回转式压缩机Word格式.docx
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吸气过程：
在阴、阳螺杆脱离啮合的过程中，螺杆的齿间容积，随着转子的回转两个齿间容积不断扩大，气体经吸气孔口进入，当这两个容积达到最大值时，齿间容积与吸气孔口断开，吸气过程结束。
需要指出的是，此时阴、阳螺杆的齿间容积彼此并未连通。
压缩过程：
转子继续回转，阴、阳螺杆齿间容积连通之前，阳螺杆齿间容积中之气体
受阴螺杆齿的侵入先行压缩。
转过某一转角后，阴、阳螺杆齿间容积连通，呈“V”字形的齿间容积对，在啮合齿的互相挤入下，其容积逐渐减小，实现气体的压缩过程，直到该齿间容积对与排气孔口相连通时为止。
排气过程：
在齿间容积与排气孔口连通后，排气过程即行开始，由于转子回转时容积的缩小，将具有一定压力的气体送至排气接管，此过程将延续到该容积达最小值时为止。
随着转子的继续回转，上述过程重复进行，图4-4显示了螺杆压缩机中所指定的一齿间容积对的工作过程。
由图可见，螺杆式压缩机中，阴、阳螺杆转向互相迎合的一侧面，气体受到压缩，这一侧面称为高压力区；
相反，螺杆转向彼此背离的一侧面，齿间容积在扩大并处在吸气阶段，称为低压力区。
二区被阴、阳螺杆齿面间的接触线分开。
可认为：
两转子轴线所在平面是高、低压力区的分界面。
3．特点
就螺杆式压缩机压缩气体的原理，属于容积型压缩机械，有往复式压缩机的特点。
就
运动形式，螺杆式压缩机的转子与透平机械相同。
所以，螺杆式压缩机兼有二者的特点：
1）螺杆式压缩机具有较高的齿顶线速度，转数高达每分钟万转以上，可与高速原动机直联。
因此，它的单位排气量的体积，重量，占地面积以及排气脉动均远比往复式压缩机为小。
2）螺杆式压缩机没有诸如气阀，活塞环等易损件，因而它运转可靠，寿命长，易于实现远距离控制。
此外，由于没有往复运动零部件，不存在不平衡惯性力（矩），所以螺杆式压缩机基础小，甚至可实现无基础运转。
3）无油螺杆式压缩机，可保持气体洁净（不含油）；
又由于阴、阳螺杆齿面间实际上留有间隙，因而能耐液体冲击，可压送含液气体、群气体（含液体，粉尘气体，易聚合气体等）。
此外，喷油螺杆式压缩机可获得高的单级压力比（最高达20~30）以及低的排气温度。
4）螺杆式压缩机具有强制输气的特点，即排气量几乎不受排气压力的影响；
不同于速度型压缩机，其内压力比与转速、密度几乎无关系。
5）螺杆式压缩机在宽广的工况范围内，仍能保持较高的效益，没有速度型压缩机在小排气量时出现的喘振现象。
6）螺杆式压缩机尚有以下缺陷：
首先，由于齿间容积周期性地与吸、排气孔口连通，以及气体通过间隙的泄漏等原因，致使螺杆式压缩机产生很强的中、高频噪声，必须采取消音，减噪措施。
其次，由于螺杆齿面是一空间曲面，且加工精度要求又高，故需特制的刀具在专用设备上进行加工。
最后，由于机器是依靠间隙密封气体，以及转子刚度等方面的限制，螺杆式压缩机只适用于中、低压范围。
二、螺杆压缩机的驱动与气量调节
1．驱动方式与结构
无油机器和喷油机器两种螺杆式压缩机的驱动方式与结构配置见表4-1
1）无油压缩机的驱动与配置说明
（1）电动机驱动加设增速齿轮装置如表中No.1；
（2）对大型压缩机No.2，该种驱动方式，可以是电机、也可以是蒸汽（或燃气）轮机，用蒸汽（或燃气）轮机驱动的压缩机特别适合大功率的机器（2000~4000kW）；
（3）两级压缩机器的相互配置，可以取串联的形式，并将两级置于同一机体内，如表No.4所示；
