《制冷压缩机》电子教案Word文件下载.docx

《制冷压缩机》电子教案Word文件下载.docx

《《制冷压缩机》电子教案Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《制冷压缩机》电子教案Word文件下载.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2.转子

转子是螺杆式制冷压缩机的主要部件。

如图3-4所示，常采用整体式结构，将螺杆与轴做成一体。

1—阴螺杆2—阳螺杆

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。

一般说，低负荷、小型机器中，多采用滚动轴承；

高负荷、大中型机器中，多采用滑动轴承。

为了平衡部分或全部轴向力，通常用一个平衡活塞来达到这一目的。

图3-5所示为一个油压平衡活塞的结构。

4.轴封

制冷系统的密封至关重要，因此在开启螺杆式制冷压缩机的转子外伸轴处，通常采用密封性能较好的接触式机械密封，它主要有图3-6所示的弹簧式和图3-7所示的波纹管式两种。

1、2—传动销3—传动套4—弹簧座5—弹簧6—动环辅助密封圈

7—动环8—卡环9—静环10—静环辅助密封圈11—防转销

5.输气量调节滑阀

输气量调节滑阀是螺杆式制冷压缩机中用来调节输气量的一种结构元件，虽然螺杆式制冷压缩机的输气量调节方法有多种，但采用滑阀的调节方法获得了普遍的应用。

如图3-8a所示。

1—锁紧螺母2—密封垫片3—螺钉4—传动套5—波纹管

6—动环7—静环辅助密封圈8—静环9—防转销

a）滑阀工作示意图b）滑阀结构示意图

1—阳转子2—阴转子3—滑阀4—油压活塞

6.喷油结构

螺杆式制冷压缩机大多采用喷油结构。

如图3-8b所示。

7.联轴器

开启螺杆式制冷压缩机通过联轴器与电动机相联。

二、基本参数

1.转子的齿形

型面：

主动转子和从动转子的齿面均为型面，是空间曲面。

a）对称圆弧齿形b）非对称圆弧齿形

齿形：

型面在垂直于转子轴线平面（端面）上的投影称为转子的齿形，是一条平面曲线。

啮合线：

阴、阳转子齿形在端平面上啮合运动的啮合点轨迹，叫做齿形的啮合线，如图3-9所示，齿形一般由圆弧、摆线、椭圆、抛物线、径向直线等组成。

型线：

组成转子齿形的曲线称为型线。

（1）齿形的基本要求

1）1） 

较好的气密性泄漏途径如图3-10所示。

接触线方向的泄漏如图3-11所示。

如图3-12所示，称为泄漏三角形。

2）接触线长度尽量短

3）较大的面积利用系数。

（2）典型齿形

在螺杆式压缩机中，对于齿形中心线两边型线相同的称对称型线（图3-9a），不同的称非对称型线（图3-9b），齿形型线都在节圆内或节圆外的称单边型线（图3-9），否则称为双边型线。

