制冷压缩机第六章新第5章.docx
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制冷压缩机第六章新第5章
第六章螺杆式制冷压缩机
第一节基本结构和工作原理
一、结构
阴阳转子，倒8字形气缸，左右端盖，滑阀。
二、基元容积
凸齿槽的转子称阳转子，凹齿槽的转子称阴转子，
通常阳转子带动阴转子作啮合运动，
由阴阳转子的凹凸齿槽、啮合密封线与气缸和端盖内壁所围成的8字形基元容积。
三、工作原理
1.当基元容积由最小向最大变化时，它与径向和轴向吸气孔口相通，进行吸气过程，图6-3（a,b,c）;
2.当基元容积达到最大时，便与吸气孔口隔开，吸气结束；
3.基元容积由最大逐渐变小，开始气体的压缩过程，图6-3（d,e）；
4.当基元容积气体压力升到一定压力时便开始与排气孔口接通，进行排气过程，图6-3（f）；
5.直到基元容积变为零，排气结束。
随着转子的旋转，此过程重复地进行，其P-V图与图2-1雷同。
第二节螺杆转子齿形及结构参数
螺杆式压缩机最主要的工作部件是一对阴阳转子，转子的齿面称型面，它是空间曲面。
我们先来认识一下阴阳转子的型面构成：
一、齿形
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。
型线组成转子的外廓的齿形，常用的型线都是二次曲线，如摆线、圆弧、椭圆、抛物线等。
1.X齿形：
图6-11
圆弧摆线，非对称单边型线，齿数比4：
6，
认识齿间面积
2.SIGMA齿形：
图6-12
5：
6
3.CF齿形：
图6-13
5：
6，
4.β齿形：
图6-14
4：
6
5.STALS齿形：
图6-14
5：
7
二、齿形设计原理
1.啮合原理图6-4
转子型线E1和E2分别与阴阳转子固连，并且在M点相啮合，此时其点的线速度分别为：
过M点作E1与E2的公法线NN交O1O2于P点，由于两型线连续啮合，可导出线速度沿法线NN的分速度必相等，所以端点ab连线一定垂直于NN，再作直线O2K平行于O1M,由两个相似三角形的关系得出：
要使ω1/ω2为常数，必须使O2P/O1P不变，则P点为中心连线的定比分点，该点P称为节点，以O1、O2为圆心，过P点的两个圆为节圆，即两转子在节点P的线速度相等，其节圆作纯滚动。
啮合原理是设计型线的依据，符合啮合原理的型线成为共轭型线。
2.转子坐标系图6-5
三、转子的形成
这类似于齿轮的传动；
对于直齿轮，任何一个截面在端面的投影是重复的；
对于斜齿轮，任何一个截面在端面上的投影成一定的夹角；
对于阴阳转子，其齿形沿转子长度方向成螺旋状扭转变化。
认识齿间容积
转子的型面是空间曲面，当转子相互啮合时，其型面的接触线为空间曲线；
随着转子的旋转，接触线由一侧向另一侧推移，齿间容积也随着推移；
因此接触线是把齿间容积分成不同压力区的边界线。
四、结构参数
1.齿高系数与齿数
2.扭转角与扭角系数
3.长径比与圆周速度
五、齿形选择
1.面积利用系数
2.气密性
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
本节课的教学任务和目的：
Ø讨论四种螺杆压缩机系统
Ø认识螺杆压缩机系统的主要辅机
Ø掌握带经济器的螺杆压缩机系统的工作原理
Ø会分析补气量的确定方法
一、螺杆式制冷压缩机系统（图6-52）
气路系统：
由蒸发器经过滤器1、止逆阀2、压缩机3、止逆阀4、油分离器5、二次油分离器7排入冷凝器；
油路系统：
由一次油分5的底部储油器经粗过滤器8、液压油泵9、油冷却器11、精过滤器12、油分配器13分别将油送入轴封装置、滑阀喷油孔、前后主轴承、平衡活塞（四通换向阀）、液压缸14（输气量调节装置）；
电路系统：
E压差控制器，控制油精过滤器12两侧的压差，检测过滤器工作情况（是否堵塞）；
F：
压力控制器，控制供油压力，防止供油不足；
G：
压差控制器，控制系统高低压力，防止吸排气压差过大；
