单螺杆压缩机.docx

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单螺杆压缩机

第8章单螺杆压缩机

§8.1工作原理及特点

8.1.1基本工作原理

螺杆和星轮可分为C型（Cylinder）和P型（Plane）

最典型的结构为CP型。

单螺杆压缩机的主要零部件：

基元容积的组成：

单螺杆压缩机的主要零部件：

单螺杆压缩机原理

8.1.2单螺杆压缩机的特点

1）具有理想的力平衡性

螺杆：

星轮：

轴向力很小

2）单级容量大，无余隙容积

一般，6个螺槽，2个星轮，相当于6缸双作用压缩机

3）高速轻载，易形成流体动力润滑

星轮基本不受载荷，只有轴承的摩擦阻力

4）几何形状复杂，啮合副型线的加工精度要求高。

单螺杆压缩机与螺杆压缩机的比较：

1）力平衡方面

单螺杆压缩机：

螺杆承受的径向和轴向气体力可以自动平衡，星轮齿承受气体力，要求星轮齿具有足够的强度和刚度。

双螺杆压缩机：

螺杆转子承受较大的径向和轴向气体力，要求螺杆具有足够的强度和刚度。

2）驱动方式    

单螺杆压缩机：

与电动机直接联或加带轮。

螺杆压缩机：

与电动机直联或加带轮，转速较高时须加增速齿轮    

3）可靠性方面

单螺杆压缩机：

单螺杆压缩机的星轮是易损部件，除对星轮材料有较高要求外，星轮还需定期更换。

双螺杆压缩机：

双螺杆压缩机中没有易损件，无故障运行时间可达4～8万小时。

4）效率方面

单螺杆压缩机：

中速（1500～3500r/min）时效率高，直联，比功率5.9～6.4KW/（m/min）双螺杆压缩机：

高速（3000～7000r/min）时效率高，加增速齿轮，比功率6.0～6.6KW/（m/min） 。

随着运行时间增加，单螺杆压缩机的星轮磨损将导致气量减少和效率降低。

5）噪音和振动方面

单螺杆压缩机：

力平衡性好、振动小、噪声低，一般为60～68dB。

双螺杆压缩机：

力平衡性差、金属螺杆啮合时有高频噪声，64～78dB。

6）加工设备方面

单螺杆压缩机：

没有成熟的专用加工设备，进而导致产品的性能不是很稳定。

双螺杆压缩机：

已有成熟的螺杆专用铣床和磨床，可确保产品性能稳定。

7）维修性

单螺杆压缩机：

主机机壳采用整体结构后，星轮侧有大窗口，维修方便 。

双螺杆压缩机：

转子轴承寿命较短，更换时须打开机壳，工作量大 。

8）适用性方面

单螺杆压缩机：

由于螺杆受力完全平衡，单螺杆压缩机能在高压下工作，适合用于高排气压力的场合，如高压空气压缩机、制冷压缩机和天然气压缩机等。

美国海军认为对于高压无油压缩机而言，单螺杆压缩机是唯一的选择。

目前美国是世界唯一拥有高压无油单螺杆压缩机的国家。

双螺杆压缩机：

由于受到转子刚度和轴承负荷等方面的限制，双螺杆压缩机只能适用于中、低压范围，如动力用空气压缩机、制冷压缩机和低压天然气压缩机等，排气压力一般不能超过4.5MPa。

8.1.3单螺杆压缩机的发展历史及现状

1955年英国的J.W.Goodyear的“压能变换装置”专利。

1960年法国的B.Zimmern首先提出单螺杆压缩机的设想，并取得发明专利。

1963年B.Zimmern试制出第一台单螺杆空气压缩机样机

并批量生产。

此后，日本三井精机等引进专利，进

行系列化生产。

70年代中期荷兰的Grasso公司和英国的APVHall公司将单螺杆压缩机应用于制冷空调领域。

并开始由喷油机型发展为喷水、喷制冷剂的新机型。

主要的生产厂家：

荷兰的Grasso公司、英国的APVHall公司、美国的Dresser－rand、Grimmerschmidt、日本的三井精机、三菱、大金公司等。

目前，只有美、日、法、英、荷兰能够生产单螺杆压缩机。

国内：

上海施奈德、飞和、乐清、顺德正力精工等。

§8.2啮合副型线

8.2.1型线的基本要求

双螺杆：

单螺杆：

1）润滑性能好

要求：

相对速度大，接触线法向方向的相对曲率半径大

二次包络型线，形成两条接触线，中间的洼斗构成油腔，油膜强度高。

2）密封

泄漏途径：

L1——星轮齿顶与螺槽底交线

L2、L4——星轮齿侧与螺槽交线

L3、L5——星轮齿根前后侧泄漏小孔

L6——星轮顶面和气缸间的泄漏线

L7、L8——螺槽前后侧表面螺旋线与气缸间的间隙泄漏

L9——螺杆密封圆柱段与气缸间间隙的泄漏

3）加工

以星轮的一个齿形作为刀具，加工螺杆。

加工星轮

8.2.2基本型线类型

辛麦恩第一类型线（直线包络）：

加工简单、泄漏少、磨损快

辛麦恩第二类型线（圆柱包络）：

加工螺杆简单、效率高（可以用回转刀具加工）；接触线不断变化，磨损小；泄漏孔较大，容积效率下降。

辛麦恩第二类型线（圆台包络）：

泄漏孔面积减小

二次包络型线：

以螺杆作刀具包络出的共轭曲面作为星轮齿侧工作面。

二次包络型线啮合时，在一定转角范围内存在两条瞬时接触线。

润滑好。

§8.3单螺杆压缩机的结构概述

8.3.1机壳

螺杆、星轮靠即可保证相互的位置精度。

机壳的结构可分为剖分式与整体式两种。

剖分式：

✓加工、装配方便。

✗需要采取特殊的密封措施。

✗不易保证啮合副与气缸间的间隙。

整体式：

✓机壳承压强度高。

✓密封性能好。

✓只要保证加工精度，则好装配。

✗加工较困难。

8.3.2螺杆、星轮啮合副

螺杆：

通常在进气端有一倒锥，增加进气流通面积；排气端有一段密封圆柱段，以密封高压气体。

星轮：

星轮属于高速轻载，易发生冲击和振动。

采用浮动星轮后，只有星轮片发生冲击，能够减轻冲击质量，从而有效的减少星轮的摩擦磨损，提高运行可靠性。

弹性星轮：

每个星轮齿做成单独的弹性镶嵌件

弹性镶嵌件的作用相当于活塞环，靠离心力、弹簧力及气体压力使螺杆和星轮齿间密封。

缺点：

结构复杂、制造困难。

材料选择：

（主要考虑啮合副间的摩擦系数）

螺杆：

球墨铸铁、铸铝合金、青铜等。

星轮：

球墨铸铁（整体式）、复合塑料或铸钢外面模塑尼龙或酚醛树脂（浮动星轮）。

弹性星轮的镶嵌齿采用耐高温的热塑性工程塑料。

8.3.3轴承

因作用力小，可选用普通轴承。