1）X齿形X齿形如图3-13所示，它是由瑞典Atlascopco公司在圆弧摆线所组成的单边不对称齿形的基础上进行改进而成。

2）Sigma齿形Sigma齿形如图3-14所示，它是由德国Kaeser压缩机公司在圆弧摆线所组成的单边不对称齿形的基础上研制成功的。

3）CF齿形CF齿形如图3-15所示，它是由德国GHH公司设计的。

应当看到，用以评价或比较不同齿形的许多因素是相互制约的。

如：

为了减小泄漏三角形，确保螺杆的轴向气密性采用点啮合摆线，就不可避免地使接触线长度增加；

为了保护摆线的发生点，采用小圆弧或直线作齿顶型线，则增大了泄漏三角形等等。

所以应根据不同的使用场合选用不同的齿形。

现在各种新的齿形层出不穷，如日本日立的齿形，日本神户的齿形（图3-16a），瑞典斯达尔（Stals）齿形（图3-16b），极大地提高了螺杆压缩机的性能。

a）齿形b）Stals齿形

2.转子的齿数和扭转角

转子的齿数和压缩机的输气量、效率及转子的刚度有很大关系。

通常转子齿数越少，在相同的转子长度和端面面积时，压缩机有较大的输气量。

转子的扭转角是指转子上的一个齿在转子两端端平面上投影的夹角，如图3-17所示，它表示转子上一个齿的扭曲程度。

3.圆周速度和转速

转子齿间圆周速度是影响压缩机尺寸、质量、效率及传动方式的一个重要因素。

圆周速度大：

在相同输气量的情况下，压缩机的质量及外形尺寸将减小；

2）2） 

并且气体通过压缩机间隙的相对泄漏量将会减少；

3）3） 

气体在吸、排气孔口及齿间内的流动阻力损失相应增加。

圆周速度确定后，螺杆转速也随之确定。

4.公称直径、长径比

螺杆直径是关系到螺杆压缩机系列化、零件标准化、通用化的一个重要参数。

长径比:

螺杆式压缩机转子螺旋部分的轴向长度L与其公称直径D0之比

按我国机械工业部标准JB／T6906—1993《喷油螺杆式单级制冷压缩机》中，推荐的螺杆压缩机结构参数系列见表3-1。

表3-1　我国螺杆压缩机结构参数

阳转子名义直径/mm

100

125

120

160

200

250

315

400

500

阳转子转速/（r/min）

4400

2960

1450

转子长径比

1、1.5

制冷剂

R12、R22、R717

5.级数与压力比

对喷油螺杆式压缩机，一般采用一级压缩或二级压缩。

无油螺杆式压缩机主要是根据许可的排气温度来决定压力比和级数.

6.间隙

螺杆式压缩机两转子之间，转子与机体之间要求留有适当的间隙。

这不仅考虑制造和装配误差，也考虑了弯曲变形和热变形的因素。

第三节输气量与输气量调节机构

一、输气量的计算

理论输气量为单位时间内阴、阳转子转过的齿间容积之和，即

（3-1）

压缩机两转子的啮合旋转，相当于齿轮的啮合传动，因此

z1n1=z2n2（3-2）

又V1=A01LV2=A02L

则压缩机理论输气量可写成

（3-3）

令

（3-4）

（3-5）

Cn面积利用系数，是由转子齿形和齿数所决定的常数。

A.A. 

直径和长度尺寸相同的两对转子，面积利用系数大的一对转子，其输气量大，反之输气量小。

B.B. 

相同输气量的螺杆压缩机，面积利用系数大的转子，机器外形尺寸和质量可以小些。

C.C. 

几种齿形的面积利用系数如表3-2所示。

表3-2几种齿形的面积利用系数

齿形名称

SRM对称齿形

SRM不对称齿形

单边不对称齿形

X齿形

Sigma齿形

CF齿形

阴阳转子齿数比z2:

zl

6:

4

5

面积利用系数Cn

0.472

0.52

0.521

0.56

0.417

0.595

当转子的扭转角大到某—数值时，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。

表3-3列出了阳转子扭转角1与C的对应关系。

表3-3阳转子扭转角1与C的对应值

扭转角1/（）

240

270

300

扭角系数C

0.999

0.989

0.971

由于泄漏、气体受热等，螺杆式制冷压缩机的实际输气量，低于它的理论输气量，用输气系数表征影响吸气量的损失。

当考虑到压缩机的输气系数V时，其实际输气量qva为

（3-6）

二、影响输气系数的主要因素

1.泄漏

气体通过间隙的泄漏，可分为外泄漏和内泄漏两种，外泄漏影响输气系数，内泄漏仅影响压缩机的功耗。

2.吸气压力损失

气体通过压缩机吸气管道和吸气孔口时，产生气体流动损失，吸气压力降低，比体积增大，相应地减少了压缩机的吸气量，降低了压缩机的输气系数。

3.预热损失

在吸气过程中，气体受到吸气管道、转子和机壳的加热而膨胀，相应地减少了气体的吸入量，降低了压缩机的输气系数。

三、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。

图3-18为滑阀调节的原理图。

图3-19为螺杆式制冷压缩机输气量和滑阀位置的关系曲线。

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。

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。

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。

1、2—塞柱阀

3）调节过程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的，图3-20表示电磁换向阀组控制输气量调节滑阀的工作情况。