H：
温度控制器，控制排气温度，防止排气温度过高。
此装置系统主要的辅助设备：
1.油分离器
由于喷入大量的润滑油，制冷剂气体与油的混合物由压缩机排出，直接进入冷凝器和蒸发器，使其传热效率降低，从而降低制冷效果。
1）为提高分离效果，通常设两级油分离；
2）通常分立式和卧式两种；
3）一级油分离通常采用：
惯性、洗涤、离心、填料、过滤的方法；
4）二级油分离通常采用不锈钢丝网、玻璃纤维、聚酯纤维等过滤分离；
5）对于全封闭式，内置油分，图6-49；
6）半封闭式，排气段设置螺旋线通路的多孔油缸油分，如图6-45。
2.油冷却器
经过油分离器分离后的油，温度接近排气温度，所以设置油冷却器，降低油温：
1）使油具有合适的粘度，以便再次循环使用；
2）提高容积效率，图6-54；
油冷却器的结构;
Ø水冷却型
Ø制冷剂冷却型
油温推荐值：
氨25-55℃，氟利昂25-45℃;
3.止逆阀
1）吸气止逆阀：
防止停机后，由于气体倒流造成制冷剂再吸入管路内凝结；
2）排气止逆阀：
防止停机后，高压气体由冷凝器等倒流入机体内，使转子倒转，造成螺杆型面的严重磨损。
二、带经济器的螺杆式制冷压缩机系统
经济器是热交换器，设置在机组上的目的是增加制冷量，提高性能系数，特别是在压差大的工况时，效果显著。
1.干式热交换器经济器，一级节流，图6-56a，
1）正常循环：
冷凝器－节流阀－蒸发器－压缩机
2）带经济器的循环
冷凝器－辅节流阀－经济器－压缩机补气（过热）
－－－－经济器－主节流阀－蒸发器
3）由中间压力调节辅节流阀开启度
4）P-H图，
5）制冷量增加原因：
流入蒸发器液体工质的过冷度增加。
2.满液式热交换器经济器，一级节流，图6-56b
1）正常循环
冷凝器－节流阀－蒸发器－压缩机
2）带经济器的循环
冷凝器－辅节流阀－经济器－压缩机补气（饱和）
－－－－经济器－主节流阀－蒸发器
3）由液位控制器调节辅节流阀开度
4）P-H图
5）制冷量增加原因：
流入蒸发器液体工质的过冷度增加。
3.闪发式热交换器经济器，二级节流，图6-56c，
1）正常循环
冷凝器－节流阀－蒸发器－压缩机
2）带经济器的循环
冷凝器－一级节流阀－经济器－压缩机补气（饱和）
－二级节流阀－蒸发器
3）由液位控制器调节一级节流阀开度
4）P-H图
5）制冷量增加原因：
流入蒸发器液体工质的过冷度增加。
带经济器和不带经济器的螺杆压缩机性能比较：
图6-57，
Ø适应较宽的运行条件，单机压比大；
Ø蒸发温度越低，制冷量增加越多，轴功率增加相对较少，COP增加。
Ø与双级系统相比，系统简单，占地少。
4.中间补气
压缩过程：
1）一级内压缩：
制冷剂气体进入基元容积位V1的螺杆转子齿槽，被绝热压缩到基元容积位V2的中间补气点，气体压力和比体积上升到p2和v2，内容积比为VI1=V1/V2;
2）中间补气过程：
由经济器来的压力为pm的中间补气气体充填进去，与基元容积内2点的压力气体混合，齿槽压力上升到p2′；
3）两级内压缩：
压力升到p2′后，基元容积变为V′2的压缩齿槽与补气孔口脱离，气体继续被压缩到基元容积为V3的3点，其内容积比为VI2=V′2/V3。
补气量：
中间补气量的大小由两个过程决定，一是压缩补气过程所需的补气量，另一时经济器里气液热平衡所能供给的补气量，只有当二者相等时，制冷系统才能平衡。
Ø压缩机补气过程所需补气量：
补气过程中，基元容积内的压力p2升到p2′是由于补气压力p7′的气体充气混合及转子旋转增压的结果，由于旋转是瞬时的，所以认为充气前后齿槽基元容积V2＝V′2，那么压力升高主要是充气混合，并可假设为绝热混合过程，则过程中外界传入热量为零，功为零，无质量流出，应用变工质热力学第一定律，得：
忽略补气过程得压力损失，补气结束转子齿槽基元容积内气体压力近似等于补气气体压力，即
p2′＝p7′＝pm，温度T7′按中间压力饱和线上查得，并考虑补气压力损失系数ξp，
