制冷压缩机第六章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章 螺杆式制冷压缩机,Screw Refrigerating Compressor,第六章,1 基本结构和工作原理,2 螺杆转子齿形及结构参数,3 热力性能,4 吸排气孔口和输气量调节机构,5 转子受力分析,6 开启式和封闭式螺杆式压缩机,7 螺杆式压缩机装置系统,8 单螺杆式压缩机,9 螺杆式压缩机的噪声和振动,10 安全保护装置,第六章,本章内容,第六章,螺杆式压缩机的发展历史,1937年,，瑞典,SRM,公司研制成功了两类螺杆压缩机试验样机；,1946年,，英国,James,Howden,公司获得螺杆压缩机生产许可证，欧美和日本的多家公司也陆续获得许可证，从事螺杆压缩机的生产和销售；,1961年,，喷油螺杆制冷压缩机研制成功；,近年来通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功，螺杆压缩机的优越性得到了不断发挥。,第六章,螺杆式制冷压缩机简介,螺杆式制冷压缩机属于工作容积作回转运动的容积型压缩机；按照螺杆转子数量不同，分为,双螺杆式,与,单螺杆式,两种；,螺杆式制冷压缩机无余隙容积，效率高，无吸、排气阀装置等易损件,目前已成为一种先进的制冷压缩机，其制冷和制热输入功率已发展到,101000,kW,，,研究开发和应用领域十分广泛，性能优化潜力很大。,第六章,单螺杆与双螺杆压缩机比较,力平衡方面,单螺杆压缩机的螺杆承受的径向和轴向气体力可自动平衡，星轮齿承受气体力，要求星轮齿具有足够的强度和刚度；,双螺杆压缩机的螺杆转子承受较大的径向和轴向气体力，要求螺杆具有足够的强度和刚度。,制造成本方面,单螺杆压缩机的螺杆和星轮轴承可选用普通轴承，制造成本较低；,双螺杆压缩机两螺杆转子负荷比较大，需选用精度较高的轴承，制造成本较高。,可靠性方面,单螺杆压缩机的星轮是易损部件，对材料有较高要求，星轮还需定期更换；,双螺杆压缩机中没有易损件，无故障运行时间可达48万小时。,加工设备方面,单螺杆压缩机没有成熟的专用加工设备，导致产品的性能不是很稳定；,双螺杆压缩机已有成熟的螺杆专用铣床和磨床，可确保产品性能稳定。,第六章,效率方面,新机状态下两者效率基本相同，随着运行时间增加，单螺杆压缩机的星轮磨损将导致气量减少和效率降低。,噪音和振动方面,两者的的噪音和振动基本相同。,操作和维护方面,两者的日常操作和维护基本相同。,适用性方面,单螺杆压缩机适合用于,高排气压力,的场合，如高压空气压缩机、制冷压缩机和天然气压缩机等；,双螺杆压缩机由于受到转子刚度和轴承负荷等方面的限制，双螺杆压缩机只能适用于,中、低压,范围，排气压力一般不能超过4.5,MPa,。,单螺杆与双螺杆压缩机比较,第一节 基本结构和工作原理,第六章,螺杆式制冷压缩机主要由转子、机壳（包括中部的气缸体和两端的吸、排气端座等）、轴承、轴封、平衡活塞及输气量调节装置组成。,两个按一定传动比反向旋转又相互啮合的转子平行地配置在呈“8”字形的气缸3中。气缸的左右有吸气端座1和排气端座5，一对转子就支承在左右端座的轴承上。转子之间及转子和气缸、端座间留有很小的间隙。吸气端座和气缸上部设有轴向和径向吸气孔口，排气端座和滑阀4上分别设有轴向和径向排气孔口。,第六章,图6-2 开启式螺杆压缩机结构外形图,为一对互相啮合的螺杆。,阳转子,为凸齿形，与电动机直接连接，称主动转子；,阴转子,为凹齿形，称从动转子。,为使螺杆式制冷压缩机系列化、标准化、通用化，我国规定螺杆公称直径为63、80、100、125、160、200和315,mm,七种，长径比分为,1.0,和,1.5,两种。,第六章,转子,主要零部件,第六章,机,壳,一般为剖分式，由机体（气缸体）、吸气端座、排气端座及两端端盖组成；,材料通常采用灰铸铁；,机体内腔横断面为双圆相交的,横8字形,，与置于其内的两个啮合转子的外圆柱面相适合。