第六章 螺杆式制冷压缩机.ppt

第六章第六章 螺杆式制冷压缩机第一节 基本结构和工作原理第二节 螺杆转子齿形及结构参数第三节 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第八节 单螺杆式压缩机第九节 螺杆式压缩机的振动和噪声第十节 安全保护装置第六章第六章 螺杆式制冷压缩机思考题：1.螺杆式压缩机调节制冷量的方法？2、螺杆式压缩机装置系统的特点？3、对容积型回转式压缩机的特点进行总结？（结构组成、基元容积、工作过程特点、输气量调节方法、内容积比调节、容积效率的大小）（转子、涡旋、螺杆）第六章第一节 基本结构和工作原理第六章螺杆式压缩机组及循环系统第六章螺杆式制冷压缩机主要由转子、机壳（包括中部的气缸体和两端的吸、排气端座等）、轴承、轴封、平衡活塞及输气量调节装置组成。图是典型开启螺杆式压缩机的一对转子、气缸和两端端座的外形图。基本构造第六章基本构造第六章工作原理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，并借助于包围这一对转子四周的机壳内壁的空间完成的。第六章吸入 压缩 排出工作原理第六章工作原理9 依靠依靠啮合运合运动着的着的一一对阴阳阴阳转子，借助子，借助它它们的的齿、齿槽与机槽与机壳内壁所构成的呈壳内壁所构成的呈“V”字形的一字形的一对齿间容容积呈周期性大小呈周期性大小变化，来完成制冷化，来完成制冷剂气气体体吸入吸入压缩排出排出的工作的工作过程。程。第六章工作过程螺杆式压缩机的工作过程示意图。其中，a、b为一对转子的俯视图，c、d、e、f为一对转子由下而上的仰视图。工作过程第六章第二节 螺杆转子齿形及结构参数齿形设计原理齿形选择典型齿形结构参数第六章一、齿形设计原理1.啮合原理第六章一、齿形设计原理2.型线的一般方程式第六章一、齿形设计原理阴转子的共轭型线：3.啮合线方程：已知型线方程：第六章二、齿形选择选择原则：具有充分大的转子齿间容积，基元容积气密性好，各种效率高，传动稳定，热变形性能好，足够的强度、刚度合良好的加工工艺性能。1、面积利用系数第六章二、齿形选择泄漏途径 如图所示接触线方向的泄漏如图所示 2、气密性第六章泄漏三角形第六章二、齿形选择接触线：454324，上部是高压力区，下部是吸入压力区，4与机体交点H不重合，形成泄漏三角形，但接触线短，横向气密性好。接触线：154321，上部是高压力区1与机体交点H重合，避免形成泄漏三角形，轴向气密性好，但接触线较长。第六章三、典型齿形1.X齿形齿数比：4：6齿高半径R增大，中心距B缩短；阴转子齿形圆滑。R增大，B缩短，减薄阴转子齿厚，增大了面积利用系数。阴转子齿形圆滑，减少齿形对气流的扰动阻力，降低动力损失和噪声，效率较高。瑞典Atlas 公司第六章三、典型齿形2.Sigma齿形齿数比：5：6，阴阳转子圆周速度接近，有利用提高效率；齿形线离开节圆有一定距离，造成接触线处始终有速度差，有助于提高气密性；BD0，一般的B0.8D0，由于型线离开节圆一定距离，为了保证面积利用系数，转子要有一定齿槽深度，为了不减弱转子的强度，加大中心距。德国Kaeser压缩机公司 第六章三、典型齿形CF齿形：具有X和Sigma齿形的特点，齿形结构更为合理，有资料介绍，CF齿形齿高接近X齿形，面积利用系数大于X齿形，能耗降低10左右。日本神户的齿形瑞典斯达尔（Stals）齿形 CF齿形 德国GHH公司第六章四、结构参数 1.齿高系数与齿数：2.扭转角3.与扭角系数C3.长径比和圆周速度4.长径比L/D0 11.55.最佳速度：2535m/s第六章第三节 热力性能第六章一、输气量1.理论输气量2.实际输气量和容积效率第六章二、内压缩过程1.内容积比、内压力比 第六章第四节 吸排气孔口和输气量调节机构第六章一、吸排气孔口设计l无吸排气阀l两个吸气孔口：轴向-开设在吸气端盖上径向-开设在机体上l两个排气孔口：轴向-开设在排气端盖上径向-开设在滑阀上第六章一、吸排气孔口设计1、吸气孔口1）为了获得尽可能高的容积效率，必须保证压缩机基元容积最大限度的充气；2）严禁在轴向端面的啮合区开设吸气口，避免高低压区串通而产生严重泄漏；3）吸气孔口的形状应确保气体流动阻力小和工艺性好。第六章一、吸排气孔口设计轴向吸气孔口形状：由阴阳转子部分型线或若干曲线组成。图6-20，阳转子齿槽基元容积开始受阴转子填塞，端面吸气孔口应与该基元容积隔开，基元容积停止吸气。