螺杆压缩机原理及故障分析

1、.,螺杆式压缩机原理及常见故障分析,1 工作原理 2 基本结构 3 主要零部件 4 主要参数 5 主要分类 6 压缩机组 7 单螺杆压缩机 8 常见故障分析 9 维修与保养,.,2,1 .1 工作原理,.,3,1 .1 工作原理,依靠啮合运动着的一对阴阳转子，借助它们的齿、齿槽与机壳内壁所构成的呈“V”字形的一对齿间容积呈周期性大小变化，来完成制冷剂气体吸入压缩排出的工作过程。,.,4,1.2螺杆压缩机的工作过程,.,阴转子,阳转子,主机和电机系统,压缩原理,.,阴转子,阳转子,主机和电机系统,压缩原理,.,主机和电机系统,压缩原理,.,主机和电机系统,压缩原理,.,主机和电机系统,压缩原理,

2、.,主机和电机系统,压缩原理,.,11,1.3螺杆压缩机的特点,1）工作于中型制冷量范围内，易损件少，有利于实现操作自动化，可靠性和效率较高； 2）加工精度高，价格较高，噪声大； 3）部分负荷的效率较高，无活塞式的液击和离心式的喘振现象； 4）采用喷油方式，需要喷入大量油而必须配置相应的辅助设备。,.,螺杆式空压机在现在的工矿行业中得到了广泛的应用，主要分别在机械、冶金、发电、汽车、造船、纺织、化工、石化、电子、造纸、食品、等行业中得到的广泛的应用。,1.4螺杆压缩机应用行业,.,1）、Atlas Copco阿特拉斯、柯普科（以下简称AC） AC是一个跨国集团，总部在瑞典，空压机生产企业只是其

3、下属一个集团。 由于多年的不断收购，AC几乎能生产各种形式的空压机，颇负盛名。估计其在全球的占有率最高。 AC主要生产有油螺杆空压机，在全球有多个工厂，在中国无锡亦设有工厂。 AC在中国国内主要依靠其分公司销售，AC在北京、上海、广州等重要城市均设有分公司。 AC最 大优势在于知名度，对于重要项目能采取灵活价格。 AC的劣势在于服务品质较差，服务费用高，同时对于小项目的关注不多。 AC目前是国内最赢利的无油螺杆空压机。,1.5主要厂家,.,2）、Ingersoll-Rand英格索兰（以下简称IR）,IR亦是一个跨国集团，其总部设在美国，空压机生产企业只是其下属一个集团。IR亦能生产各种形式的空

4、压机，产品种类丰富，知名度也高。IR在全球的市场占有率仅次于AC或与之不相上下。 IR是最早在中国合资生产螺杆机的公司，1987年成立于上海。1995年以前，上海IR的生产和销售非常好。市场上的客户都等着购买螺杆机，而此时只有IR生产螺杆机。 IR主要通过分公司销售，在全国各主要城市设有分公司，如北京、沈阳、青岛、武汉、三峡、广州、上海等。在其他地区，IR则通过经销代理商进行销售。 IR因为在中国国内建立工厂比较早，知名度比较高。不过由于上海IR采用的是30年以前的生产技术，其品质不是很好，且已经大大影响了其销售。过去10年中，IR在中国最赢利的产品是离心式空压机。1997年以前，IR占有中国

5、国内进口离心式空压机的80%的市场。其销售人员的职责仅仅是忙于签单，带客户去美国观光而已。IR另一个赢利的产品是移动式空压机，该产品在中国国内被广泛应用。 IR目前的优势仍然是其知名度，其劣势在于其有两套销售系统：一是远东IR，一是上海IR。两套组织成员的观念很难统一，同时上海IR的产品质量亦在一定程度上削弱了其整体竞争力。因此，IR的螺杆机目前在中国国内的销售状况不是很好。,.,3）、Compair/Demag康普艾/德马格（以下简称Compair）,Compair是一家英国公司，主要以生产滑片式空压机（50 HP）而闻名于业内。目前，并无资料显示其赢利来源。近年来，Compair 陆续并购

