1) 由于无需添加润滑油，排出的气体不含油，消除了含油气体对生产工艺带来的不良后果，不会污染用户的终端产品，能够满足诸如食品工业、制药工业等特殊领域的特殊需求。

2) 由于不含润滑油，在低温工程中应用不会产生润滑油凝固的不良影响。

3) 由于气体不带油，减少和消除了油污沉积在热交换器管壁上的可能，使换热效率提高，气体的阻力损失也可减少。

4) 可以取消注油器、油分离器等设备，并因此降低了系统阻力，提高了工作效率，由于设备的减少，其加工成本也相对于有油润滑涡旋压缩机有所降低。

5) 可以节省大量的润滑油，一台高压循环机每年可省油3600公斤，能够节约资源，更为环保，在当前石油资源价格高涨的情况下能够减少运行成本，提高无油涡旋压缩机使用的经济性。

6)        由于使用了自润滑材料的填料函密封元件，基本上可以省去对原金属填料函繁重的刮研工作量。而且检修工作量也大为减少，劳动强度大大降低。

7) 理想的无油润滑压缩机，由于密封摩擦件摩擦系数低，因而使用寿命长。

8) 在无油润滑涡旋式压缩机中，被压缩介质不再是油气混合物，热力过程的分析对象为纯气体，空气压缩机则可以假设为理想气体，其工作效率得以提高。

由此可见，虽然无油润滑压缩机采用工程塑料或金属塑料做密封元件，成本比金属要高，但其经济效果却远远的高于金属密封件的有油润滑涡旋压缩机

气体的主要泄漏形式有：动、静涡盘结合面的端面泄漏、静涡盘与支架体的结合面泄漏、曲轴与压盖的间隙泄漏、通过轴向间隙的径向泄漏和径向间隙的切向泄漏。

1)        端面泄漏

动、静涡旋盘结合面的端面泄漏是由于动涡旋盘处于浮动状态而造成的，在刚启动时由于背压腔处于常压，动涡盘受到轴向气体力的作用而离开静涡盘，端面泄漏严重，随着背压腔气体压力的升高，动涡盘逐渐靠向静涡盘，动、静涡盘问形成的油膜有密封和承压作用。

2)        结合面泄漏

静涡旋盘与支架体的结合面泄漏是由于结合表面微观的不平度，加之固体垫片在螺栓拧紧后，受到冲击振动、温度、压力、介质等作用，使垫片受剪、螺栓伸长或松动，长期下去固体垫片就会失去弹性，丧失密封作用而导致泄漏。

3)        间隙泄漏

曲轴与压盖的间隙泄漏是由于两者的配合造成的，背压腔中的天然气沿着主轴承、轴瓦进入支架体后部，通过曲轴与压盖的间隙泄漏到大气中，这样不但增加了环境的危险性，而且破坏了涡旋压缩机的轴向平衡。

4)        径向泄漏

径向泄漏是由动涡盘涡圈顶端与静涡盘盘底以及静涡盘涡圈顶端与动涡盘盘底之间的轴向间隙在压差的作用下而引起的工质泄漏。引起轴向间隙的因素很多，比如涡盘涡圈高度的加工误差，动涡盘和静涡盘的安装精度，涡旋齿的磨损和变形，压缩机运行过程中轴承承受压力的不一致以及防自转机构不能完全控制动涡盘的自转等。在动涡盘背面引入压缩气体来平衡轴向力的结构中，气体力的变化也会导致轴向间隙发生变化，再加上倾覆力矩和升、降速对涡盘的作用，使得轴向间隙呈现不均匀性。相对来说，轴向间隙的泄漏线长度比径向间隙的泄漏线长度大得多，因此阻止通过轴向间隙的径向泄漏对提高整机性能有着重要的作用，这些因素就使得轴向间隙的分析十分困难，一般工程应用都假定轴向间隙均匀相等而且为一个固定值。对于变频涡旋压缩机，需要在动、静涡盘的涡旋齿顶部开设密封槽，把由自润滑材料制成的密封条放置于密封槽中来密封通过轴向间隙的径向泄漏。

5)        切向泄漏

切向泄漏是由动、静涡盘的内外侧型线之间存在的径向间隙在压差的作用下引起的工质泄漏。涡旋压缩机的径向间隙是由两部分引起的，一部分是由于加工误差、装配精度偏差以及各运动部件的磨损而形成的静态间隙；另一部分是在涡旋压缩机运行过程中轴承的油膜承压不均匀或十字环的加工误差所引起的动态间隙。动态间隙在压缩机的运行过程中是瞬息万变的，对于静态间隙，由于其形成是与动涡盘和静涡盘啮合点的状态有关，啮合点是由它们相互运动而形成的，随着转角的不同，形成啮合点的型线壁面也是不同的，所以静态间隙也是随着转角的不同而变化的。随转角变化的静态间隙与动态间隙的不确定性的耦合，使得具体理论分析径向间隙十分困难，目前几乎所有涡旋压缩机在分析切向泄漏时都认为径向间隙恒定。

