第六章 螺杆式制冷压缩机.ppt

1、第六章 螺杆式制冷压缩机,第一节 基本结构和工作原理 第二节 螺杆转子齿形及结构参数 第三节 热力性能 第四节 吸排气孔口和输气量调节机构 第五节 转子受力分析 第六节 开启式和封闭式螺杆压缩机 第七节 螺杆式压缩机装置系统 第八节 单螺杆式压缩机 第九节 螺杆式压缩机的振动和噪声 第十节 安全保护装置,第六章 螺杆式制冷压缩机,思考题： 1.螺杆式压缩机调节制冷量的方法？ 2、螺杆式压缩机装置系统的特点？ 3、对容积型回转式压缩机的特点进行总结？（结构组成、基元容积、工作过程特点、输气量调节方法、内容积比调节、容积效率的大小）（转子、涡旋、螺杆）,第一节 基本结构和工作原理,螺杆式压缩机组及

2、循环系统,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。图是典型开启螺杆式压缩机的一对转子、气缸和两端端座的外形图。,基本构造,基本构造,工作原理,工作原理 螺杆式压缩机的工作是依靠啮合运动着的一个阳转子与一个阴转子，并借助于包围这一对转子四周的机壳内壁的空间完成的。,吸入 压缩 排出,工作原理,工作原理,9,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。,工作过程 螺杆式压缩机的工作过程示意图。其中，a、b为一对转子的

3、俯视图，c、d、e、f为一对转子由下而上的仰视图。,工作过程,第二节 螺杆转子齿形及结构参数,齿形设计原理 齿形选择 典型齿形 结构参数,一、齿形设计原理,啮合原理,一、齿形设计原理,型线的一般方程式,一、齿形设计原理,阴转子的共轭型线：,啮合线方程：,已知型线方程：,二、齿形选择,选择原则：具有充分大的转子齿间容积，基元容积气密性好，各种效率高，传动稳定，热变形性能好，足够的强度、刚度合良好的加工工艺性能。,1、面积利用系数,二、齿形选择,泄漏途径 如图所示,接触线方向的泄漏 如图所示,2、气密性,泄漏三角形,二、齿形选择,接触线：454324，上部是高压力区，下部是吸入压力区，4与机体交点

4、H不重合，形成泄漏三角形，但接触线短，横向气密性好。,接触线：154321，上部是高压力区1与机体交点H重合，避免形成泄漏三角形，轴向气密性好，但接触线较长。,三、典型齿形,X齿形 齿数比：4：6 齿高半径R增大，中心距B缩短； 阴转子齿形圆滑。 R增大，B缩短，减薄阴转子齿厚，增大了面积利用系数。 阴转子齿形圆滑，减少齿形对气流的扰动阻力，降低动力损失和噪声，效率较高。,瑞典Atlas 公司,三、典型齿形,Sigma齿形 齿数比：5：6，阴阳转子圆周速度接近，有利用提高效率； 齿形线离开节圆有一定距离，造成接触线处始终有速度差，有助于提高气密性； BD0，一般的B0.8D0，由于型线离开节圆

5、一定距离，为了保证面积利用系数，转子要有一定齿槽深度，为了不减弱转子的强度，加大中心距。,德国Kaeser压缩机公司,三、典型齿形,CF齿形：具有X和Sigma齿形的特点，齿形结构更为合理，有资料介绍，CF齿形齿高接近X齿形，面积利用系数大于X齿形，能耗降低10左右。,日本神户的齿形,瑞典斯达尔（Stals）齿形,CF齿形 德国GHH公司,四、结构参数,齿高系数与齿数：,扭转角 与扭角系数C,长径比和圆周速度 长径比L/D0 11.5 最佳速度：2535m/s,第三节 热力性能,一、输气量,理论输气量,实际输气量和容积效率,二、内压缩过程,1.内容积比、内压力比,第四节 吸排气孔口和输气量调节