2.塞柱阀调节

图3-21表示了塞柱阀调节输气量的工作原理。

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。

四、内容积比调节

由于压缩机内压缩终了的压力pcyd往往同排气腔内的压力pdk不相等，造成了附加功损失。

为此，有必要进行内容积比调节来实现pcyd等于pdk，以适应压缩机在不同工况下的高效运行。

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，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。

1—输气量调节滑阀2—弹簧3—内容积比调节滑阀

4、7—油活塞5、6、8—进出油孔

图3-22是德国寇尔托马塔（Kiihlautomat）公司所采用的滑阀无级内容积比调节机构。

1—内容积比调节杆2—输气量调节阀3—内容积比调节滑阀4—液压缸

5—负荷指示器6—液压活塞7—输气量调节杆

图3-23是日本日立制作所MYCOM中V系列机器的一种手动内容积比调节机构。

a）调节滑阀推上b）调节滑阀退下

1—控制活塞机构2—油活塞3—内容积比调节滑阀

图3-24是瑞典Stals-mini-S20型螺杆式压缩机的内容积比调节机构，调节系统将内容积比分高低两档。

第四节螺杆式压缩机总体结构

一、开启螺杆式压缩机

开启螺杆式制冷压缩机广泛应用于石油、化工、制药、轻纺、科研方面的低温试验；

应用于食品、水产、商业的低温加工贮藏和运输；

应用于工厂、医院及公共场所等大型建筑的空气调节等。

因为它有自己的特点，所以一般以压缩机组型式出售。

（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。

2.发展趋势和研究成果

开启螺杆式制冷压缩机存在噪声大、制冷剂较易泄漏、油路系统复杂等缺点。

因此，除了在使用氨工质或电力无法供应的情况下，中小型螺杆式制冷压缩机的发展方向是封闭式机型。

近十几年以来，开启螺杆式压缩机设计制造方面有了很大改进，概括起来有以下几个方面：

（1）

（1） 

普遍采用内容积比调节机构

图3-25所示是按三种内容积比Vi=2.6、3.5、5开设的排气孔口，在工况变化时，通过内容积比调节所得到的压缩机在全负荷时轴功率的提高率。

（2）采用单机双级压缩制冷装置采用两级压缩系统，设备费用较高，因此，如日本日立制作所、瑞典Stals等公司研制了单机双级螺杆式压缩机，如图3-26所示。

（3）开启螺杆式压缩机的小型化

1）改进齿形

2）优化供油量和油质

3）采用滚动轴承和无液压泵系统

4）采用水冷式电动机

5）采用经济器系统

二、半封闭螺杆式压缩机

半封闭螺杆式制冷压缩机的额定功率一般在10100kW，在使用R134a工质时，其冷凝温度可达70℃，使用R404A或R407C工质时，单级蒸发温度最低可达45℃。

因此，由于它在冷凝压力和排气温度很高，尤其在压力差很大的苛刻工况下也能安全可靠地运行，近几年得到了长足的发展。

半封闭螺杆式制冷压缩机的特点是：

（1）压缩机的阴阳转子都采用6:

5或7:

5齿数，主要提高转子圆周速度和阴阳转子高速旋转时的速度差。

（2）油分离器与主机可做成一体化。

图3-27所示压缩机组的油分离器设置在压缩机机体内，使得机组装置紧凑。

（3）内置电动机靠制冷剂气体冷却，电动机效率大大提高，而且，电动机有较大的过载能力，其尺寸也相应缩小。

1—压差阀2—止回阀3—油过滤器4—排温控制探头5—内容积比控制机构6—电动机7—滚动轴承8—阳转子9—输气量控制器10—油分离器

11—阴转子12—电动机保护装置13—接线盒

（4）压差供油压

（5）无油冷却系统。

（6）采用喷射液体制冷剂进行冷却降温。

图3-28是德国比泽尔公司在半封闭螺杆式压缩机上的一个应用实例。

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

（7）微型半封闭螺杆式压缩机应用变频器调节输气量。

同时，除了少量微型半封闭螺杆式压缩机，大多数半封闭螺杆式压缩机都设置内容积比有级调节机构。

1—内容积比调节阀2—排气口3—输气量调节活塞

4—吸气口5—经济器补气孔口

图3-29是美国开利公司生产的06T系列半封闭式螺杆压缩机。

，

三、全封闭螺杆式压缩机

由于制造和安装技术要求高，全封闭螺杆式压缩机是近年才得到开发的。

图3-30是美国顿汉—布什（Dunham—Bush）公司用于储水、冷冻冷藏和空调的全封闭式螺杆制冷压缩机。

1—排气孔口2—内置电动机3—吸气截止阀4—吸气口5—吸气止回阀

6—吸气过滤网7—过滤器8—输气量调节油活塞9—调节滑阀

10—阴阳转子11—主轴承12—油分离器13—挡油板

图3-31是比泽尔公司VSK型系列的全封闭螺杆式压缩机结构。

电动机配用功率1020kW，它的结构特点是卧式布置，输气量调节不设滑阀，采用电动机变频调节。

第五节螺杆式压缩机装置系统

一、机组

生产厂多将压缩机、驱动电动机及润滑系统、输气量调节的控制装置，安全保护装置和监控仪表等组装成机组的形式，称为螺杆式制冷压缩机组。

图3-32所示为开启螺杆式制冷压缩机组的系统图。

1.油分离器

对于大中型开启式压缩机，为了提高分离效果，通常设置一次油分离器后，再增设二次油分离器。

图3-33是三种常见的油分离器结构。

图3-34为一卧式高效多级油分离器，

a）卧式油分离器b）立式油分离器c）二次油分离器

l—出口接管2—安全阀接管3—进口接管4—感温包连接处5—消声器6—液压泵回油接管

7—油压调节阀回油接管8、16—油位计9—储油器10—油过滤器11、15—出油口

12—电加热器连接处13—排气止回阀14—安全阀接管17—排油阀18—油加热器

19—进气接口20—排空阀21—排气温度计22—压力阀接管

2.油冷却器

大中型的螺杆式压缩机必须设置油冷却器，降低油温，使油具有合适的粘度，以便再次循环使用。

油冷却器有两种，图3-35a表示的水冷却型和图3-35b表示的制冷剂冷却型。

对于封闭式压缩机，由于系统采用喷液冷却，加上高温润滑油的使用，一般可以省去油冷却器。

a）水冷却型油冷却器b）制冷剂冷却型油冷却器

1—排空阀2、7—进油口3、8—出油口4—冷却水出口5—冷却水入口

6—排油阀9—制冷剂出口10—制冷剂进口

3.油过滤器

为了保护制冷机的润滑部分和液压泵，在油系统的两个地方设置过滤器。

4.液压泵和油压调节阀

液压泵是螺杆式压缩机不可缺少的重要辅助设备，可以由电动机直接驱动，也可与压缩机联动。

为了使供给压缩机的润滑油保持一定的油压，装有油压调节阀。

5.油加热器、油压保护开关和油温保护

为了防止在环境温度较低时由于油温过低影响机组起动，一般都装有油加热器。

向压缩机正常供油是机组运转的必要条件，故油压保护对提高压缩机可靠性至关重要。

如因油冷却器性能下降，水量减少或断水等原因，使向压缩机供油的温度超过规定值时，油温保护装置动作，电动机随即停止工作。

二、带经济器的螺杆压缩机系统

在机壳或端盖的适当位置开设补气口，使转子基元容积在压缩过程的某一转角范围，与补气口相通，使系统中增设的中间容器内的闪发性气体，通过补气口进入基元容积中。

这样，单级螺杆式制冷压缩机按双级制冷循环工作，达到节能的效果。