6、了德国Demag的螺杆式空压机部门和美国的Leroi空压机公司而成为全球性空压机公司。 Compair在1993年设立了上海工厂，但目前其在中国国内的全国性销售网络尚未建立，故并未具有很大影响。 Compair 的优势在于：a、滑片机的便宜；b、 Demag的螺杆机亦有价格上的优势； c、产品品种的齐全；d、在中国国内设立有工厂。 Compare的劣势在于：、产品品质一般；、营销网络的不健全；、知名度不够。,.,4）、 Sullair寿力,Sullair是美国一家大型航空（军工）企业的下属公司，生产空压机的历史不长，主要是螺杆机。Sullair在全球设有分公司，在美国，它是仅次于IR的空压机公

7、司。 Sullair在中国的工厂设在深圳蛇口。 Sullair公司主要通过代理商销售。1999年以前，其代理商主要是来自台湾的唐胜和广州的科明。近来，其代理商数量大大增加。目前，Sullair在某些行业有相当的业绩，如纺织、汽车等。 Sullair的主要产品是有油螺杆式和移动式，其有油螺杆式在大马力型（300HP）时间，有很大的价格竞争力。据说，其移动式近年主要国产化，此举将增加其市场份额。 Sullair目前的知名度还不大，在中国国内的投资力度也不大。其主要优势体现在已在中国国内设有工厂，其大马力型产品的价格较便宜。 Sullair的劣势在于其机器的外观粗犷，知名度不高，没有无油式的产品。,

8、.,5）、Fusheng 复盛,复盛是合资企业，在中国国内有三家工厂：中山、上海、北京。复盛通过其品质不错的小活 塞机打开了中国市场，经销商遍布全国。 复盛在中国国内已是一家知名度很高的空压机制造商，但其螺杆机仍是低档机的代表。 复盛的最大优势是价格便宜，知名度高。 复盛的劣势是质量较差，大马力型机的失败率很高；无油机使用日本三井淘汰的水润滑单螺杆；,.,6）、Kaeser凯撒,Kaeser是德国最大的空压机制造商，生产能力强，在欧洲与BOGE 一样享有盛誉。 Kaeser在中国国内的上海设立了分公司，在深圳有一个代理商，目前尚未在全国建立起销售网络。 Kaeser不生产无油式，虽然其销售比B

9、OGE 大，但其品质比BOGE 差。创新意识不强，整体在走下坡路。 Kaeser的优势是在欧洲非常著名，其价格有竞争力。 Kaeser的劣势是网络不健全，创新意识不够。,.,7）、其他国外品,a、昆西 （美国）； b、 BOGE 博格 （德国）； c、ZSCREW三井 (日本）； d、KOBELCO神钢（日本）；e、HITACHI 日立（日本）,.,8）、国产空压机品牌,国内空压机工厂很多，目前在全国有影响的有：柳州、南京、无锡和沈阳的几家。其中当以柳州、无锡在国产螺杆机市场的占有率最高。 主要国产空压机品牌有： a、博莱特 （上海）； b、富达 （柳州）； c、优耐特斯 （上海）； d、维肯

10、 （上海）； e、斯可络 （上海）； f、浪潮 （上海）； g、日盛-施耐德（上海）； h、东方 （上海）； 国产机的优势：价格低，销售网络健全。 国产机的劣势：品质差、能耗高。,.,电 机,主 机,主动齿轮,被动齿轮,阴转子,阳转子,2 基本结构,.,主机,主机和电机系统,.,主机吸入端,主机和电机系统,主机吸入端,.,主机排气端,主机和电机系统,主机排气端,.,25,HITACHI Screw Compressor,R-22, R-134a, and R-407C refrigerants,日立螺杆式压缩机,.,26,3 主要零部件,1） 机壳,一般为剖分式，它由机体（气缸体）、吸气端座、

11、排气端座及两端端盖组成，材料通常采用灰铸铁。,.,27,2） 转子,转子是螺杆式制冷压缩机的主要部件，常采用整体式结构，将螺杆与轴做成一体。,转子的毛坯常为锻件，一般多采用中碳钢 ，有特殊要求时也有用40Cr等合金材料。,.,28,3） 轴承与油压平衡活塞,螺杆式制冷压缩机属高速重载。为了保证阴、阳转子的精确定位及平衡轴向力和径向力，必须选用高精度、高速、重载的轴承和相应的平衡机构，确保转子可靠运行。,高压供油产生与轴向力相反的压力，使轴向力得以平衡。,.,29,4） 轴封,轴封处应供以高于压缩机内部压力的润滑油，以保证在密封面上形成稳定的油膜。,.,30,5）输气量调节滑阀与喷油结构,滑阀,