两级分置在原动机两端，由原动机直接驱动的方式，如表No.5所示，该种驱动便于产品变型、多样化，制造安装也方便，但要求刚性较好的构架；
（4）较为流行的两级配置方案，如表No.3所示，使I级和Ⅱ级可在不同的转数下运行，两级均可获得最佳的圆周速度，此方案级的匹配较容易，像两台压缩机一样，制造、安装也都方便；
（5）当原动机为一般电动机时，经增速后拖动串联的I、Ⅱ级螺杆。
如表中No.7所示，其特点与传动方式No.4相同；
（6）在大型两级螺杆式压缩机中，将原动机转数增为低压级的最佳转数，但高压级最佳转数更高，此时采用No.8所示的传动方式，经增速后，高压级也达到最佳转数；
（7）三级无油螺杆式压缩机可以看作一个单级和一个两级螺杆式压缩机的组合，其传动方式如表中No.9～12所示。
这些传动方式的特点不难由其组成中得出。
这里提及的增速齿轮箱，是独立于螺杆式压缩机本体之外的装置。
此外，还有一种所谓“内藏式增速齿轮结构”，其增速齿轮箱体就是压缩机和电动机的中间接筒。
在这种结构中，增速箱体内有六个轴承，通过改变齿轮轮系，可以获得不同转数。
对于不对称齿形的螺杆压缩机具有较宽的最佳圆周速度范围，该结构用于不对称齿形螺杆压缩机较为适宜。
在原动机方面，除常用的电动机驱动外，还有用柴油机、蒸汽（或燃气）轮机以及特种电机驱动的；
在传动方式上，有直接传动，有经增速齿轮传动，有螺杆式压缩机所特有的所谓“阴拖阳”的传动方式。
2）喷油压缩机的驱动与配置
喷油压缩机的最佳圆周速度在15~45m／s之间，与齿形对称否而有所不同，阳转子转数一般不高于3000rpm。
由于,喷油压缩机无同步齿轮，螺杆本身同时起着同步齿轮的作用。
根据动力输入的情况可分为标准型“阳拖阴”和特殊型“阴拖阳”两种方式：
（1）一级喷油压缩机用电动机驱动时，一般采用表4-1中No.13所示的直接传动方式，为适应排气量要求，采用不同极对数的电机;
（2）对中小型喷油压缩机，阳螺杆的最佳转数高于电机最高转数，采用“阴拖阳”的特殊方式，省去了增速齿轮装置。
传动方式示于表4-1中No.14。
如前所述，此种传动方式的缺点在于当传输功率较大时，齿面磨损较大，机械效率低。
采用啮合特性良好的不对称齿形（如Aflas齿形）较为有利;
（3）移动式动力空气用的单级喷油螺杆压缩机，采用柴油机驱动。
因柴油机转数一般低于2000rpm，需加装增速齿轮装置，其传动方式如表4-1中的No.15所示，借改变柴油机转数达到调节排气量的目的；
（4）两级喷油机器的传动方式如表4-1中No.16，No.17所示。
No.16的特点是I、Ⅱ级阳螺杆自成一体，且螺杆旋转方向相反，可抵消大部分轴向力。
No.17的特点是Ⅱ级采用“阴拖阳”的特殊方式，可使I、Ⅱ级同时达到最佳转数，取得高效率。
一般说来，喷油压缩机较少采用增速齿轮装置。
必须采用时，可将传动方式No.l6，No.17与传动方式No.1．No.3，No.7，No.8合理配置而得到不同组合。
例如，No.18所示就是两级喷油机器传动方式的一种。
总之，螺杆式压缩机的传动方式决定于螺杆机器的运行方式、机器的排气量以及相应
的转数。
此外，尚须考虑产品系列化、变型以及制造安装方便等，应慎重考虑。
表4-1螺杆式压缩机驱动方式与结构配置表
*—无油机器各级中均包括同步齿轮，在各图中一律省略；
**—喷油机器不高同步齿轮，包括“阴拖阳”方式；
表中ⅠⅡⅢ—表示压缩机的第几级；
Ⅰ-阳表示Ⅰ级阳转子，余同。
2．排气量调节
一般用户总是根据所需要的最大实际耗气量来选择压缩机的容量。
且在使用过程中要求改变压缩机的排气量，以适应实际耗气量的变化。