这5个泄漏通道是天然气变频涡旋压缩机的主要泄漏形式，静涡盘与支架体的结合面泄漏、曲轴与压盖的间隙泄漏属于外泄漏，动、静涡盘结合面的端面泄漏、通过轴向间隙的径向泄漏和径向间隙的切向泄漏属于内泄漏。外泄漏影响着天然气变频涡旋压缩机的可靠性，内泄漏则影响着变频涡旋压缩机的工作性能，所以对于内、外泄漏的密封同等重要。

被压缩气体所带来的油来自于气缸内密封部件摩擦所需的润滑油，亦即轴承与曲轴的摩擦、动涡旋盘与静涡旋盘的摩擦所需的润滑油。如果这两个个部位所需的润滑油可以取消，那么气缸中的气体将不会含油，所以目前的关键问题是如何实现动静涡旋盘之间摩擦部位不使用润滑油。对于活塞式压缩机，不使用润滑油可以从结构上寻找出路，如迷宫式压缩机，当然另外一种选择就是选择一种比较理想的自润滑材料，设计成合理的结构，镶嵌在摩擦副上。对于涡旋压缩机实现无油，只能采取第二中方案，即在涡旋齿顶镶嵌自润滑材料来实现无油润滑以及密封。

当然，以上的方法并不能使气体绝对无油，因为上述的方法并没有使得曲轴与轴承之间的摩擦副不含油，随着其运行，总有少量的油蒸汽会被带入气缸，因此要求绝对不含有油还必须在压缩机上采取措施，使得传动部件的润滑油不进入气缸，那些在食品工业和医疗工业上用的压缩机必须要做到这点，这时可以添加刮油环或者挡油环等部件。

有一些工艺流程所需的气体不要求绝对不含油，而少量存在的润滑油对自润滑材料的使用寿命反而有很大的好处。如合成氨生产上用的压缩机，就无需加装挡油环。但是如入气体很脏，则少量的润滑油可能把杂质粘结在一起成胶状物，使密封件卡死，丧失密封能力。

首先指出，这里的设计计算首先给出的是压缩机的排气量Q_d (V³/min)以及进排气压力p_s、p_d (MPa),根据文献1与文献2以及顾兆林,郁永章1996年发表于《压缩机技术》上的《涡旋压缩机基本参数选择及结构参数λ=h/Pt》一文，选取基本结构参数Pt、t和h，于是计算过程如下：

1、计算电动机指示功率P_i (Kw)

指示功率计算公式

公式参见文献[2]第62页，书中压力使用单位为“公斤/平方厘米”，故在此使用是需要乘以10.

2、确定电动机功率P_e (Kw)

考虑到泄漏、摩擦等因素的影响，压缩机的轴功率P_z为

P_z=1.12P_e

选取电动机功率应保证有5%～15%的储备功率，故电机功率为

P_e=(1.05～1.15)P_z

3、选取电动机转速n_w，转速范围为1000～4000r/min

4、确定压缩机排气容积V_d (m³/r)

V_d=Q_d/(i*nw)

式中i为完全相同的工作腔容积的组数，对于单涡旋齿，两涡旋盘组成2组完全相同的工作腔容积，i=2；对于双涡旋齿，i=4，对于齿数为Z的多涡旋齿，i=2Z。

5、确定压缩机吸气几何容积V_s (m³/r)

为简化计算，用理想气体模型，设循环为绝热过程，则:

pV^k=常数

式中k为被压缩工质或制冷剂的绝热指数，对于空气及双原子气体，k=1.4.于是吸气几何容积，于是压缩机吸气几何内容积为：

涡旋压缩机吸气几何容积公式

6、计算几何内容积比ε_v

ε_v=V_s/V_d

7、 初选选节距P_t(mm)和涡旋壁厚t (mm). t取值在2～6mm

8、计算渐开线发生角α (弧度rad)

α=pi*t/P_t

其中pi为圆周率（这里不方便输入一些特殊符号，故使用matlab的输入方式代替了）。

9、求涡旋中心渐开线最终展角Φ_e(弧度rad)及排气角θ_d(单位rad，注意意此处所说排气角θ_d为主轴旋转角度)

ε_v=(2*Φ_e-3pi)/[2(Φ_e-θ_d)-3pi]

涡旋中心渐开线最终展角Φe及排气角θd方程组1

涡旋中心渐开线最终展角Φe及排气角θd方程组2

联立以上三个方程即可解除最终展开角和排气角。而中间参数即为涡圈外壁被干涉终点的渐开线展角，应该需要用到计算工具来计算，张鹏是在Matlab里解决的此方程。依然记住pi为圆周率。http://www.zhangpeng.info/

10、求涡圈高度h (mm)

V_s*1000000=P_t(P_t/2-t)h(2Φ_e-3pi)

