1、第六章 螺杆式制冷压缩机,第一节 基本结构和工原理,冰轮股份有限公司,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 借助于包围这对转子四周 的机壳内壁的空间完成的。当转子转动时，转子的齿、齿槽与机壳内壁所构成的呈“V”字形的一对齿间容积(基元容积）其大小会发生周期性的变化，同时它还会沿着转子的轴向由吸气口侧向排气口侧移动，将制冷剂气体吸入并压缩至一定的压力后排出。,一对转子可以组成多个基元容积对，每一对基元容积内的压力各不相同，各自完成自己的吸气、压缩和排气三个过程，如此循环不息。螺杆机的工作循环可分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转子旋转，每对相互啮合的齿相继完
2、成相同的工作循环；为简单起见，只须研究其中的一对齿即可。,吸气过程,压缩过程,排气过程,吸气开始,吸气腔关闭,Vs,压缩,压缩继续,排气开始,排气结束,螺杆机气体的压缩依靠容积的变化来实现，而容积的变化又是借助于压缩机的一对转子在机壳内作回转运动来达到。与活塞压缩机的区别是，它的工作容积在周期性扩大和缩小的同时，空间位置也在变更。只要在机壳上合理的布置吸排气孔口，就能实现压缩机的基本工作过程。,1.动力平衡性好。螺杆机无不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，特别适合用作移动式压缩机。,螺杆机的特点 优点,2.可靠性高。螺杆机零部件少，无气阀和其它密封件，没有易损件，因而它运转可
3、靠，寿命长，易于实现远距离控制。,3.调节性能好。螺杆机可在多方面顺应工况的要求。调节措施有：变转速调节，吸气节流调节，旁通调节和间歇运行等。,4.抗液击性能好。螺杆机的转子齿面间实际留有间隙，可压送气液两相混合物。,3.噪声大。,1.造价高。螺杆机的转子齿面是空间曲面，需利用特制刀具，在价格昂贵的专用设备上加工。另外，对螺杆机气缸的加工精度也有较高要求；,缺点,2.不能用于高压场合，排气压力一般不超过4.5MPa；,第二节 螺杆转子齿形及结构参数,型面：螺杆机阴阳转子的齿面被称为型面，型面是空间曲面；接触线：阴阳转子相互接触而形成的空间曲线。,基本概念,型线：垂直于转子轴线的端部平面与型面相
4、交而得到的平面曲线，型线组成转子外廓的齿形。,转子型面的空间接触，表现在端平面上就是型线接触，两型线的接触点被称为啮合点。,一、啮合原理,一个好齿形，除须满足啮合原理外，还需满足以下几条基本原则： 具有充分大的齿间容积；基元容积的气密性好，各种效率高；转子具有稳定的传动特性，热变形性能好以及足够的强度、刚度和良好的加工工艺性能。,二、齿形选择,1、面积利用系数Cn,式中 z1阳转子齿数；,a01、a02阴、阳转子齿间面积；,D0转子的公称直径。,2、气密性,螺杆机转子接触线的顶点，通常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，会形成一个空间曲边三角形 。,3、转子型线设
5、计为便于区别起见，可将螺杆机中的型线分为对称型线和不对称型线，以及单边型线和双边型线。,单边对称型线,双边不对称型线,第一代对称圆弧型线,原始对称圆弧型线组成齿曲线,第二代不对称圆弧型线,第三代新的不对称型线 第三代型线与第二代的区别是：第三代采用圆弧、椭圆和抛物线等曲线，能明显提高密封效果，有利于形成润滑油膜和减少齿面磨损。,1.转子型线应满足啮合要求。螺杆机的阴阳转子型线必须是满足啮合定律的共轭型线，即不论在任何位置，经过型线接触点的公法线必须通过节点。,2.转子型线应形成长度较短的连续接触线。,转子型线设计,3.转子型线应形成较小的泄漏三角形。,4.转子型线应使齿间面积尽量大。,三、典型
6、齿形,1.X齿形,瑞典Atlas公司提出，在圆弧摆线所组成的非对称单边型线的基础上形成，齿数比4：6。,2.Sigma齿形,德国Kaeser公司创造，齿形采用5：6的齿数比。,3.CF齿形,德国GHH公司提出的CF齿形，齿数比5：6。,四、结构参数,1、齿高系数,齿高数系数越大，则阴转子的齿部越薄，齿的刚度下降,、扭转角与扭角系数C,（1）扭转角 表示转子上的一个齿在转子两端端平面上 投影的夹角,扭转角,扭转角接触线泄漏量型面轴向力扭转角 吸排气孔口可以做 大，以减小气流损失,（2）扭角系数当转子的扭转角大到某数值时，啮合两转子的某基元容积对，在吸气端与吸气孔口隔断时，其齿在排气端并末完全脱离