而容积式压缩的排气量不会因背压的提高而降低。
为做到有效调节，必需设置调节控制机构，进行排气量的调节。
运行中使压缩机的排气量和实际耗气量达到平衡。
1）变转数调节方法
由于螺杆式压缩机的排气量和转数成正比。
改变压缩机的转数即可以达到调节排气量的目的。
其优点是压缩机机组的结构不需作任何变动，且在调节工况下，气体在压缩机中的工作过程基本相同。
不考虑相对泄漏量的变化，压缩机的功率排气量成比例的。
这种调节方法的经济性好。
若低于最佳转数时，压缩机的效率将明显降低。
一般调速范围是额定转数的60~100％。
原动机为蒸汽（或燃气）轮机、内燃机、直流电动机，变频电机时，多采用此种方法调节。
目前，该方法广泛应用在柴油机驱动的移动式螺杆空压缩机中，以及汽轮机驱动的大型工艺螺杆式压缩机上。
2）停转调节
利用压缩机停转调节排气量，有两种形式：
（1）小型螺杆式压缩机，若实际耗气量低于排气量，储气罐及管网中的气体压力会升高，可控制原动机停转，以实现排气量的间断调节。
（2）在压缩机站或化工企业中，一般有多机配置，完全可以采用停止部分压缩机的运转以适应实际耗气量。
该方法适用于交流电机驱动的小型螺杆式压缩机。
停转调节要求机组设有较大容量的储气罐，否则电动机的启停过于频繁，既影响电网电流的波动；
又会使电动机绕组过热。
对于大功率的螺杆式压缩机，一般采用电动机与压缩机脱开，电动机空转，压缩机停转的调节方式。
由于增设了离合器，使结构复杂了。
3）控制吸入调节
利用压缩机吸气管上的进气调节阀进行调节。
可分为停止吸入和节流吸入。
停止吸入时，压缩机空转，使用较少。
对喷油机器来说，使喷油量较非调节工况为高，而排气量又降为零，击油功率有所增加，空载功率高。
油击现象是机器产生强烈噪声的音源。
一般采取以下措施：
（1）加装油量调整阀，调节工况时，借油量调整阀使喷油量减少；
（2）加装自动开关阀，当机器关闭吸入调节阀的同时，开启自动开关阀，借回油泵将排气逆止阀前的油抽至贮气器，同时也降低了背压。
是目前颇为流行的一种调节方法。
节流吸入时，降低了气体的吸入压力和比重，可以进行连续的无级调节。
由于排气量降低、排气压力不变时，压力比增加，功率不下降，排气温度上升，这种调节方法也很少采用，只限于小型机器及工况基本稳定的机组。
4）进排气管连通调节
该种调节方法比较简便，仅需在排出管道上安装调节阀。
需调节工况时，调节阀打开排出的压缩气体沿旁通管道经调节阀流回吸入口。
显然，机器的压力比越高，功耗也就越大。
所以，此种调节方法适用于压力比低的机器。
调节阀开度不同时，排气量也有所不同。
5）空转调节
该种方法实际是停止吸入和进、排气管连通调节联合使用的一种综合调节方法，采用一种在截断吸入的同时，能使进、排气管连通的减荷阀。
该调节方法的特点是，在调节工况时，吸入管道的压力有真空，排出压力为大气压力。
这种调节方式的经济性较好，调节工况时的功耗不大于满负荷功率的30％。
空转调节用于高压力比机器较为经济。
必须指出，采用这种调节方法时，机组的许多部位处于真空状态，周围的空气容易漏入，因而，对可燃性气体、高纯度气体以及其它不允许与空气混合的气体，就不能采用空转调节法。
一般说来，它是螺杆式压缩机常用的排气量调节方法之一。
6）滑阀调节
滑阀调节与活塞式压缩机部分行程压开吸气阀调节的原理基本相同，是使齿间容积在接触线从吸入端向排出端移动的前一段时间内仍与吸气孔口相通，并使这部分气体回流到吸气孔口。
也就是说，减短了螺杆的有效轴向长度，以达到调节排气量的目的。