式中pi依然为圆周率，式中乘以1000000是因为公式当中用的Pt与t均应转换为m的单位计算，而本计算过程当中一直以mm为单位，故需要转换一下。

11、验算λ=h/P_t，是否处于合适的范围

如果超出范围，则返回步骤5重新选取节距P_t和涡旋壁厚t，重复计算直至在适宜范围内。根据文献的记载，λ值最好在1.5～2.5之间。

12、计算基圆半径R_b (mm)

R_b=P_t/2pi

pi依然表示圆周率

13、计算主轴回转半径R_or (mm)

R_or=(P_t-2t)/2

14、动涡旋盘的平衡设计(计算公式过于复杂，这里不便给出了，可以查阅文献)

15、防自转机构强度计算

16、无油润滑形式的选择及自润滑材料的选取

参考文献资料：

1、刘振国.涡旋式流体机械与涡旋压缩机[M].机械工业出版社. 2009

2、编写组.活塞式压缩机设计[M].机械工业出版社. 1974

3、顾兆林,郁永章.涡旋压缩机设计计算研究[J].流体机械. 1996.2

4、顾兆林.涡旋压缩机设计研究[J].低温工程. 1996.1

在翻阅以上参考资料之时，请自行鉴别公式的错误之处，根据《涡旋式流体机械与涡旋压缩机》一书后面所附的设计计算过程，电机功率的计算会存在问题，而其参数的选取亦有可商榷之处。而文献3、4所记载公式应该一样，可能存在排版印刷上的纰漏。

涡旋压缩机是继往复压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机之后的又一种新型高效容积式压缩机，被公认为是技术最先进的第三代压缩机。涡旋压缩机作为一种新型制冷压缩机,具有效率高,噪声小,零部件少等一系列优点。与同等容量的往复式压缩机相比，主要零部件仅为往复式的1/10，体积减少40%左右，噪声下降5～8dB，效率提高10%，重量减轻15%，驱动力矩的波动幅度仅为往复式的1/10。

随着工业的发展,在一些特殊场合常要求气体在压缩时不被润滑油所污染, 或不允许外界空气逸入汽缸,所以无油润滑压缩机成为这些特殊场合的首选压缩机。由于无油润滑的涡旋式压缩机较其他形式的无油压缩机在结构、工作效率、可靠性、振动及环保等方面有着不可替代的优势,因此,对无油润滑的涡旋式压缩机的研究以及尽快实现产品的国产化,已经成为当今国内涡旋压缩机研究领域的热点。

国外无油压缩机开始于二十世纪三十年代。1935年瑞士苏尔寿公司发表了迷宫式密封无油润滑压缩机的专利。五十年代初，世界市场上出现了第一批无油润滑压缩机 。我国最早从事无油润滑压缩机研制工作的是沈阳气体压缩机厂和中国科学院兰州化学物理研究所。自1964年起开展对压缩机的活塞环、浮动环、密封圈和导向套等自润滑材料的试验研究工作。

无油润滑形式的涡旋压缩机产品有很好的市场前景, 作为我国第一家无油涡旋压缩机生产企业的江西惟思特制冷机械有限公司，预计 2011年中全面投产，形成年产箱体式直连全无油涡旋压缩机30万台，形成核心工业总产值达到50亿人民币。

然而无油润滑涡旋式压缩机的研究在我国才刚刚起步,还很不完善。无油润滑涡旋压缩机在密封和润滑方面问题一直是影响其效率的关键因素。与油润滑涡旋压缩机相比, 由于没有润滑油的密封作用,无油润滑涡旋压缩机在工作过程中的泄漏问题更加严重。

要实现无油润滑，涡旋齿顶密封摩擦副是需要首先考虑的部位，一般采用自润滑材料镶嵌来解决。目前常用到的自润滑材料有聚四氟乙烯（PTFE）基复合材料、聚醚醚酮（PEEK）基复合材料、聚苯醚砜（PESF）和聚醚砜（PES）、纳米结构喷涂固体自润滑符合材料涂层、等离子喷涂高温自润滑涂层以及热喷涂等离子技术。

而目前无油涡旋压缩机产品的设计与制造过程都依赖传统的经验设计和二维设计方法,效率低且不经济,新产品的开发周期较长,不能满足实际需要。因此,应用一种全新的设计方法取代经验设计和二维设计方法十分必要。

作为我国第一家无油涡旋压缩机生产企业的江西惟思特制冷机械有限公司，到2009年底，日产60台箱体式直连全无油涡旋压缩机，日工业产值达到90万元。2010年3月起，将启动二期工程， 2011年中全面投产，形成年产箱体式直连全无油涡旋压缩机30万台，形成核心工业总产值达到50亿人民币。各大配套企业所形成的配套工业产值达14亿人民币。

在2009年6月开始实施的《“节能产品惠民工程”高效节能房间空调推广实施细则》中，国家通过财政补贴的方式鼓励空调生产企业进一步开发、销售高能效节能空调，而新的空调能效标识制度在不久的将来也会实施，高能效空调会越来越受到空调生产企业的关注。这一有利的条件也更将促进涡旋压缩机市场的进一步发展。