制冷压缩机-第六章.pdf

制冷压缩机 第六章 螺杆式制冷压缩 机 制冷压缩机制冷压缩机 第六章第六章 螺杆式制冷压缩螺杆式制冷压缩 机机 华南理工大学电力学院华南理工大学电力学院 简介 • 1878年，H Krigar提出螺杆压缩机的原理，并在德国 申请了专利 • 1934年，A Lysholm（透平压缩机制造商 Ljungstroms Angturbin AB的总工）改进型线，提出 转子精确制造的方法，并申请了专利（5-4齿） • 1946年，英国Howden公司获得螺杆生产许可 • 1951年，Ljungstroms Angturbin AB公司更名为著名 的SRM公司 • 50年代，喷油技术在回转压缩机上应用 • 60年代，SRM公司推出SRM-A型线，ATLAS公司推 出ATLAS型线由对称齿形发展为不对称齿形，容积 效率提高百分之十几 简介 • 我国无锡压缩机厂和上海第三压缩机厂（即今上海压 缩机厂）于1965年开始研制螺杆式空气压缩机 • 70年代，德国的螺杆空气压缩机制造商GHH公司，推 出GHH型线（目前被美国的I-R收购，强强联手） SRM公司推出SRM-D型线 • 80年代，产品推广阶段，开始对系统进行深入研究。