6、机构,一、吸排气孔口设计,无吸排气阀 两个吸气孔口： 轴向-开设在吸气端盖上 径向-开设在机体上 两个排气孔口： 轴向-开设在排气端盖上 径向-开设在滑阀上,一、吸排气孔口设计,1、吸气孔口 1）为了获得尽可能高的容积效率，必须保证压缩机基元容积最大限度的充气； 2）严禁在轴向端面的啮合区开设吸气口，避免高低压区串通而产生严重泄漏； 3）吸气孔口的形状应确保气体流动阻力小和工艺性好。,一、吸排气孔口设计,轴向吸气孔口形状：由阴阳转子部分型线或若干曲线组成。 图6-20，阳转子齿槽基元容积开始受阴转子填塞，端面吸气孔口应与该基元容积隔开，基元容积停止吸气。 图6-21，阳转子有较大扭转角时，按阴

7、转子齿在吸排气端占据阳转子独立基元容积体积相等，端面吸气孔口与该基元容积隔开。,一、吸排气孔口设计,径向吸气孔口：分别沿阴阳转子螺旋线方向，将机体内壁切深。 L：转子轴向长度 l1:滑阀固定端长度,一、吸排气孔口设计,2、排气孔口 1）保证工艺所需要的内压力比，对于有内容积比调节的螺杆式压缩机，轴向排气孔口应按设计工况中压力比最大工况开设； 2）严禁轴向孔口开设在啮合线范围内，以免高低压区沟通，保证气密性； 3）排气口要平滑，减少气体扰动,一、吸排气孔口设计,轴向排气孔口：开设在排气端座上，位置固定，分别由阴阳转子部分型线或若干曲线组成。按设计工况中的内容积比最大设计。图6-23 径向排气孔口

8、：开设在滑阀上，位置和大小可以改变，按设计工况中的内容积比最小设计，或分几档内压缩比设计。图6-25,二、输气量调节,螺杆式制冷压缩机输气量调节的方法主要有吸入节流调节、转停调节、变频调节、滑阀调节、柱塞阀调节等。目前使用较多的为滑阀调节和塞柱阀调节。 1. 滑阀调节 1)工作原理 即通过改变转子的有效工作长度，来达到输气量调节的目的。10%-100%,二、输气量调节,滑阀调节,2）调节机构的组成 输气量调节机构由三部分组成： 第一部分包括滑阀、滑阀顶杆、油活塞、液压缸、压缩弹簧及端座； 第二部分为输气量调节指示器； 第三部分为油路及输气量调节控制阀。 3)调节过程 滑阀轴向移动的动作是根据吸

9、气压力和温度，通过液压传动机构来完成的。 4）此调节同时具有卸载启动功能。,2. 塞柱阀调节 塞柱阀的启闭是通过电磁阀控制液压泵中油的进出来实现的。塞柱阀调节输气量只能实现有级调节。这种调节方法在小型、紧凑型螺杆压缩机中常常可以看到。图6-29是75%和50%两档调节。具有卸载启动功能。,3、内容积比调节 内容积比调节机构的目的：就是通过改变径向排气孔口的位置来改变内容积比，以适应不同的运行工况。 一般生产厂根据压缩机应用中的常用工况要求，提供不同内容积比的压缩机供选择，以适应不同的内容积比的要求。我国内容积比推荐值有2.6、3.6、5三种，以适应高温、中温及低温等不同蒸发温度的要求。 另外，

10、对于工况变化范围大的机组，有必要实现内容积比随工况变化进行无级自动调节。,三、内容积比调节,三、内容积比调节,内容积比调节-图6-30 1-输气量调节滑阀 3-内容积比调节滑阀 在进行内容积比调节时，设有径向排气孔口的滑阀1向左移动，则排气孔口缩小；此时3也必须向左移动，紧靠滑阀1。 滑阀1单独调节输气量和卸载启动时，滑阀3通过油孔5放油，脱离滑阀1，造成两滑阀间隔，制冷剂气体旁通。 图6-31,三、内容积比调节,第五节 转子受力分析,螺杆压缩机转子主要受气体力的作用，为研究方便，将作用在转子复杂型面上的气体力分成轴向分力、径向分力、切向分力。,一、轴向力,端面轴向力：由排气端指向吸气端,型面

11、轴向力：阴转子指向排气端，阳转子指向吸气端,二、切向力和扭矩,三、径向力,第六节 开启式和封闭式螺杆压缩机,一、开启式螺杆压缩机,开启式压缩机的优点,压缩机与电动机相分离，使压缩机的适用范围更广。 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。 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。,改进齿形 优化供油量和油质 采用滚动轴承和无油泵系统 采用水冷电动机 采用经济器系统,一、开启式螺杆压缩机,二、半封闭式螺杆