这种调节方法是在螺杆式压缩机机体上装一滑动调节阀（滑阀），它位于排气一侧机体两内圆的交点处，且能在气缸轴线平行方向上来回移动。
滑阀的运动是由与它连成一体的油压活塞推动进行连续无级调节。
启动时，滑阀是由电机经减速后驱动。
滑阀的背面在非调节工况时与机体固定部分紧贴。
而在调节工况时与固定部分脱离，离开的距离取决于欲调节排气量的大小。
滑阀的前缘形成径向排气孔口，当滑阀移动时，径向排气孔口一起移动。
滑阀调节具有以下特点：
调节范围广；
调节方便；
调节的经济性好；
功率几乎与压缩机排气量的减少成正比例地下降；
可实现卸载启动，特别是在闭式系统中；
但压缩机结构及其自动调节系统复杂。
滑阀调节得到广泛的应用，特别是在制冷装置中几乎无例外地都采用它作为能量控制。
三、结构及主要零部件
1．转子
转子是螺杆压缩机的主要零件，其结构有整体式与组合式两类。
螺杆直径Do≤200mm，一般采用整体结构。
螺杆直径D。
≥315mm，转子采用组合式结构，转子制成中空，内部可通油冷却。
转子的螺杆与轴颈先分别制造，粗加工后焊接成一体，最后再进行精加工。
转子的毛坯一般为锻件。
大多采用中碳钢，如30#、35#、40#、45#等；
有特殊要求时，也有用合金钢或铝合金的。
目前，不少转子采用球墨铸铁，既便于加工，又降低了成本。
常
用的球墨铸铁牌号为QT50-1.5，QT60-2等。
为了减少气体沿齿顶及齿间间隙的泄漏，有时将阴、阳螺杆的齿顶铣出密封齿，在阳螺杆的相应部位开密封槽。
我国系列标准对密封齿、槽已有规定标准。
在螺杆端面加工有密封筋。
设置密封齿、槽的目的是为了减少气体的泄漏以及应急保护作用。
因异常原因，如转子振动、轴承损坏致使螺杆与气缸接触时，防止引起大面积的咬伤，以免出现严重事故。
但是，实际上密封齿本身细窄，对高速运转的机器来说其应急保护作用并不大；
而且，密封齿的存在，又在一定程度上降低了螺杆式压缩机的轴向气密性；
再者，一般的说来密封齿、槽和螺杆齿面不能用一把铣刀一次铣出，给加工带来了困难。
因此，近来人们认为以不设置密封齿
为宜。
目前，对喷油机器以及低压小型无油机器不再推荐设置密封齿、槽。
取消密封齿后，在齿形上，将阳螺杆齿顶设计成具有一定的宽度，以减少阳螺杆齿顶与气缸内圆间的泄漏，同时也保护了摆线形成点；
在结构上，相应设置过载保护装置或接触保护装置。
最主要的手段是选用高精度、高速、重载轴承．确保轴承工作可靠。
转子精加工后，应进行动平衡校验。
校验时，允许在吸入端面较厚的部分取重。
允许
的不平衡力矩，因机器的尺寸和转数而不同，一般在（0.05～l.0）N.m，可近似地取作（0.l～0.2）G×
10-3Nm（G--转子重量，N）。
尺寸小，转数高的机器应取偏低值。
2．机体
机体是螺杆压缩机的主要部件。
它由中间部分的气缸及两端的端盖组成。
小型机器，为制造方便，将排气侧端盖与气缸连成一体，制成带端盖的整体圆形结构，转子顺轴向装入气缸。
在较大的机器中，气缸与端盖常分开制造。
有些气缸还具有水平剖分面，这种结构便于机器的装拆和间隙的调整。
气缸和端盖有单层壁和双层壁两种结构。
喷油机器均采用单层壁结构；
无油低压力比机器，也是采用单层壁结构，为了增强自然对流冷却效果，在外壁上顺气流方向铸有或在焊接结构上焊有冷却翅片。
一般的无油机器，气缸和端盖，特别是排气侧端盖大多制成双层壁结构，夹层内通以冷却水，冷却气缸和气体。
具有吸气通道或排气通道的端盖，有整体式结构的，也有中分式结构的。
通常端盖内置有轴封、轴承，有的端盖同时还作为增速、同步齿轮箱箱体之用。
螺杆式压缩机中气体的流动大致呈对角线方向。
