配引起的徑向誤差，保證其效率高、噪聲低、運轉平穩的優點，必須在渦旋壓縮機中設置徑向密封機構。為此，我們在詳細分析常見的固定回轉半徑密封機構的基礎上，提出了一種新的徑向柔性密封機構。該機構在保證壓縮機性能的前提下能有效、經濟地實現徑向密封。在當前國內渦旋盤加工精度普遍不高的現狀下，具有很強的實用價值和一定的現實意義。
1 固定回轉半徑密封機構
圖1所示為固定回轉半徑徑向密封機構，在電機驅動下曲軸旋轉，其上的曲柄銷帶動動渦旋作相對于靜渦旋的回轉運動，其回轉半徑為Ror。在理想條件下，即動靜渦旋沒有加工誤差且曲柄銷與軸承之間的間隙為零時，則能保證Ror為一恒定值，動靜渦旋彼此在幾條直線上接觸而沒有間隙，使氣體的泄漏損失與渦旋之間的磨擦損失為零。但在實際生產中，盡管對渦旋的加工精度要求很高，在動、靜渦旋之間仍存在一定的徑向間隙，使氣體產生徑向泄漏。曲柄銷與軸承之間的徑向間隙決定了渦旋體之間的接觸情況，當間隙值較小時，兩渦旋體的接觸以磨擦損失為主，泄漏損失次之；當間隙值較大時，則以泄漏損失為主，磨擦損失次之。因此存在著一個最佳曲柄徑向間隙使泄漏損失與磨擦損失之和為最小，在實際加工條件下，該值為-15 m左右［1］。由此可見，采用這種固定回轉半徑的徑向密封機構，不但要求渦旋體有很高的加工精度，而且要求曲柄銷處也要有極高的加工與裝配精度，這無疑使生產成本增加、難度增大，不利于渦旋壓縮機的普及化生產。
2 徑向柔性密封機構
2.1 實現徑向柔性密封的機構和條件
為克服固定回轉半徑密封機構的缺點，我們在設計中采用了偏心套筒式徑向密封機構，它形成一個可變半徑的密封機構，如圖2所示。在結構中設置一個偏心套筒，偏心套筒通過其上的孔與曲柄銷相連，套筒的外緣又與動渦旋盤的輪轂聯接。o1為曲軸中心，o2為曲柄銷中心，o3為偏心套筒與動渦旋質心，偏心套筒在曲柄銷的驅動下繞o2點運動，并帶動與之相連的動渦旋，動渦旋盤的理論回轉半徑為Ror= 。在電機啟動的瞬間，動渦旋上作用有慣性力Fgx、Fgy、氣體的徑向力Fr和法向力Ft，Fgx和Fgy在回轉半徑方向上產生合力Fg,將動渦旋推向靜渦旋的側壁，實現氣體的徑向密封。此時動渦旋質心運動到o3處，實際回轉半徑為 ,在曲軸勻速旋轉的正常運行條件下，為達到最佳密封效果。
2.2 密封機構的柔性
這種可變回轉半徑密封機構的柔性主要體現在以下四個方面：
1)自動調節回轉半徑。在渦旋體加工存在誤差的情況下，該機構能自動使回轉半徑增大或減小，以消除渦旋盤之間的徑向間隙或減少渦旋盤之間的摩擦與磨損，使摩擦損失與泄漏損失之和始終保持最佳值。
2)容隙能力。當介質中混有固體雜質時，由于動渦旋盤回轉半徑可變，使得動靜渦旋壁面之間脫離接觸，為固體雜質提供容隙，避免劃傷渦旋體表面或因剛性碰撞而損傷渦旋體。
3)過載保護能力。當發生液體壓縮時，作用在動渦旋上的徑向力Fr增至Frm,且Frm>Fgycos時渦旋之間脫離接觸，高壓液體被釋放到其它壓縮腔中，而不會使壓縮腔內的壓力超過允許值。
4)自動補償磨損。由于偏心套的形狀與密封面形狀相似，在磨損情況下，能自動補償［2］。且由于偏心套的運動是兩個轉動的合成，較之滑動副密封機構，產生的振動和沖擊更小。
綜上所述，采用這種柔性密封機構能抵消因加工誤差和裝配而產生的徑向誤差，降低了對加工精度的要求，較為經濟地實現高效率密封。
2.3 結構的不穩定性
這種柔性密封機構雖然有上述優點，但也存在著一個結構所固有的缺點—不穩定性。當動渦旋的質心運動到非?？拷黲1,甚至越過o1的位置時，隨著Ror越來越小，離心慣性力隨之減小，不能滿足式（1），使高壓腔氣體向低壓腔卸載，導致壓縮機噪聲的產生和性能的下降，因此結構中存在著一個不穩定區。如果在安裝中使o3位于o1o2連線的右側，在起動瞬時慣性力帶動下，質心o3向靠近o1的方向運動，在穿越該區域時必然會出現上述問題，嚴重時甚至無法使壓縮機工作，因此這還不是一種可靠的徑向密封機構。
3 改進的徑向柔性密封機構
為了消除上述結構的不穩定性，對以上設計進行了改進，如圖3所示。在偏心套筒底面加工限位銷，同時在曲軸相應部位加工出限位孔，o4為限位銷的中心，限位孔的中心與曲軸中心重合。如圖4所示，當o3繞o2逆時針擺動時，o4點也隨之運動，當到達o4點后，受到限位孔的約束，不再繼續運動，因此質心o3運動到o3后就不會再進一步向靠近o1方向運動，使偏心套筒的擺動行程受到一定的制約，避免動渦旋的質心落入不穩定區內，使壓縮機得以可靠工作。
4 結論
1)采用徑向柔性密封機構可實現經濟、高效、可靠的徑向密封。
2)徑向柔性密封機構可以從設計角度降低加工難度，降低對動、靜渦旋加工和裝配精度的要求，是一種實用性很強的設計。
3)徑向柔性密封機構在QWR系列渦旋式壓縮機試制中均獲成功，可降低振動和噪聲，保證運轉的平穩性，提高壓縮機的能效比。
