涡旋式压缩机作为新一代容积式压缩机，由于具有同类型压缩机不可替代的优越性，因此广泛应用于空调制冷、气体增压、真空泵等领域。涡旋压缩机主要有动涡旋盘、静涡旋盘、防自转机构、曲轴以及支架体这五部分组成。压缩机在工作时，动涡旋盘在曲轴的驱动下在静涡旋盘和支架体之间运转，并且要承受很大的随主轴转角不断变化的轴向气体力作用。轴向气体力的存在，不仅会增加动涡旋盘与支架体的磨损，增加功耗，而且轴向气体力有使动、静涡旋盘分离的趋势，会导致涡旋齿顶密封摩擦副间隙增大。轴向间隙的增大会增加泄露，降低效率和排气量，增加功耗，严重时会导致涡旋压缩机失效，因此应用轴向随变技术是平衡轴向气体力、减小气体泄露的关键。以往的平衡方法是在动涡旋盘上开设背压孔，使动涡旋盘在轴向浮动，本文将在静涡旋盘上开设背压孔，并对其可行性及优点进行分析。
1静涡盘背压结构的设计以往设计的涡旋压缩机都是将静涡旋盘固定在支架体上，因此静涡旋盘沿轴向是不能活动的，动涡旋盘在支架体和静涡旋盘之间浮动，轴向气体力的平衡主要靠在动涡旋盘上开设背压孔，让部分气体进入背压腔，从而在背压腔内形成一个气体力来反推动涡旋盘背面，其原理如所示。压缩室里一定压力的气体通过背压孔进入背压腔，这样就会在背压腔内形成一个轴向的气体力，由此来保证轴向间隙的密封。
动涡旋盘开设背压孔的技术已经比较成熟，但仍有局限性。例如：背压腔要占据一定的体积，背压腔的尺寸以及背压孔开设的具体位置虽然在理论上能准确地计算，但在实际加工、安装、运行过程中动盘背压结构并不能起到很理想的效果。
在动涡盘平衡结构的基础上，设计了一种静涡盘平衡结构，即在静涡旋盘上开设背压孔。首先在支架体上开设卡槽，在卡槽沿轴向留出一定间隙，将静涡旋盘上的卡头装在卡槽内，由于卡槽留有一定的间隙，这样当工况发生变化时，静涡旋盘可按卡槽限位移动，起到补偿以及对涡旋齿的保护作用。支架体、静涡旋盘镶嵌处的加工如所示，为了确保安装，卡槽以及静涡旋盘的卡头不可全封闭。
支架体与静涡旋盘的这种镶嵌式结构既能满足静涡旋盘的定位，又可以实现轴向随变功能，为静涡旋盘开设背压孔提供了条件。静涡旋盘开设背压孔的结构简图如所示。
在静涡旋盘上开设背压平衡孔，把压缩室的气体引入到嵌套在静涡旋盘上的密封组件中，这时在密封组件内部将充满高压气体，这部分气体将产生压力，沿径向的压力将使密封组件的橡胶皮垫向外扩展，产生弹性变形，堵住密封组件中端盖与静涡旋盘之间的间隙，实现气体的密封，轴向的压力可以平衡静涡旋盘所受的轴向气体力，驱使静涡旋盘沿轴向和动涡旋盘接触，确保轴向间隙的密封。当涡旋压缩机在运行时，由于动涡旋盘不能轴向移动，轴向力将推动静涡旋盘沿轴向移动，此时镶嵌在静涡旋盘上的密封组件将跟随静涡旋盘沿轴向一起移动，安装在密封组件上的定位端盖与外壳相连，将限制静涡旋盘的移动，此时密封组件内的高压气体将产生压力反推静涡旋盘，实现轴向补偿的作用。
2静涡盘背压孔的开设2. 1静涡旋盘背压孔开设的原则根据以上介绍的静涡旋盘背压孔的实现结构以及作用原理，静涡旋背压孔的开设应该具备以下原则：1）根据静涡旋盘所受轴向气体力的大小和压缩腔有效截面积的大小来选定背压孔中心展角的范围。
2）背压孔应该开设在压缩腔内，不得干涉涡旋体的齿头，这样不但可以避免涡旋齿强度的损伤，而且不会影响背压孔的气体流动。
3）选择合适的背压孔的大小，根据经验通常背压孔直径d = 1～2 mm.