12、压缩机,二、半封闭式螺杆压缩机,二、半封闭式螺杆压缩机,二、半封闭式螺杆压缩机,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。,喷射液体制冷剂以降低排气温度,喷液冷却,三、全封闭式螺杆压缩机,润滑系统采用排气压差供油，省去液压泵； 排气温度较高时，用液体制冷剂和少量油组成的混合液喷入压缩腔； 输气量调节由微机控制滑阀移动来实现； 排气冷却电动机，不设专门油分器，机壳内充满高压制冷剂气体。,全封闭式螺杆压缩机,第七节 螺杆式压

13、缩机装置系统,一、螺杆式压缩机机组,1 油分离器,排气温度较低（80-100），分油效果较好 一级油分采用惯性、洗涤、离心、填料和过滤等方法； 二级油分利用特别充填物，不锈钢网、玻璃纤维、聚酯纤维和陶瓷等； 气流1-6m/s。,2 油冷却器,推荐油温：氨：25-55，氟利昂：25-45 ； 封闭式压缩机，系统采用喷液冷却，使用高温润滑油，可省去油冷却器。,3 止逆阀,设置吸排气止逆阀； 吸气止逆阀防止停机后，由于气体倒流在吸气管路内凝结。 排气止逆阀是防止停机后，高压气体由冷凝器倒流入机体内，使转子倒转，造成螺杆型面严重磨损。,二、带经济器的螺杆压缩机,增加制冷量和制热量，以及系统COP，尤其

14、在压差较大工况，效果更加明显，对于R22系统，冷凝温度40 ，蒸发温度35 ，制冷量增加35，功耗增加8，COP上升23。,日本神户两级经济器系统,补气口和补气量,压缩机补气过程所需补气量a1,经济器供给补气量a2,三、喷液螺杆式压缩机系统,喷液体制冷剂代替喷油省去油冷却器，降低排气温度； 油有一定黏度，喷液不能完全代替喷油，液和油的比例很重要； 喷液点位置很重要，过早喷入增加压缩功，过晚喷入需要液泵。,四、多台主机并联运转系统,在同一系统中采用多台螺杆式压缩机并联来代替单台机运行，在调节工况时，可以节省功率，特别是在较大输气量的系统中尤为有利。 近几年多台主机并联运转系统取得很大发展，其适用

15、冷量范围为2401500kW。 优点： 其一是可以用较少的机型来满足不同输气量的需要，便于制造厂生产，降低成本； 其二是使用时可以逐台启动主机，对电网冲击小，启动装置的要求低； 其三是运转效率可以提高，当其中某一台主机出现故障时，可以单独维修而系统仍可以维持运转。,第八节 单螺杆式压缩机,一、工作原理,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,工作原理,二、结构参数,转子齿槽数和星轮齿数 槽数越多齿间面积越小齿槽长度与齿间面积之比增大，提高了内容积比，但转子基元容积缩小。制冷压缩机内容积比：710，转子6槽；内容积比34，4槽；内容积比1016，8槽。

16、 星轮片数Z2与转子齿数Z1互为质数。 星轮齿形 平面直齿形 柱面齿形 平面直齿反包络齿形,结构参数,3、星轮直径D2与转子直径D1之比D,4、中心距B,5、星轮齿片齿宽b和转子齿尖宽c,6、啮合角,三、输气量、功率和效率,输气量,2、扭矩和功率,3、效率,提高汽缸体的圆度和同轴度加工精度，注意适当的冷却方法，保持各部分温度均匀，防止热变形过大，以及进一步改进齿形，提高转子与星轮齿片的啮合精度，有利于提高容积效率。,四、输气量调节和内容积比调节,输气量调节（转环块调节，滑阀调节）,内容积比调节,五、单螺杆压缩机及机组特点,转子与星轮齿数比：6：11，减少排气脉动，降低了噪声和振动； 星轮对称布置，转子受两个大小相等方向相反的轴向力，径向力平衡，消除了端面磨损和轴承磨损； 星轮齿片不受气体压力引起的传递动力作用，可以使用密封和润滑性能好的树脂材料； 转子旋转一周完成两次压缩，压缩速度快，泄漏时间短，有利于提高容积效率； 机组结构简化。 经济器系统,第九节 螺杆压缩机的振动和噪声,一、噪声,1