p2′－p2＝（pm－p2）ξp
结论：
补气压力pm增大，补气量变大。
Ø经济器供给得补气量：
由热平衡关系式
结论：
补气压力pm增大，补气量反而减少；
这样总可以达到一个平衡点。
具体做法：
Ø对于一个设定的一级内容积比，采用逐步逼近法，得到平衡点时的一个中间补气压力；
Ø再根据这个一级内容积比，利用内压缩过程中内压缩转角和内容积比的关系式，得到补气孔口的位置；
Ø但是补气孔口的开设，还要考虑常用工况时，内压缩终了压力P3和冷凝压力Pdk相等等因素。
Ø实际补气过程各种参数的变化关系复杂，实施可调节补气孔口的螺杆压缩机。
三、喷液螺杆式压缩机系统
1.螺杆式压缩机的特点之一是对湿行程不敏感，所以在螺杆的中部进行喷油，降温密封，提高机器性能。
但这也带来了问题，即我们前面所讲的，辅助设备增多，油分离器和油冷却器，机组庞大。
2.现以喷液＋喷油来代替喷油，如图6-60，从高压储液器来的液体制冷剂和从油分离器来的润滑油混合后喷入压缩机中部，液体制冷剂吸收压缩热并冷却润滑油，起降温密封的作用，降低排气温度，目的是割除油冷却器，缩小油分离器。
3.喷液大大改善了机器性能，喷液使得有极小部分制冷剂未参与制冷，对冷量降低很少，轴功率增加甚微。
4.喷液不能完全代替喷油，因为油有一定粘度，密封效果好。
5.喷液孔口的位置目前尚在研究中，如果喷液位置靠近吸气侧，液体过早进入基元容积内，会增机机器的压缩功；若靠近排气侧，压缩机的压力高，喷射压力也要高，要增加液泵，不尽合理。
四、多台主机并联运转系统
螺杆压缩机可以采用滑阀进行输气量调节，调节中气体的压缩功几乎是随着输气量的减少而成比例减少，但作为整台压缩机而言，运转中的机械损耗不变。
多台主机并联运转系统的优点
1.节约功率：
同一系统中，特别是大输气量系统中，采用多台压缩机并联运行，在调节工况时可以，如图6-62，
冷量75％，单台功率为满负荷86％；
四台机组停开一台，75％；
冷量25％，单台功率为满负荷67％；
停开三台，25％。
2.以较少机型满足不同输气量需求，便于生产，降低成本。
3.逐台启动，对电网冲击小，启动装置要求低。
4.运转效率提高，可单独维修，不影响系统运行。
缺点：
Ø机组的小型化发展，考虑效率、工艺、成本。
Ø考虑一次投资。
第八节单螺杆式压缩机
容积型回转式制冷压缩机；
也称蜗杆式压缩机，最初应用于空压机，后在中小型制冷空调及热泵装置上得到应用；
通常分开启式和半封闭式两种。
一、工作原理
1.结构：
一个转子，两个星轮;
1）转子和星轮的旋转中心线相互垂直，星轮平面与转子横截面相垂直；
2）两星轮对称分布于转子两侧；
3）转子一般是阴转子齿形，通常有4槽、6槽或8槽；转子的齿间凹槽即为气体的工作容积；
4）星轮的齿片嵌入转子的凹槽，相啮合；两星轮的齿片将转子的齿槽分为两部分工作容积，成为双工作腔；
2.基元容积：
螺杆转子的齿间凹槽，星轮的齿，气缸内壁组成。
3.工作原理：
将基元容积看作往复式压缩机的气缸容积，转动的星轮齿片作为活塞，随着转子和星轮不断移动，基元容积的大小发生周期性变化。
4.工作过程：
图6-64（a）（b）（c）
1）吸气开始:
转子齿槽吸气端进气口与吸气腔相通；
2）吸气结束：
螺杆转子继续旋转，星轮的齿片和转子齿槽啮合，隔开吸气腔；
3）压缩过程：
随着转子旋转，基元容积也作旋转运动，星轮齿片相对往排气端推移，基元容积逐渐缩小，气体被压缩而压力提高，直到与排气孔口连通。
4）排气过程：
转子旋转，基元容积继续缩小，气体排入排气管道。
5.工作过程特点：
一个基元容积旋转一周，完成两个吸气、压缩和排气过程。
二、结构参数
1.转子齿槽数：
取决于所要求的内容积比，槽数越多，其齿间面积越小，内容积比大，但转子基元容积小；
一般内容积比7-10，6槽；
3-4，4槽；
10-16，8槽。
2.星轮齿片数：
与转子齿槽数互为质数，使每个星轮齿片转过每个转子齿槽，啮合运动中磨损均匀。
一般为11.