但是，在外形上吸、排气通道却不一
定按对角线方向布置。
它取决于机组尺寸和附属设置的配置情况等。
对吸、排气通道，要
求流道平滑过渡、流速低（通常v=28～35m／s），以期减少流动损失。
机体的材料常为灰铸铁，牌号为HT21-40，HTl8-36等。
单件或供试验用的螺杆式
压缩机机体，宜采用钢板焊接结构。
无论何种结构的机体，都应具有良好的刚度，为此，在
机体的外表面，底座甚至在吸、排气通道内合理布置加强筋，以确保气缸、轴承、轴封等部分的同心度、平行度，以保证螺杆高速旋转之需要。
3．轴承
螺杆压缩机采用滑动轴承和滚动轴承。
低负荷、小型机器，尤其是移动式机器中，多
采用滚动轴承；
高负荷、大中型机器，多用滑动轴承。
由于滚动轴承的间隙小，摩擦损耗
小，维护比较简单，滑动轴承的加工和装配都不如滚动轴承方便，逐渐趋向于采用特制的重载、高速、长寿命的滚动轴承。
在一些机器中，用一对背靠背安置的圆锥滚子轴承同时承受径向和轴向载荷。
无论采用何种形式轴承，都应确保转子的一端固定，另一端能自由伸缩。
一般情况下，转子在排出侧轴向定位，而在吸入侧留有较大的轴向游隙让其自由膨胀，以便保持排出端有不变的最小间隙值，使气体泄漏为最小，并避免端面磨损。
如前所述，为了减轻止推轴承的负荷，常采用平衡活塞的结构。
在阳转子上装设平衡活塞，将压力油或气体引入平衡缸作用于平衡活塞，以期抵消部分或全部轴向推力。
4．轴封
无油螺杆式压缩机的轴封有石墨环式和迷宫式两种。
石墨环式轴封，由若干密封盒组成，每个密封盒内有一套密封单元。
一般排气侧的密封单元数多于吸气侧的。
整圈石墨环的内孔直径比轴颈直径略大，二者之间形成很小的间隙，气体流经间隙产生很大的阻力，从而降低压力，达到密封气体的目的。
所以，就其原理而言，它属于间隙式密封。
无论是石墨式轴封，还是迷宫式轴封，当压缩有毒、易燃、易爆或贵重气体时，通常
在每一密封单元或每几组密封单元之间进行中间抽气，将泄漏的气体引回至吸气管。
有时．
将具有一定压力的保护性气体（如空气、氮气）导入密封单元之间，以阻止高压气体向外界泄漏。
喷油螺杆式压缩机的密封可以做得非常简单．只要在与轴颈相应的机体处开有特定的油槽，通入压力油，即达到有效的轴向密封。
螺杆式压缩机的同步齿轮有可调式及不可调式两种，大多采用可调式的。
第二节滑片式压缩机
一、工作原理和特点
图4-8为滑片式压缩机的断面图。
滑片式压缩机的由三大部分组成：
机体1（称气缸），转子2及滑片3。
压缩机的转子与气缸偏心配置，转子半径上开有数个纵向凹槽，在凹槽内装有径向自由滑动的滑片。
转子在气缸内偏心设置，缸体内壁与转子外表面间构成一个月牙形空间，在不同位置，其大小是不同的。
并在缸体的适当位置开进气口和排气口，如图4-8所示左侧为吸气孔口，右侧为排气孔口。
转子旋转时滑片受离心力作用从槽中甩出，其端部紧贴在机体内圆壁面上，月牙形的空间被滑片分隔成数个扇形的独立空间——单元容积。
在转子旋转一周之内，每个单元容积将由最小值逐渐变大，到最大值；
再由最大值逐渐变小，到最小值。
随着转子的连续旋转，单元容积按上述规律周而复始变化。
单元容积增大时与吸气孔口相通吸入气体．直到单元容积达到最大，组成该单元容积的滑片都越过吸气孔口的上部时吸气终止。
单元容积开始缩小时，气体被压缩。
当组成该单元容积的前一滑片达到排气孔口的上边缘时，单元容积和排气孔口相通，气体压缩过程结束，开始排气。
单元容积的滑片都越过排气孔口的下边缘时，终止排气。
转子继续旋转，单元容积又开始增大。
余留在该最小容积中的压缩气体进行膨胀。