12、调节原理,通过改变转子的有效工作长度，来达到输气量调节的目的。,喷油： 吸收气体压缩过程中产生的热量，降低排气温度，还可以起密封和润滑作用。,.,31,4 基本参数,1）转子的齿形,齿形的基本要求： 较好的气密性 接触线长度尽量短 较大的面积利用系数,气体沿转子外圆与机体内壁间的A方向泄漏 气体沿转子端面与端盖间的B方向泄漏 气体沿转子接触线的C方向泄漏,.,32,泄漏三角形,形成： 高压基元容积内气体向较低压力基元容积泄漏，其泄漏面形状接近空间曲边三角形，称为泄漏三角形，又称轴向泄漏。,转子的齿形应具有较小的泄漏三角形，理论上越小越好。,.,33,2）几种典型齿形,瑞典Atlas copco

13、公司,德国Kaeser压缩机公司,.,34,德国GHH公司,.,35,3）圆周速度和转速,喷油螺杆式压缩机最佳圆周速度选择在2535m/s左右,喷油螺杆式压缩机若采用不对称齿形时，主动转子转速范围为7304400r/min，小直径的转子可以选用较高的转速 。,4）公称直径、长径比,确定螺杆直径系列化的原则是：在最佳圆周速度的范围内，以尽可能少的螺杆直径规格来满足尽可能广泛的输气量范围。,一般值在11.5之间，我国产品有两种长径比，即=1.0和=1.5,.,36,4.2 输气量的计算,理论输气量,（3-1）,（3-5）,实际输气量,（3-6）,输气系数,.,37,4.3影响输气系数的主要因素,1

14、）泄漏 2）吸气压力损失 3）预热损失,上述三种损失的大小，与压缩机的尺寸、结构、转速、制冷工质的种类、气缸喷油量和油温，机体加工制造的精度、磨损程度及运行工况等因素有关。,.,38,4,4 输气量调节,1）滑阀调节,滑阀的位置离固定端越远，回流孔长度越大，输气量就越小，当滑阀的背部接近排气孔口时，转子的有效长度接近于零，便能起到卸载启动的目的。,.,39,输气量和滑阀位置的关系曲线,调节过程中，功率与输气量在50%以上负荷运行时几乎是成正比例关系，但在50%以下时，性能系数则相应会大幅度下降，显得经济性较差。,螺杆式制冷压缩机的输气量调节范围一般为10%100%内的无级调节。,.,40,滑阀

15、调节机构的组成,滑阀轴向移动的动作是根据吸气压力和温度，通过液压传动机构来完成 。,.,41,2）塞柱阀调节,当需要减少输气量时，将塞柱阀1打开，基元容积内一部分制冷剂气体就回流到吸气口。当需要输气量继续减少时，则再将塞柱阀2打开。,适用于小型、紧凑型螺杆压缩机,.,42,4.5 内容积比调节,调节原因： 为了减少额外功耗，需进行内容积比调节，使压缩终了的压力等于 排气腔内的压力以适应螺杆式制冷压缩机在不同工况下的高效运行。,德国寇尔托马塔（Kiihlautomat）公司,几种内容积比调节机构,.,43,日立制作所MYCOM中V系列机器,瑞典Stals-mini-S20型,.,44,5.1 开

16、启螺杆式压缩机的结构,.,45,开启式单机双级螺杆压缩机,.,46,开启式压缩机的优点,（1）压缩机与电动机相分离，使压缩机的适用范围更广。 （2）同一台压缩机，可以适应不同制冷剂，除了采用卤代烃制冷剂外，通过更改部分零件的材质，还可采用氨作制冷剂。 （3）可根据不同的制冷剂和使用工况条件，配用不同容量的电动机。,发展趋势和研究成果,（1）普遍采用内容积比调节机构； （2）采用单机双级压缩； （3）开启螺杆式压缩机的小型化。,.,47,5.2 半封闭螺杆式压缩机,特点： （1）压缩机的阴阳转子都采用6:5或7:5齿数 （2）油分离器与主机做成一体 （3）内置电动机靠制冷剂气体冷却 （4）压差供