我国无锡压缩机厂和上海压缩机厂于1985年分别引进 英国Holroyd公司2AC、5AC螺杆铣床形成批量生产 • 90年代以后，进一步提高加工精度（数控铣-数控磨 削） 内容 • 基本结构和工作原理 • 螺杆转子齿形及结构参数 • 热力性能 • 吸排气孔口和输气量调节机构 • 转子受力分析 • 螺杆式压缩机装置系统 • 螺杆式压缩机的噪声和振动 6.1 基本结构和工作原理 • 阳转子：节圆外具有凸齿的转 子，一般由原动机带动，称为 主动转子 • 阴转子：节圆外具有凹齿的转 子，一般由阳转子带动，成为 被动转子 • 球轴承、滚动轴承分别实现轴 向、径向定位 • 吸排气口在压缩机的两端开设 螺杆压缩机没有设置吸气阀和排气阀 6.1 基本结构和工作原理 • 螺杆压缩机的工作腔由转子螺旋面、气 缸内壁和端面以及螺杆的接触线组成 • 利用工作腔容积的周期性变化完成吸气、 压缩和排气的过程 • 与涡旋压缩机类似，每对相互啮合的齿 相继完成相同的过程 6.1 基本结构和工作原理 吸气过程，阴阳转子构成 的面积逐渐增大 6.1 基本结构和工作原理 压缩过程，阴阳转子的啮合的面积逐 渐减少，气体逐渐向排气端移动 6.1 基本结构和工作原理 排气过程，阴阳转子的啮合的面积逐 渐减小至零，气体被排出压缩机 6.1 基本结构和工作原理 • 余隙容积不对吸气过程造成影响 • 一个行程中有数对工作腔 • 不需要设置吸排气阀，吸排气过程的压力损失 较小 • 动力平衡性良好，无不平衡惯性力，可靠性高 • 适用于中高流量、中低压力范围 • 加工精度高，成本高 6.2 螺杆转子齿形及结构参 数 • 阴阳转子的齿面称为型面；当转子相互啮合时，型面 的接触线为空间曲线（与涡旋的接触线有何不同？） • 工作过程中，接触线由吸气端向排气端推移，完成吸 气、压缩和排气过程 • 接触线是把齿间容积划分为不同压力腔的边界 • 垂直于转子轴线的端面与型面相交得到的平面曲线成 为型线（型线即型面在轴向的投影） • 阴阳转子型线的接触点称为啮合点；啮合点在轴向的 集合是接触线 • 接触线在端面的投影是啮合线 6.2 螺杆转子齿形及结构参 数 • 齿形中心线两边型线相同的称对称型线 （图6-9），不相同的称非对称型线（图 6-10） • 齿形型线都在节圆内或者节圆外的称单 边型线（图6-10），否则称双边型线 （图6-13） • 图6-11、6-12分别是什么齿形？ 6.3 热力性能 • 理论输气量 • 余隙容积不会向吸气腔膨胀，容积系数可认为 等于1 • 不设置吸气阀，极大地降低了吸气过程的压力 损失，压力系数可认为等于1 • 泄漏对容积效率的影响比较明显 – 接触线长度越短、间隙值越小有利于提高泄漏系数 qvt=z1n1Vp01+z2n2Vp02 6.3 热力性能 • 接触线的泄漏，如L1所 示，由于接触线处的啮 合间隙导致 • 泄漏三角形，如L2所 示，由于阴阳转子接触 线的顶点不能达到阴阳 转子气缸孔的交线，在 接触线顶点和机壳的转 子气缸孔之间形成一个 空间三角形，称为泄漏 三角形 6.3 热力性能 • 转子齿顶与气缸孔内壁面之间的间隙造成的泄 漏，如L3所示 • 排气端面与排气端板之间的间隙造成的泄漏， 如L4所示，这一泄漏可能向多个低压腔同时泄 漏 • 吸气端面与吸气端板之间的间隙造成的泄漏， 如L5所示；因为位于此间隙的高压侧工作腔处 于压缩过程的早期，两个工作腔的压差并不 大，所以这一泄漏对性能的影响较小 外泄漏：向吸气腔的泄漏，降低容积效率 内泄漏：向除吸气腔外的泄漏，不减少气量 对容积效率的影响不明显 6.3 热力性能 • 确保气密性的条件 – 接触线连续（在端平面表现为啮合线封闭） – 啮合线顶点与内壁圆周的交点重合（即没有 泄漏三角形） – 为减小气体通过间隙带的泄漏，应该尽量减 少接触线的长度 6.3 热力性能 • 内容积比可调是螺杆压缩机的 一大特色 • 通过调节开设在滑阀上的径向 排气孔的位置控制排气阀开启 的角度，从而改变螺杆压缩机 的内容积比 • 螺杆内容积比的可调节性，保 证等熵效率在对应内压比取得 最高值 6.4 吸排气孔口和输气量调节 机构 • 排气孔口 – 轴向排气孔大小和位置是固 定的，而开设在滑阀上的径 向排气孔位置和大小是可以 沿轴向改变的 – 轴向排气孔口按照设计工况 中的最大内容积比设计 – 径向排气孔口按照设计工况 中的最小内容积比设计，或 分几档内压比来设计 原因？ 6.4 吸排气孔口和输气量调 节机构 • 利用滑阀调节输气量 – 利用滑阀的轴向移动改变转子的 有效长度，达到输气量调节的目 的 – 滑阀沿轴向移动，实现了压缩腔 气体向吸气侧的旁通，调节气量 – 输气量可以连续地从10%-100% 改变，但当气量低于50%时，性 能大幅下降，经济性差（图6-27） 6.4 吸排气孔口和输气量调 节机构 • 利用柱塞阀进行气量调节 – 当系统负荷降低时，柱塞阀1落 下，实现了高压腔气体向吸气 侧的旁通，调节气量 – 当负荷再降低时，柱塞阀2再落 下 – 柱塞阀的升降是通过电磁阀控 制液压泵中油的进出而实现 – 气量非连续调节，只能实现有 级调节 6.4 吸排气孔口和输气量调 节机构 • 利用滑阀进行内 容积比调节 • 内容积比与输气 量同时可调 • 调节内容积比 时，1和3两个滑 阀同向运动 • 调节输气量时， 1和3两个滑阀反 向运动 6.5 转子受力分析 • 针对转子的受力分析：轴向力、切向力 及径向力 • 轴向力 – 端面轴向力：转子在两端面受到的气体力 • 吸气端面受到吸气压力，方向指向排气端 • 排气端面一半受吸气压力和排气压力的均值， 另一半受吸气压力，方向指向吸气端 • 合力方向为指向吸气端 6.5 转子受力分析 • 轴向力 – 型面轴向力：气体压力作用于转子齿面上的 轴向力 • 无接触线区域：力作用于齿顶或者齿根圆弧 面，型面轴向不受力 • 前段和背段型线齿面：在端平面投影面积大小 相等，但方向相反，所以相互抵消 • 接触线：只需针对这一区域的受力进行计算 • 方向指向吸气端 6.5 转子受力分析 • 轴向力合力等于端面轴向力与型面轴向 力的代数和，通常指向吸气端 • 通常采用平衡活塞进行抵消，一般按平 衡阳转子型面轴向力的一半来设计 • 平衡活塞一般设置在高压侧，外端接平 衡管到低压端，内端为高压力，因而作 用于活塞上的力指向排气端，实现平衡 6.5 转子受力分析 6.5 转子受力分析 • 切向力 – 作用在转子齿面上并相切于型面的力称为切向力， 该力产生扭矩 – 阳转子的轴向力恒指向吸气端，该力产生的扭矩与 转子转动方向相反，为阻力矩 – 阴转子的轴向力恒指向排气端，该力产生的扭矩与 转动方向相同，为驱动力矩。

除克服自身摩擦力矩 外，还作为驱动力矩传递给阳转子 6.5 转子受力分析 • 径向力 – 作用在转子齿面上并垂直于转子轴线的那部 分气体力 – 径向力是选择轴承和校核转子强度、刚度的 基本数据 6.7 螺杆式压缩机装置系统 • 因为螺杆压缩机阴阳转子型面 接触部分比较多，所以需要喷 入大量的润滑油以维持性能及 可靠性 • 喷油螺杆机组庞大笨重，为此 采用喷液系统，可去掉油冷却 器，缩小油分离器 • 喷液+喷油可有效改善系统性能 螺杆压缩机对 湿压缩不敏感 6.9 螺杆式压缩机的噪声和 振动 • 螺杆压缩机不存在不平衡的往复惯性力 及旋转惯性力，故振动较小 • 螺杆压缩机在工作过程中噪声相对较 大，主要来自于阴阳转子啮合传动、气 流脉动等 。