当单元容积的第一个滑片达到吸气孔口的下边缘后，正在扩大的单元容积又和吸气孔口相通，
开始新的吸气过程。
滑片数如为z，转子每旋转一周，有z个单元容积依次进行吸气—压缩—排气—膨胀过程。
按滑片与转子、气缸之间的不同润滑方式，滑片式压缩机可分为二类：
第一类：
喷油滑片式压缩机。
采用酚醛纤维层压板或合金铸铁滑片，气缸中喷油润滑，即借助油泵或气体压力将润滑油大量喷入气缸，与被压缩的气体混合，在排出管道之后再将油分离出来，并循环使用。
此类机器是五十年代后期发展起来的，因降低了滑片与气缸、转子之间的摩擦以及较好地解决了滑片与气缸的寿命问题而被广泛采用，成为当代滑片式压缩机的主要结构形式。
但这类滑片式压缩机必须附带一套润滑油循环系统（油泵、滤油器、油冷却器、油气分离器等）。
第二类：
无油滑片式压缩机。
滑片采用石墨及有机合成材料等自润滑材料，故气缸内
无需再添加任何润滑剂。
这类机器可得洁净的气体，但目前仅能适应于低压。
滑片式压缩机结构简单、制造容易，操作和维修保养方便。
它几乎完全平衡，无振动，
所以要求的基础小。
此外，在旋转一周之中有多个单元容积与吸、排气管接通，因此吸排
气压力脉动较小，不需安装很大的贮气器。
滑片式压缩机的主要缺点是滑片与转子、气缸之间有较大的摩擦，产生能量损失，效率较低。
其效率要比同参数的螺杆式压缩机约低10％，比同参数的往复式压缩机约低20％。
滑片的寿命是影响滑片式压缩机运转周期的一个重要团素。
2．应用与结构参数
滑片式压缩机广泛运用于中、小空气压缩装置和空调制冷装置中。
在化学工业和食品工业中，无油压缩机可用来输送或压缩各种气体。
滑片式机械还可作为真空泵使用。
滑片式压缩机的性能数据与结构参数关系列在表4-6中。
表4-6滑片式压缩机结构参数表
级别
气缸半径R（mm）
偏心距e（mm）
相对偏心
ε=e/R
滑片厚度s（mm）
滑片相对厚度σ=s/R
滑片长度L（mm）
滑片相对长度l/R
滑片高度h（mm）
第一级
93
16.2
0.174
8
0.086
450
4.84
50
第二级
174
1.87
滑片数z
滑片顶速u（m/s）
吸排气孔口角（图5-5）
δ1
δ2
δ3
δ4
14.5
120°
18°
24°
27°
124°
16°
35°
37°
第三节单螺杆压缩机
一、单螺杆压缩机工作原理
图4-9为单螺杆压缩机简图。
两个互相啮合的星轮2在单螺杆1两侧的螺杆齿槽内的同一水平内对称配置。
螺杆轴与星轮轴是相互垂直的。
气体由吸气腔9进入螺杆齿槽空间，经压缩后，由开设在气缸上的排气孔口7排出。
在排气端，螺杆轴4外伸端通过弹性联轴节与原动机相联。
螺杆高压侧的一段圆柱上加工出螺纹，以密封螺杆齿槽内的高压气体。
流经该圆柱段与气缸之间的泄漏气体，可以通过气缸上适当位置处的通道引回吸气腔。
其作用在于平衡螺杆两端气体的轴向力。
该种压缩机都是以喷油为最多见。
一般，在气缸上钻有喷油孔，将油喷入压缩腔，起密封、冷却和润滑螺杆---星轮摩擦副的作用。
可以把螺杆齿槽作为单元容积。
螺杆在旋转过程中，单元容积作周期性地扩大与缩小，配以相应的吸气腔、排气孔口以及相应的螺杆与星轮凸齿的啮合运动，就能实现吸气压缩排气的循环过程。
可以把螺杆齿槽视为活塞式压缩机的气缸，星轮凸齿视为活塞，星轮凸齿与螺杆齿槽啮合运动时，相当活塞沿气缸作推进运动。
图4-9中，螺杆有6个齿槽，配置有两个星轮。
星轮将螺杆沿水平面分成上、下两个工作空间，各自完成吸气
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