图6-21，阳转子有较大扭转角时，按阴转子齿在吸排气端占据阳转子独立基元容积体积相等，端面吸气孔口与该基元容积隔开。第六章一、吸排气孔口设计径向吸气孔口：分别沿阴阳转子螺旋线方向，将机体内壁切深。L：转子轴向长度l1:滑阀固定端长度第六章一、吸排气孔口设计2、排气孔口1）保证工艺所需要的内压力比，对于有内容积比调节的螺杆式压缩机，轴向排气孔口应按设计工况中压力比最大工况开设；2）严禁轴向孔口开设在啮合线范围内，以免高低压区沟通，保证气密性；3）排气口要平滑，减少气体扰动第六章一、吸排气孔口设计轴向排气孔口：开设在排气端座上，位置固定，分别由阴阳转子部分型线或若干曲线组成。按设计工况中的内容积比最大设计。图6-23径向排气孔口：开设在滑阀上，位置和大小可以改变，按设计工况中的内容积比最小设计，或分几档内压缩比设计。图6-25第六章二二、输输气气量量调调节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。10%-100%第六章二、输气量调节滑阀调节第六章2）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。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。4）此调节同时具有卸载启动功能。第六章2.塞柱阀调节塞柱阀调节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。图6-29是75%和50%两档调节。具有卸载启动功能。第六章3、内容积比调节、内容积比调节l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。l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。l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。三、内容积比调节第六章三、内容积比调节第六章内容积比调节内容积比调节-图图6-301-输气量调节滑阀3-内容积比调节滑阀l在进行内容积比调节时，设有径向排气孔口的滑阀1向左移动，则排气孔口缩小；此时3也必须向左移动，紧靠滑阀1。l滑阀1单独调节输气量和卸载启动时，滑阀3通过油孔5放油，脱离滑阀1，造成两滑阀间隔，制冷剂气体旁通。l图6-31三、内容积比调节第六章第五节 转子受力分析螺杆压缩机转子主要受气体力的作用，为研究方便，将作用在转子复杂型面上的气体力分成轴向分力、径向分力、切向分力。第六章一、轴向力端面轴向力：由排气端指向吸气端型面轴向力：阴转子指向排气端，阳转子指向吸气端第六章二、切向力和扭矩第六章三、径向力第六章第六节 开启式和封闭式螺杆压缩机第六章一一、开开启启式式螺螺杆杆压压缩缩机机开启式开启式压缩机的机的优点点 1.压缩机与机与电动机相分离，使机相分离，使压缩机的适用范机的适用范围更广。更广。2.同一台同一台压缩机，可以适机，可以适应不同制冷不同制冷剂，除了采用，除了采用卤代代烃 制制冷冷剂外，通外，通过更改部分零件的材更改部分零件的材质，还可采用氨作制冷可采用氨作制冷剂。3.可根据不同的制冷可根据不同的制冷剂和使用工况条件，配用不同容量的和使用工况条件，配用不同容量的电动机。机。发展展趋势和研究成果和研究成果（1）普遍采用内容积比调节机构；）普遍采用内容积比调节机构；（2）采用单机双级压缩；）采用单机双级压缩；（3）开启螺杆式压缩机的小型化。）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.采用滚动轴承和无油泵系统4.采用水冷电动机5.采用经济器系统第六章一、一、开开启启式式螺螺杆杆压压缩缩机机第六章二、二、半半封封闭闭式式螺螺杆杆压压缩缩机机第六章二二、半半封封闭闭式式螺螺杆杆压压缩缩机机第六章二二、半半封封闭闭式式螺螺杆杆压压缩缩机机第六章二二、半半封封闭闭式式螺螺杆杆压压缩缩机机第六章采用原因：采用原因：当风冷及热泵机组使用工况较恶劣，在高的冷凝压力和低的蒸发压当风冷及热泵机组使用工况较恶劣，在高的冷凝压力和低的蒸发压力时，排气和润滑油温度或内置电动机温度会过高，造成保护装置动作，力时，排气和润滑油温度或内置电动机温度会过高，造成保护装置动作，压缩机停机，为了保证压缩机能在工作界限范围内运行，可采用喷射液压缩机停机，为了保证压缩机能在工作界限范围内运行，可采用喷射液体制冷剂进行冷却降温。