17、油 （5）无油冷却系统,.,48,喷射液体制冷剂以降低排气温度,1排气温度传感器 2温控喷液阀 3视镜 4电磁阀 5喷油入口,采用原因： 当风冷及热泵机组使用工况较恶劣，在高的冷凝压力和低的蒸发压力时，排气和润滑油温度或内置电动机温度会过高，造成保护装置动作，压缩机停机，为了保证压缩机能在工作界限范围内运行，可采用喷射液体制冷剂进行冷却降温。,.,49,采用移动滑阀旁通吸入气体的方法进行输气量无级或有级调节。,带输气量调节的压缩机,.,50,5.3 全封闭螺杆式压缩机,输气量调节由微机控制滑阀移动来实现,输气量调节不设滑阀，采用电动机变频调节,.,51,6.1 螺杆式压缩机机组,1） 开启螺杆

18、式制冷压缩机组的系统图,.,52,6.1 螺杆式压缩机机组,空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离罐，此时压缩排出的含油气体通过碰撞、拦截、重力作用，绝大部份的油介质被分离下来，然后进入油气精分离器进行二次分离，得到含油量很少的压缩空气，当空气被压缩到规定的压力值时，最小压力阀开启，排出压缩空气到冷却器进行冷却，最后送入使用系统。,.,53,2）几种油分离器,a)卧式油分离器 b)立式油分离器 c)二次油分离器,.,54,3）多级油分离器与油冷却器,4） 油过滤器 液压泵和油压调节阀

19、油加热器、油压保护 开关和油温保护,.,55,6.2 螺杆压缩机辅助系统,.,56,6.2 螺杆压缩机辅助系统,.,57,6.2 螺杆压缩机辅助系统,.,58,6.2 螺杆压缩机辅助系统,.,59,6.3 带经济器的螺杆压缩机系统,当单级螺杆式制冷压缩机按双级制冷循环工作，为达到节能的效果，应增设中间容器5，称为经济器 。,a)一级节流制冷系统 b)二级节流制冷系统,.,60,6.4 喷液螺杆压缩机系统,压缩过程中用喷射制冷剂液体代替喷油，省去油冷却器，缩小油分离器，并且喷液冷却，能使排气温度下降，防止封闭式压缩机电动机因排气温度过高引起保护装置动作而停机。,喷液不能完全代替喷油，因为油有一定

20、粘度，密封效果好，所以，目前常用的是将制冷剂液体和油混合后喷射进去。,1压缩机；2油分离器；3冷凝器；4储液器； 5调节阀；6节流阀；7蒸发器,.,61,7 单螺杆式压缩机,.,62,工作原理,a)吸气过程 b)压缩过程 c)排气过程,具有内压缩过程，而且一个基元容积在旋转一周内， 完成了两次吸气、压缩和排气循环过程,.,63,单螺杆式压缩机动画模拟,.,64,1）齿槽数与星轮齿片数之比合理 2）径向力能得到很好的平衡 3）排气孔口呈径向，轴向力可得 到平衡 4）可以使用高性能 新型材料 5）容积效率高， 压力脉动小 6）机组结构大大简化 7）可以设置经济器， 提高性能系数,7.2 单螺杆压缩

21、机及机组的结构特点,省去了液压泵和油冷却器，装置结构更为紧凑简单。,.,8 常见故障分析,.,8 常见故障分析,.,8 常见故障分析,.,8 常见故障分析,.,8 常见故障分析,.,8 常见故障分析,.,8 常见故障分析,.,8 常见故障分析,.,8 常见故障分析,8.1停机时螺杆空压机进气口向外喷油。 空压机突然停机而未及时打开排气阀排放废气时，进气口向外喷冷却油，此时应首先检查进气阀是否有故障，不能正常关闭，第二检查断油电磁阀有无故障，如果它正常，则应进一步检查主排气管上止逆阀能否及时关闭或关闭是否完全，如有故障应排除。,.,8 常见故障分析,8.2运行中螺杆空压机自动停机。 在运行中自动