7、，致使转子的齿间容积不能完全充气。考虑这一因素对压缩机输气量的影响，用 扭角系数C表征。设阳转子齿槽实际充气容积为 理论充气容积 则,3、长径比和圆周速度,（1）长径比,输气量不变时：D0不平衡轴向力；D0转子强度和刚度吸排气孔口气流流动损失 容积效率,（2）圆周速度,第四节 输气量与内容积比 调节机构,螺杆式压缩机最常用的输气量调节方法是在两转子的高压侧设置一个轴向可移动的滑阀，通过滑阀轴向位置的移动可以改变螺杆转子的有效工作长度，从而达到输气量调节的目的。,一、输气量调节机构 1、滑阀调节,滑阀调节可使螺杆机的制冷量在15%100%内无级调节，但压缩机运行特性表明，当制冷量在50%以上时，
8、压缩机功耗与制冷量成正比变化；而当小于50%时，因摩擦功耗几乎不变，使得单位功耗的制冷量偏小。因此，从经济性考虑，螺杆机宜在50%以上的负荷情况下运行。,2.柱塞阀调节,二、内容积比调节机构螺杆机工作时，若内外压力比不相等，会出现过压缩与欠压缩，使经济性降低。可通过增大或减小径向排气孔口的尺寸，从而改变内压力比。,在螺杆机的实际使用中,有时要求同时调节容积流量和内容积比。此时，在转子下部的孔中，移动的不是一个滑阀，而是两个，即容量调节滑阀中的固定块也变为移动式。,第六节 开启式和封闭式螺杆压缩机,一、开启式螺杆压缩机,1、开启式螺杆机的缺点, 需用轴封封住制冷剂和油的泄 漏通道； 电动机冷却风
9、扇气流噪音大； 需要配置单独的油分离器、油 冷却器等复杂的油系统部件。,2、开启式螺机发展趋势和研究成果, 普遍采用内容积比调节机构, 采用单机两级压缩,开启式螺机的小型化 齿形改进 优化供油量和油质,采用滚动轴承和无油泵系统 采用水冷式电动机 采用经济器系统（节能效果显著，制冷量增加1434%，而功率仅增加813%）。,二、半封闭式螺杆机,绝大多数的封闭式螺杆制冷压缩机为半封闭式，仅有少数厂家生产全封闭式，但两者的内部结构几乎完全相同。 在封闭式螺杆制冷压缩机的设计中，都采用第三代转子型线，阴阳转子的齿数比多用6、5齿，7、5齿，6、4齿，也有少数采用8、6齿和5、4齿； 在轴承方面，均采用
10、滚动轴承； 在调节方面，采用滑阀调节或柱塞调节。,三、全封闭式螺杆压缩机,第七节 螺杆机装置系统,一、螺杆机组,二、油系统部件 1、油分离器 工作原理 利用油滴与制冷剂蒸气密度的不同，使混合气体流经直径较大的油分离器时，利用突然扩大通道面积使流速降低，同时改变流动方向及其他分油措施来实现分油。,2、油冷却器,喷入螺杆机的油温推荐值：氨机：2555，氟机：2545。,压缩机排出的高温高压氨蒸气经冷凝器冷凝后变成液体，首先进入虹吸罐，在虹吸罐的液面达到溢流口时，液体经溢流口进入储液器而向蒸发器供液。在油冷却器中吸收润滑油的热量后蒸发变成气体，经回气口回到虹吸罐，气体所携带的液体在虹吸罐中得到分离。
11、,3、止逆阀 吸气止逆阀的作用是防止停机后,由于气体倒流造成制冷剂在吸入管路内凝结。 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。,经济器制冷循环系统又称为中间补气循环系统。在压缩机吸气结束后的某一位置，在机体上增开一个补气口，吸入来自经济器的制冷工质蒸汽，使进入蒸发器的制冷工质液体具有更低的温度，从而显著增大机组的制冷量。 经济器制冷循环系统有闪发式和换热器式两种。,二、带经济器的螺杆式制冷压缩机系统,闪发式制冷循环系统,换热器式制冷循环系统,三、喷液螺杆式压缩机系统,与常规的制冷循环系统相比，喷液冷却系统会有一定程度的下降。一方面，总会有部分的制冷剂液体和润滑油混合后
12、，泄漏到压缩机的吸气侧，从而减少了机器的正常吸气量，导致容积效率降低；另一方面，所产生的蒸汽将随正常吸入的气体一起被压缩至排气压力，还会导致功耗的增加。,四、多台主机并联运转系统,.,第八节 螺杆机的噪声和振动,一、噪声,1、螺杆机噪声的形成,主要有吸气、压缩和排气过程中的空气动力噪声，即吸排气流动噪声，气体泄漏噪声，当压缩终了压力不等于排气管内压力时产生气体回流和膨胀的喷射噪声，此外，还有机械噪声和节流阀及辅助设备噪声。,（2）管道振动噪声,（1）周期性吸排气噪声,（3）涡流噪声,Sr为Strouhal数，一般取0.150.20,（4）排气过程中回流和膨胀产生的喷射噪声,例 对无内容积比调节的机器，当负荷由滑阀进行100%，70%，50%调节时，测得噪声的声压级分别是87.2dB(A)，87.4 2dB(A) ，89.1 2dB(A)。,2、降低噪声的途径,目前国产螺杆机的噪音范围为76()112()。,二、振动,