,主要零部件,主轴承(滑动轴承)：用柱销安装固定在吸、排气端座内；,止推轴承（向心推力球轴承）：在排气侧阳、阴转子上各装有两只，以承受一定的轴内力；,轴封采用摩擦环式机械密封器，安装在主动转子靠联轴器,一,端轴上，其结构和原理与活塞式压缩机的轴封相同。,装在阳转子上：由于结构差异，因吸、排气侧压力差所引起的作用在阳转子上的轴向合力比作用在阴转子上的轴向力大得多，故阳转子上除装设止推轴承外，还增设油压平衡活塞，以减轻阳转子对滑动轴承端面的负荷，减轻止推轴承所承受的轴向力。,由滑阀、油缸、油活塞、四通电磁换向阀、油管路等组成。活塞装在气缸壁下部两圆交汇处，改变滑阀位置，即可起调节制冷量的作用。,第六章,轴承与轴封,平衡活塞,能量调节装置,主要零部件,第六章,螺杆式冷压缩机是靠汽缸中一对含有螺旋齿槽的转子相互啮合，造成由齿形空间组成的基元容积的变化，进行制冷剂气体压缩。,螺杆式压缩转子的齿相当于活塞，转子齿槽、机体内壁面和两端盖等共同构成工作容积，相当于气缸。机体两端设有成对角线布置的吸、排气孔口。,随着转子在机体内的旋转运动，工作容积由于齿的侵入或脱开不断发生变化，从而周期性地改变转子每对齿槽间的容积，达到吸气、压缩和排气的目的。,第六章,阴、阳转子中的一对齿面、机体内壁面和端盖形成“,V”,字型齿间容积(,基元容积,)；,在螺杆式制冷压缩机的运转过程中（吸气气体在密封基元容积中被压缩气体由排气孔口排出），基元容积的大小随转子旋转而变化，其空间位置也不断移动；,互相啮合的转子，在每个运动周期内，分别有若干相同的基元容积依次进行相同的工作过程。只需研究其中一个基元容积的整个工作循环，就能了解压缩机工作的全貌。,基元容积,图6-3 螺杆式压缩机的工作原理图,基元容积由最小向最大变化，它与径向和轴向吸气口相通，进行,吸气过程,（,a,、,b,）；,当基元容积达到最大并与吸气口隔开时，,吸气结束,（,c,）；,基元容积由最大逐渐变小，开始气体,压缩过程,（,d,、,e,）；,当基元容积开始与轴向和径向排气口接通时，进行,排气过程,(,f,),直到基元容积变零为止；,随着转子的连续运转，上述吸气、压缩、排气过程循环进行，各基元容积依次陆续工作，构成螺杆式压缩机的工作循环。,a,、,b,为一对转子的俯视图，,c,、,d,、,e,、,f,为一对转子由下而上的仰视图。,第六章,第六章,吸气过程,转子旋转时，阳转子的一个齿连续脱离阴转子的一个齿槽，齿间容积逐渐扩大，并和吸气孔口连通，气体经吸气孔口进入齿间容积；,齿间容积达到最大值时与吸气孔口断开，齿间容积封闭，吸气过程结束。此时阴、阳转子的齿间容积彼此并不连通。,工作过程,第六章,压缩与排气过程,转子继续旋转，在阴、阳转子齿间容积连通之前，阳转子齿间容积中的气体受阴转子齿的侵入先行压缩；,经某一转角后，阴、阳转子齿间容积连通，形成“,V”,字形齿间容积对,(基元容积),，随两转子齿的互相挤入，基元容积被逐渐推移、缩小，实现气体的压缩过程；,压缩过程直到基元容积与排气孔口相连通时为止,，,此刻排气过程开始；,转子旋转时基元容积不断缩小，将压缩后气体送到排气管，此过程一直延续到该容积最小时为止。,工作过程,第六章,两转子转向相迎合的一面，气体受压缩，称,高压力区,；另一面转子彼此脱离，齿间基元容积吸入气体，称,低压力区,。高、低压力区由两个转子齿面间的接触线隔开；,由于基元容积的气体随着转子旋转由吸气端向排气端作螺旋运动，故螺杆式压缩机的吸、排气孔口一般呈,对角线方式布置,。吸气孔口位于低压力区端部，排气孔口位于高压力区端部。,工作容积、气体压力与阳转子转角的关系,第六章,吸气过程,：齿间容积在吸气端开始形成的瞬间为零。随着阳螺杆的旋转，螺杆另一螺旋槽连通，齿间容积随之扩大并与吸气孔相通而吸气，当阳螺杆转角超过,1,瞬间，齿间容积达到最大值,V,l,并与吸气孔口断开，吸气过程结束。