22、跳闸停机的主要有两个原因：一是供电电网因素。一般螺杆压缩机自身带有欠压保护器、错断相保护器、高压保护器等安全保护装置。当电网电压低于额定电压（380V）大约90%时，或电源相序不正确及三相电源缺相时，都会自动跳闸停机。二是排气温度过高。有可能是润滑油缺少了，冷却器堵塞了，或者温控阀故障不能正常动作等等。,.,8 常见故障分析,8.3排气压力过低。 首先检查进气阀是否全部打开，电流是否在正常范围内。然后检查外部是否有用气量增加，或者是否有泄漏存在。,.,8 常见故障分析,8.4温度过高（这个是螺杆空压机最常见的故障）。 螺杆空压机设定最高排气温度为120摄氏度。达到110度是温度警示灯开始闪烁报

23、警，超过120度时便会自动停机。温度过高停机通常有以下几种原因： 1环境通风散热状况不良。螺杆空压机周围环境影响散热主要有三种情况：一是离墙类障碍物过近；二是螺杆空压机附近有其他热源，三是运行时螺杆空压机前门及边门敞开，风扇无法形成强气流。,.,8 常见故障分析,8.4温度过高（这个是螺杆空压机最常见的故障）。 2螺杆空压机风扇叶断裂或松弛。当风叶断裂时空压机运转5min左右就会因温度过高而自动停机，而且极其会发出不正常的声音，风叶破了冷却风量减小从而影响散热，此时，应更换或调整风扇叶。 3螺杆空压机滤油器太脏。当其太脏时因阻力油无法按正常流量进入压缩机，压缩机会因冷却润油不足而迅速升温。当进

24、出油压差超过0.18MPa时就需更换滤芯。,.,8 常见故障分析,8.4温度过高（这个是螺杆空压机最常见的故障）。 4冷却油油面过低。当冷机检查时，油面低于检视管下端时应立即进行补充。运行过程中低于油标中间位置应该进行补充。 5冷却油号数低或油质差。螺杆空压机采用生产厂商的专用压缩机油，用其他低标号或劣质油时会回黏度及比热达不到标准，造成温度过高。,.,8 常见故障分析,8.4温度过高（这个是螺杆空压机最常见的故障）。 6散热器堵塞。当螺杆空压机周围环境灰尘较多时，长期运行就造成散热器外表黏附一层粉尘或油泥，其内部铜管也容易因油垢积累而堵塞，从而影响散热效果。风冷却器，外部用吹尘枪清扫，如果吹

25、不干净，那么拆下后用高压水枪清理，内部用专用药水清洗。如果是水冷却器，那么就要用一台水泵，循环药水来清洗。,.,8 常见故障分析,8.4温度过高（这个是螺杆空压机最常见的故障）。 7螺杆空压机断油阀失灵（大机型上才会有）。在滤油器与压缩机之间有一个断油阀，当断油阀无法开启时，因无油润滑及冷却，螺杆空压机启动后温度迅速上升，大约几秒钟就会自动停机。拆下空压机主机排气端的温度传感器，会发现温度传感器上干燥无油，亦会有青烟从孔中飘出。打开螺杆空压机底部检修孔，拆下断油阀，用手指轻轻拨动阀杆，看能否前后推动和能否轻松复位。如拨动或回位困难，则需进一步将断油阀解体。如果阀杆或阀孔有油垢，则需用细砂纸打磨

26、直至能轻松滑动；如果弹簧拆断或有异物卡信也会影响阀杆运动，此时需更换弹簧或清洗弹簧及弹簧座。,.,8 常见故障分析,8.4温度过高（这个是螺杆空压机最常见的故障）。 8温控器旁通阀处于开启位置。温控器旁通阀在冷机时处于开启位置，温度升高后逐渐关闭。当它失灵后就可能一直处于开启位置，冷却油就从此处而不通过散热器直接流回螺杆空压机机头，所以温度会慢慢升高而停机。其检修方法与断油阀的相似。 9油气分离器滤芯太脏。当它太脏时，油因阻力过大而影响循环，造成过热停机。这种情况从加载前后的压差进行判断，当两端压差为开空压机之初时的3倍或最大压差达到0.1MPa时，就应进行清理或更换。,.,8 常见故障分析,