4）背压孔的位置应尽量靠近涡旋齿。背压孔开设在静涡旋盘上，动涡旋盘上任意一点的运动轨迹是以静涡旋盘中心为圆心，以基圆为半径的圆周运动，在同样转速的条件下，背压孔的位置应越靠近涡旋齿内侧，背压孔被静涡旋盖住的时间就越短。
2. 2静涡旋盘背压孔开设的方法静涡旋盘的受力分析如所示，静涡旋盘在轴向主要受气体轴向力F a、背压力F b以及动静涡旋盘的断面接触力N。
根据静力学平衡原理可得F b = N + F a（1）式中：N为动静涡旋盘边缘恰好全部接触时的接触力。即N = M t / D（2）式中：M t为静涡旋盘所受的倾覆力矩，N ？m ；D为静涡旋盘的有效直径，m.背压力F b为F b = S b p b（3）式中：S b为静涡旋盘底面密封组件中形成压力腔的有效截面，m 2；p b为背压力，Pa.
由于静涡旋盘底面密封组件中形成压力腔实际是一个空心圆柱，因此它的有效截面积就是圆环的实际面积。即S b =π（ D 2 0 - D 2 1） / 4（4）式中：D 0为静涡旋盘底面密封组件中形成压力腔的有效截面中外径，m ；D 1为静涡旋盘底面密封组件中形成压力腔的有效截面中内径，m.
所以可求得密封组件压力腔中的*小压力为p b ，min = 4 π（ D 2 0 - D 2 1） （4πna + 2πa - t）（5）式中：t为涡旋齿壁厚，m；r为曲柄回转半径，m.
涡旋压缩机在实际工作时，静涡旋盘是不动的，动涡旋盘以一定的回转半径围绕着静涡旋盘的中心作公转平动。现在假定动涡旋盘不动，则静涡旋盘将围绕着动涡旋盘作回转运动。此时，静涡旋盘上的任意一点的运动轨迹都为以动盘为圆心，以R or为半径的圆，所以背压孔的运动轨迹为（ x - a）2 + （ y - b）2 = R 2 or（6）背压孔边缘处的运动轨迹方程为（X - x）2 + （ Y - y）2 = r 2（7）曲轴在任意转角θ时，背压孔中心坐标满足x = a + R or cosθy = b + R or sinθ（8）动涡旋壁外侧的圆渐开线方程为X o = a Y o = a（9）因为当背压孔被动涡旋盘覆盖在离开的那一刻，动涡旋外壁面与背压孔相交，且具有共同的公法线，所以联立解得：（ X o - x）2 + （ Y o - y）2 = r 2（ Y o - y）2 / （ X o - x） = tanβ（10）此时静涡旋盘的中心展角为（t -α） ，对于不同的β可得不同的θ值，进而确定背压孔的中心位置。
对于确定的背压孔，可相应得到背压孔对应压缩室的压力，进而求得密封组件中的背压p b。为了确保涡旋断面的密封，密封组件中的背压必须满足：| p b - p b ，min |≤δ式中：δ为计算精度。
3应用实例根据以上介绍的静涡旋盘轴向随变机构设计生产出样机，样机简图如所示。样机中采用静涡旋盘背压结构，即在静涡旋盘上开始背压孔，因而密封组件内形成高压腔，高压腔的气体一方面用来密封端盖与静涡旋盘之间的间隙，另外一方面来平衡周向气体力。采用此种结构的涡旋压缩机具有如下优点：1）进气口、动盘、十字滑环都工作在低压环境中；2）排气口的高压气体直接与储气罐相连，减少不必要的泄露；3）静涡旋盘沿主轴随变，使涡旋压缩机的结构紧凑。
4结论在动涡盘沿轴向随变结构的基础上提出了一种新型的静涡盘随变结构，即在静涡旋盘上开设背压孔，此种结构的可行性在新一代全封闭空气涡旋压缩机上得到了验证。这种机构使涡旋压缩机的整体结构更加紧凑，能有效地实现轴向补偿以及平衡静涡旋盘轴向气体力，减小了摩擦损耗，能够自动补偿磨损，防止过载，为今后在涡旋压缩机的设计研发提供了一种新思路。