,压缩过程,：螺杆继续旋转，此时主动转子的齿间基元容积和从动转子的齿间基元容积彼此孤立地向前推进，当阳螺杆螺旋槽与阴螺组成新的工作容积时，两个孤立的齿间基元容积相互沟通，随着两螺杆的啮合运动，基元容积从最大值,V,l,缩小至,V,2,，,且瞬间与排气口连通，压缩过程结束，排气开始。,排气过程,：螺杆继续旋转，与排气口连通的基元容积继续缩小，当阳螺杆转角由,2,增至,3,时，基元容积由,V,2,缩小至零，排气过程结束。阳螺杆转角再增至,4,时，组成基元容积的阳螺旋糟又在吸气端与吸气孔口相通，准备形成新的工作容积，于是下一工作周期开始。螺杆旋转一周，每一螺旋槽完成一个吸气、压缩与排气工作过程。,优点:,与往复活塞式制冷压缩机相比，螺杆式制冷压缩机的转速较高（通常在3000,r/min,以上），又有质量轻、体积小，占地面积小等一系列优点，因而经济性较好；,无往复质量惯性力，动力平衡性能好，基础可以很小；,结构简单紧凑，易损件少，所以运行周期长，维修简单，使用可靠，有利于实现操作自动化；,对进液不敏感，可采用喷油或喷液冷却，故在相同的压力比下，排气温度比往复活塞式制冷压缩机低得多，故单级压力比高；,与离心式制冷压缩机相比，螺杆式制冷压缩机具有强制输气的特点。即输气量几乎不受排气压力的影响，在较宽的工况范围内，仍可保持较高的效率。,第六章,工作特点,就压缩气体原理而言，螺杆式制冷压缩机与往复式一样同属容积式压缩机；就运动形式而言，螺杆式制冷压缩机的转子与离心式一样作高速旋转运动。故,螺杆式制冷压缩机兼有往复式与离心式的特点,。,第六章,缺点,由于气体周期性地高速通过吸、排气孔口及通过缝隙泄漏，故噪声大，需采取消音或隔音措施；,要求精度较高的螺旋状转子，需要专用设备和刀具加工；,由于间隙密封和转子刚度等的限制，目前螺杆式制冷压缩机还不能像往复式压缩机那样达到较高的压缩终了压力；,由于采用喷油方式，需配置相应的辅助设备，使机组的体积和质量加大；,没有吸、排气阀，可能出现过压缩和欠压缩现象。,螺杆式压缩机可分为,无油式,和,喷油式,两种。无油螺杆压缩机本世纪30年代问世时主要用于压缩空气，50年代才用于制冷装置中。60年代出现了气缸内喷油的螺杆式制冷压缩机，使制冷机的性能大大改善，故螺杆式制冷压缩机绝大部分为喷油式。,第六章,喷油式螺杆压缩机的特点,优点,降低排气温度，减少工质泄漏，提高密封效果；,增强对零部件的润滑，提高零部件寿命；,对声能和声波有吸收和阻尼作用，可以降低噪声；,冲洗掉机械杂质，减少磨损。,缺点,由于喷油量较大，螺杆装置中必须增设油处理设备，如油分离器、油冷却器、油过滤器、油压调节阀和油泵等，这将增大机组体积和复杂性。,第六章,螺杆式制冷压缩机的表示方法,（,JBT690693）,改型编号,转子名义直径，,cm,型式：,LG,开启螺杆,BLG,半封闭螺杆,转子导程：,D,短导程,C,长导程；,T,特长导程,制冷剂种类：,A,氨,R717,F R22,氟里昂,第六章,表示方法示例,型式,转子,直径,cm,转子导程,制冷剂,改型编号,LG16CA,开启 螺杆,16,长导程,氨,R717,BLG10DF2,半封闭螺杆,10,短导程,氟里昂,2,KA20-50,开启 螺杆,20,氨,制冷量,5010,4,kcal/h,BF12.5-4,半封闭螺杆,12.5,氟里昂,4 10,4,kcal/h,第六章,封闭式大容量机组开发,HFC,制冷剂及天然工质应用,容量调节控制,（输气量调节、内容积比调节）,转子加工和检测技术,螺杆式冷水机组的技术发展,（主要形式：水冷冷水机组、水水热泵、风冷冷水机组、风冷热泵等）,螺杆压缩机的新发展,第六章,第二节 螺杆转子齿型及结构参数,第六章,型面,螺杆式制冷压缩机的转子齿面称为,型面,，为螺旋形空间曲面；两齿啮合，其型面的,接触线,为空间曲线。,随着转子的旋转，接触线由吸入端向排出端推移，接触线是基元容积的活动边界，它把齿间容积分成为两个不同的压力区，起到隔离基元容积的作用。,第六章,型线,垂直于转子轴线的端部平面与型面相交而得的平面曲线称,型线,（即齿形）；,型线组成转子外廓的齿形，