第七章 能源动力基础-压缩机.ppt

第七章容积式压缩机和泵 第一节结构形式与工作原理 容积型压缩机和泵 按压缩机部件运动特点分 往复式 回转式 滚动转动式 滑片式 单螺杆式 双螺杆式 涡旋式 按结构特点分 活塞式 罗茨式 往复式压缩机工作过程 吸气过程 压缩过程 排气过程 膨胀过程 动画片 活塞式压缩机P V图 特点和趋势 发展历史悠久 具有丰富的设计 研究 制造和运行经验 技术成熟 至今在各个领域中依然被广泛应用 发展着 在国民经济中应用广泛 特别是在化工 煤炭 石油 海洋工程中零部件多 转速受限制 材料和制造要求低 间歇式吸排气 管道有气流脉动 利用先进的加工 制造和控制技术制造高精度的压缩机 改进气阀设计等 二 回转泵与压缩机 回转泵与压缩机是工作容积作回转运动的容积式流体机械 它们是依靠容积的周期性变化来实现流体的增压与输送 其容积的变化是通过气缸里的一个或几个转子作旋转运动来实现的 同一型式的泵与压缩机的结构基本相同 只是回转泵无内压缩过程 回转泵与压缩机的型式和结构种类较多 一般按元件的特征命名 应用广泛的有 滑片式 滚动转子式 螺杆式 涡旋式 罗茨式 回转压缩机运行中 当气体受到压缩时 将液体喷入工作腔 吸收气体的压缩热 降低排气温度 这类机器称为喷液回转压缩机 所喷的液体可以是水 油 制冷剂 其它液体 喷液机型应考虑相关零部件的防腐 防锈措施 若工作腔为干式运行 则称为无润滑 或无油 或干式机器 喷液作用 润滑 密封 降温 降噪 滑片式SlidingVaneCompressor 喷油滑片压缩机的单级压力比可达8 10 用于中 小型压缩空气装置 小型空调制冷装置中 空气压缩机的排气量范围为1 20m3 min 制冷压缩机的排气量小于1m3 min 在石油 化学 食品 建筑行业中 无油滑片压缩机用来输送各种气体 粉尘或颗粒物料 滑片式结构可作为泵 压缩机 真空泵使用 滚动转子式 这种机型可用于真空泵和压缩机 滚动转子式压缩机的工作过程 动画片 优点 结构简单 零部件几何形状简单 便于加工及流水线生产 体积小 质量轻 与同工况的往复式比较 体积可减少40 一50 重量也减少40 一50 因易损件少 故运转可靠 效率高 因为没有吸气阀故流动阻力小 且吸气过热小 所以在制冷量为3kW以下的场合使用时尤为突出 缺点 因为只利用了气缸的月牙形空间 所以气缸容积利用率低 因单缸的转矩峰值很大 故需要较大的飞轮矩 滑片作往复运动 依然是易损零件 还存在不平衡的旋转质量 需要平衡质量来平衡 卧式比立式的高度降低47 可大幅度缩小制冷和空调设备的外形尺寸 在输出功率3 4 5千瓦的单缸压缩机中 旋转轴系传到外壳的振动高达几百微米 这已到了不能应用的程度 解决措施是 采用两个气缸 相应的两个偏心轴呈180 对称配置 使其扭矩变化幅度很小 外壳表面的振动水平小于30微米 这种双滚子压缩机特别适用于变频驱动的热泵 它在高频高转速下的振动和噪声得到缓解 双滚动转子压缩机与往复式相比 零部件数量减少50 重量减轻12 安装空间减少40 1 排气管2 储液器3 吸气管4 副轴承5 气缸6 套圈7 主轴承8 消声器罩9 曲轴10 电动机定子11 电动机转子 三 螺杆式螺杆机械可以作为泵 压缩机 膨胀机使用 它们能处理很多种工作流体 其中有液体 气体 干蒸气 有相变发生的多相混合流 它们的运行模式可以是干式 喷油 压缩或者膨胀过程中喷入其它的流体 螺杆式流体机械是利用相互啮合螺杆的旋转运动 把流体封闭在啮合腔内 将流体从吸入端沿着螺杆轴向连续推进至排出端 螺杆式流体机械的种类主要有两种 单螺杆和双螺杆 单螺杆 工作过程 a PC型 b PP型 c CP型 d