3.星轮齿形：
转速高，相对滑动速度大，选择润滑性能良好的星轮齿形，减少星轮齿片的磨损，对提高机器的效率影响大。
4.星轮直径与转子直径：
之比为1。
5.中心距：
星轮中心与转子轴线之间的间距B与转子直径的关系为，B=λD1，λ＝0.8。
6.吸排气孔口：
径向，轴向；双侧；
三、输气量、功率和效率
1.输气量：
qvt=2VPz1n*60
VP：
星轮片刚封闭转子齿槽时的基元容积；
z1：
转子齿数
n：
转子转速
2.效率：
没有吸排气阀，没有余隙容积，容积效率主要取决于高压基元容积的气体向低压基元容积和吸入腔的泄漏，即外泄漏。
泄漏途径主要有：
1）转子与气缸体之间
2）转子与星轮齿片啮合部（接触线）
减少泄漏，提高容积效率的措施：
Ø汽缸体圆度和同轴度加工精度
Ø冷却，保持个部分温度均匀，防止热变形过大
Ø改变齿形
Ø提高转子与星轮的啮合精度
四、输气量和内容积比调节
1.输气量调节
1）转环块调节:
图6-71
（a）压缩机全负荷的位置
（b）部分负荷时调整转环A的位置，此时，基元容积内部分气体通过通道口B流向吸气腔，输气量减少。
2）滑阀调节：
图6-72
（a）输气量调节滑阀1在全负荷位置
（b）输气量调节滑阀1由吸气端向排气端移动，使基元容积吸入的气体旁通倒吸入腔，减少输气量。
2.内容积比调节：
单螺杆压缩机无吸排气阀，在压缩终了使的压力不太可能与排气管内的压力相等，所以要进行内容积比调节。
图6-72滑阀2是内容积比调节滑阀。
1）滑阀调节
（a）滑阀处于较右位置（向吸气端移动），使基元容积较早与排气口相通，内容积比变小；
（b）滑阀处于较左的位置，推迟了基元容积与排气口相通的时间，内容积比增大。
2）转环块调节：
图6-71
转环块A在作吸气旁通的同时，将转环块A作相应运动来挡住部分排气孔口的面积，使排气孔口面积相应减少，改变了压缩终了的基元容积，基本保持了与全负荷大小相同的内容积比，因此也达到了内压缩终了压力不随负荷而变的目的。
五、机组结构特点
1.没有吸排气阀，减少了压力损失。
2.齿数比：
6：
11，左右两个星轮，交替啮合，降低了噪声和气体通过管道系统传递的振动。
3.两侧对称配置星轮，转子两端收到大小相等方向相反的轴向力，省去了转子平衡活塞；径向力处于相互平衡，消除了轴承磨损。
4.星轮齿片与转子齿槽的啮合不受气体压力引起的传递动力的作用，齿片用密封性和润滑性好的树脂材料，使星轮齿片与转子齿槽啮合间隙接近零，减少了压缩过程中的内泄漏和外泄漏，提高容积效率。
5.两侧对称配置星轮，分别构成双工作腔，一周两次压缩，压缩速度快，泄漏时间短，有利于提高容积效率。
6.机组结构简化：
喷液代替喷油，用油过滤器，省去了油分、油冷。
7.经济器：
同双螺杆系统。
第九节螺杆式压缩机的噪声和振动（自习）
第一十节安全保护装置
一、安全保护对象
1.吸气压力过低
2.排气压力和温度过高
3.油温过高
4.油压异常
5.油过滤器压差过大
6.电动机温度过高
7.
二、喷液喷油保护
附加图
图6-63
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