此增设的中间容器称为经济器。

带经济器的制冷系统有一级节流和二级节流两种形式，如图3-36所示。

对于一级节流系统如图3-36a所示。

a）一级节流制冷系统b）二级节流制冷系统

1—压缩机2—油分离器3—冷凝器4—贮液器5—经济器

6—蒸发器7、8—节流阀9—油冷却器

对于二级节流系统如图3-36b所以示。

另外，带经济器的螺杆式制冷压缩机有较宽的运行范围，单级压力比大，卸载运行时能实现最佳运行；

加工基本与单级螺杆式制冷压缩机相同，制冷系统中阀门和设备增加不多，故目前应用越来越广泛。

三、喷液螺杆压缩机系统

螺杆式压缩机喷液或喷油，是利用了它对湿行程不敏感，即不怕带液运行的优点而实施的。

因此，人们开发了在压缩机压缩过程中用喷射制冷剂液体代替喷油，借此省去油冷却器，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。

图3-37是螺杆式制冷压缩机喷液系统原理图。

在

喷液不能完全代替喷油，因为油有一定粘度，密封效果好，所以，目前常用的是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

四、多台主机并联运转系统

随着螺杆式压缩机半封闭化、小型化及控制系统的发展，近几年多台主机并联运转系统取得很大发展，其适用冷量范围为2401500kW。

多台主机并联运转系统不仅有利于工况调节，同时也带来了一系列其它优点：

其一是可以用较少的机型来满足不同输气量的需要；

其二是使用时可以逐台启动主机，对电网冲击小。

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。

第六节单螺杆式压缩机

单螺杆压缩机具有结构简单、零部件少、重量轻、效率高、振动小和噪声低等优点。

目前单螺杆式压缩机有开启式和半封闭式两种。

一、单螺杆压缩机的工作原理

单螺杆压缩机是利用形似涡轮截面的星轮，与蜗杆转子（又称螺杆转子）相啮合，故又有蜗杆压缩机之称。

其开启式结构如图3-38所示。

图中由螺杆转子1的齿间凹槽、星轮3和气缸内壁组成一独立的基元容积，犹如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地移动，基元容积的大小发生周期性的变化。

其工作原理如图3-39所示。

1—螺杆转子2—内容积比调节滑阀3—星轮4—轴封

5—输气量调节滑阀6—轴承

a）吸气过程b）压缩过程c）排气过程

1）吸气过程（图3-39a）。

2）压缩过程（图3-39b）。

3）排气过程（图3-39c）。

由上述工作原理可知，单螺杆压缩机的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。

二、结构参数

1.转子齿槽数和星轮齿数

转子的齿槽数zl取决于所要求的内容积比。

星轮齿片数z2与转子齿槽数zl相比互为质数，如此选择的目的是啮合运动中齿片与齿槽的磨损均匀。

2.星轮齿形

单螺杆式压缩机转速较高，星轮齿片和转子齿槽相对滑动速度大，因此必须选择润滑性能良好的星轮齿形，减少星轮齿片的磨损，对提高压缩机的效率影响很大。

星轮的齿形有：

（1）平面直齿形

（2）柱面齿形（3）平面直齿反包络齿形

3.星轮直径D2与转子直径D1（见图3-40）之比D

一般情况下比值D为1，即

4.中心距B（见图3-40）

星轮中心与转子轴线之间间距B与转子直径D1间的关系为

B=D1

5.星轮齿片齿宽b和转子齿尖宽c（见图3-41）

（3-7）

6.啮合角（见图3-40）

星轮任一齿片从全都进人并封闭转子齿槽开始，到该齿片全部转出转子齿糟为止，所扫过的角度称为啮合角。

三、输气量和内容积比调节

1.输气量调节

单螺杆式制冷压缩机的输气量调节机构主要有转动环式和滑阀式两种，它们都是采用将基元容积中的部分工质回流到吸气腔的方法，来减少基元容积值（推迟压缩过程的起始位置），从而实现输气量的无级调节。

a）满负荷b）部分负荷

1）转动环式调节机构转动环式输气量调节机构的结构原理如图3-42所示。

2）滑阀式调节机构滑阀式输气量调节机构的结构原理如图