27、8.5抱轴。 1. 缺油：压缩机内油膜薄或没有油膜，润滑作用消失，机械部件之间发生摩擦，磨损严重，磨下的碎屑就成为研磨砂，造成更加严重的磨损，如此恶性循环导致最终的抱轴。 2.制冷系统脏：赃物本身造成压缩机部件之间的磨损，一个颗粒就相当于一把尖刀，使划下的颗粒越来越多，导致抱轴。 3.油过滤器堵塞：造成回油问题，致使润滑不好，加快磨损，导致抱轴。 4.轴承磨损：轴承的磨损，对螺杆的支撑偏离原来的中心，轴线偏斜，使螺杆与轴承座之间的间隙单侧变小，破坏了油膜的润滑作用；另外轴承的磨损是螺杆在轴向和径向的定位效果变差，螺杆发生攒动，对压缩机的压缩腔及高压端面造成磨损，也会导致抱轴或扫堂。 5.机油老

28、化：机油起不到润滑及带走热量的作用，而温度对油的性能的影响作用又很大这就使油的性能退化，导致摩擦加剧，最终导致抱轴。 6.系统缺氧：缺氟以后，热量存积在压缩机中，温度升高，使油的粘度降低，起不到很好的润滑作用，导致磨损。 7.冷凝温度过高：影响润滑油粘度，导致磨损。 8.热负载过大：影响润滑油粘度，导致磨损。,.,9 维护与保养,日常保养事项 1、检查空滤芯和冷却剂液位； 2、检查软管和所有管接头是否有泄漏情况； 3、检查记录，如果易耗件已经到了更换周期必须停机予以更换； 4、检查记录，当主机排气温度达到或接近98C，必须清洗油冷却器； 5、检查记录，若发现分离器压差达到0.6BAR以上(极限

29、1BAR)或压 差开始有下降趋势时应停机更换分离芯； 6、检查冷凝水排放情况，若发现排水量太小或没有冷凝水排放，必须停机清洗水分离器。,.,9 维护与保养,每月保养事项 1、检查油冷却器表面，必要时予以清洗； 2、清洗后冷却器； 3、清洗水分离器； 4、检查所有电线连接情况并予以紧固； 5、检查交流接触器触头； 6、清洁电机吸风口表面和壳体表面的灰尘； 7、清洗回油过滤器。,.,9 维护与保养,每季度保养事项 1、主电机加注润滑脂； 2、清洁主电机和风扇电机； 3、更换冷却剂； 4、更换油过滤芯； 5、清洁油冷却器。,.,9 维护与保养,9.1空气滤芯的保养（约1500-2000小时更换） 空

30、气滤清器是滤除空气尘埃污物的部件，过滤后的干净空气进入螺杆转子压缩腔压缩。因螺杆机内部间隙只允许15u以内的颗粒滤出。如果空滤芯堵塞破损，大量大于15u的颗粒物进入螺杆机内循环，不仅大大缩短机油滤芯、油气分离芯的使用寿命，还会导致大量颗粒物直接进入轴承腔，加速轴承磨损使转子间隙增大，压缩效率降低，甚至转子枯燥咬死。,.,9 维护与保养,9.2机油过滤器的更换（约1500-2000小时更换） 新机第一次运行500小时后应更换机油芯，用专用扳手反旋油滤芯取下，新滤芯装上前最好加螺杆机油，滤芯密封用双手拧回油滤座，用力拧紧。 建议每1500-2000小时更换新滤芯，换机油时最好同时更换油滤芯，在环境

31、恶劣时使用应缩短更换周期。 严禁超期限使用机油滤芯，否则由于滤芯堵塞严重，压差超过旁通阀承受界限，旁通阀自动打开，大量脏物、颗粒会直接随机油进入螺杆主机内，造成严重后果。,.,9 维护与保养,9.3油气分离器的维护更换（约3500-4000小时更换） 油气分离器是将螺杆润滑油与压缩空气分离的部件，正常运行下，油气分离器的使用寿命在小时3500-4000左右，但润滑油的品质及空气的过滤精度对其寿命有巨大的影响。可见在恶劣使用环境下必须缩短空滤芯的保养更换周期，甚至考虑加装前置空气滤清器。 油气分离器在到期或者前后压力差超过0.12Mpa后必须更换。否则会造成电机过载，油气分离器破损跑油。,.,9 维护与保养,9.4机油的保养及更