CC型 1 螺杆2 星轮3 机壳4 主轴 1 经济器组件2 能量调节组件3 主转子轴4 电动机定子5 吸气过滤器6 电动机转子7 星轮8 油池 动画片 结构特点 1 星轮在螺杆轴线两侧对称配置 作用在螺杆上的径向气体力互相抵消 两排气孔口呈径向 使螺杆两端间有可能设置引气通道 让端面上的气体力平衡 因此 动力平衡性好 2 螺杆旋转一周 一个基元容积完成两次吸气 压缩 排气循环 相当于一台六缸双作用的活塞压缩机 因此 排气量相同时 它比其它回转式机型的结构尺寸小 单螺杆压缩机的关键技术 1 啮合副型线 螺杆 星轮啮合副是该机型最关键的部件 使磨损位置分散 减少了星轮的磨损量 2 研制星轮的新材料 迄今 较好的材质是英国生产的VictrexPEEK 它是一种耐高温的工程塑料 它在250 时抗拉强度为50MPa 耐磨 耐腐蚀 美国麦克维尔公司的星轮由52层优良的渗碳材料复合而成 使星轮齿片与转子齿槽啮合间隙接近零 3 喷水单螺杆压缩机若用于压缩石油化工气体 单级压力比可高达16 喷水的冷却作用使得排气温度较低 这是其它机型无法达到的 因此国内外都在研制水润滑轴承 其内外圈用3Cr13不锈钢 炭石墨轴承外圆与不锈钢外圈紧配 炭石墨轴承内圆在不锈钢内圈外圆上滑动 在间隙中通水进行润滑和冷却 炭石墨轴承耐磨性好 热膨胀小 双螺杆式压缩机 双螺杆式压缩机的工作过程 DoubleScrewCompressor 涡旋式ScrollCompressor 涡旋式压缩机的工作过程 图5 7全封闭涡旋压缩机1 吸气管2 排气口3 静涡旋盘4 动涡旋盘5 背压腔6 电动机7 曲轴8 十字联接环 涡旋式压缩机ScrollCompressor 吸气 排气 卧式涡旋压缩机日立公司 HITACHIhorizontalscrollcompressorforrefrigerationapplication 1988 astheworld sfirst UsingR 22refrigerantthecompressorhasanextendedcoolingrangefrom 45 Cto 5 C 用于冷藏 冷冻柜 1 效率高涡旋式压缩机的吸气 压缩 排气过程是连续单向进行 因而吸入气体的有害过热小 相邻工作腔间的压差小 气体泄漏少 没有余隙容积中气体向吸气腔的膨胀过程 容积效率就高 通常高达95 以上 动涡旋体上的所有点均以几毫米的回转半径作同步转动 所以运动速度低 摩擦损失小 没有吸气阀 也可以不设置排气阀 所以气流的流动损失小 涡旋式压缩机的效率比往复式约高10 涡旋式 往复式 滚动转子式三种压缩机的容积效率vv和等熵效率与压力比相比 涡旋式要优越得多 2 力矩变化小 振动小 噪声低 压缩机运转平稳 又因为涡旋式压缩机吸气 压缩 排气是连续进行的 所以进排气压力的脉动很小 所以振动小 噪声低 3 结构简单 体积小 质量轻 可靠性高涡旋式压缩机构成压缩室的零件数目与滚动转子式及往复式的零件数目之比为1 3 7 所以涡旋式的体积比往复式小40 质量轻15 又由于没有吸气阀和排气阀 易损零件少 加之有轴向 径向间隙可调的柔性机构 能避免液击造成的损失及破坏 故涡旋式压缩机的运行可靠性高 因此 涡旋式压缩机即使在高转速下运行也保持高效率和高可靠性 其最高转速可达13000r min 缺点 需要高精高的加工设备和精确的装配技术 涡旋流体机械可以用于泵 压缩机 膨胀机 发动机 风机 真空泵 涡旋泵的工作介质为粘性液体 其工作过程只有吸液和排液过程 立式和卧式全封闭涡旋压缩机用于制冷和热泵技术 其功率范围为0 75 11KW 汽车空调系统采用开启式涡旋压缩机 其吸气容积为60 150CM3 转