体制冷剂进行冷却降温。喷射液体制冷剂以降低排气温度喷射液体制冷剂以降低排气温度 喷液冷却第六章三、全封闭式螺杆压缩机1.润滑系统采用排气压差供油，省去液压泵；2.排气温度较高时，用液体制冷剂和少量油组成的混合液喷入压缩腔；3.输气量调节由微机控制滑阀移动来实现；4.排气冷却电动机，不设专门油分器，机壳内充满高压制冷剂气体。第六章全封闭式螺杆压缩机第六章第七节 螺杆式压缩机装置系统第六章一、螺杆式压缩机机组第六章1 油分离器排气温度较低（80-100），分油效果较好一级油分采用惯性、洗涤、离心、填料和过滤等方法；二级油分利用特别充填物，不锈钢网、玻璃纤维、聚酯纤维和陶瓷等；气流1-6m/s。第六章2 油冷却器推荐油温：氨：25-55，氟利昂：25-45；封闭式压缩机，系统采用喷液冷却，使用高温润滑油，可省去油冷却器。第六章3 止逆阀设置吸排气止逆阀；吸气止逆阀防止停机后，由于气体倒流在吸气管路内凝结。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，造成螺杆型面严重磨损。第六章二二、带带经经济济器器的的螺螺杆杆压压缩缩机机增加制冷量和制热量，以及系统COP，尤其在压差较大工况，效果更加明显，对于R22系统，冷凝温度40 ，蒸发温度35 ，制冷量增加35，功耗增加8，COP上升23。第六章日日本本神神户户两两级级经经济济器器系系统统第六章补补气气口口和和补补气气量量压缩机补气过程所需补气量a1经济器供给补气量a2第六章三三、喷喷液液螺螺杆杆式式压压缩缩机机系系统统喷液体制冷剂代替喷油省去油冷却器，降低排气温度；油有一定黏度，喷液不能完全代替喷油，液和油的比例很重要；喷液点位置很重要，过早喷入增加压缩功，过晚喷入需要液泵。第六章四四、多多台台主主机机并并联联运运转转系系统统在同一系统中采用多台螺杆式压缩机并联来代替单台机运行，在调节工况时，可以节省功率，特别是在较大输气量的系统中尤为有利。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。优点：其一是可以用较少的机型来满足不同输气量的需要，便于制造厂生产，降低成本；其二是使用时可以逐台启动主机，对电网冲击小，启动装置的要求低；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。第六章第八节 单螺杆式压缩机第六章一、工作原理具有内压缩过程，具有内压缩过程，而且一个基元容积而且一个基元容积在旋转一周内，在旋转一周内，完成了两次吸气、完成了两次吸气、压缩和排气循环过压缩和排气循环过程程第六章工作原理转子转子星轮星轮第六章二、结构参数1.转子齿槽数和星轮齿数槽数越多齿间面积越小齿槽长度与齿间面积之比增大，提高了内容积比，但转子基元容积缩小。制冷压缩机内容积比：710，转子6槽；内容积比34，4槽；内容积比1016，8槽。星轮片数Z2与转子齿数Z1互为质数。2.星轮齿形平面直齿形柱面齿形平面直齿反包络齿形第六章结构参数3、星轮直径D2与转子直径D1之比D4、中心距B5、星轮齿片齿宽b和转子齿尖宽c6、啮合角第六章三、输气量、功率和效率1.输气量第六章2、扭矩和功率第六章3、效率提高汽缸体的圆度和同轴度加工精度，注意适当的冷却方法，保持各部分温度均匀，防止热变形过大，以及进一步改进齿形，提高转子与星轮齿片的啮合精度，有利于提高容积效率。第六章四、输气量调节和内容积比调节1.输气量调节（转环块调节，滑阀调节）第六章内容积比调节第六章五、单螺杆压缩机及机组特点1.转子与星轮齿数比：6：11，减少排气脉动，降低了噪声和振动；2.星轮对称布置，转子受两个大小相等方向相反的轴向力，径向力平衡，消除了端面磨损和轴承磨损；3.星轮齿片不受气体压力引起的传递动力作用，可以使用密封和润滑性能好的树脂材料；4.转子旋转一周完成两次压缩，压缩速度快，泄漏时间短，有利于提高容积效率；5.机组结构简化。6.经济器系统第六章第九节 螺杆压缩机的振动和噪声第六章一、噪声1、噪声的形成周期性吸排气噪声管道振动噪声涡流噪声排气过程中回流和膨胀产生的喷射噪声气体泄漏噪声、转子和轴承的运转噪声、电动机噪声。2、降低噪声的途径阻隔其噪声的辐射和降低噪声的发生源。第六章二、振动第六章第十节 安全保护装置第六章一、安全保护对象吸气压力过低；排气压力和温度过高；油温过高；油压异常；油过滤器压差过大；电动机温度过高；转子倒转、电动机接线反相、电网缺相。为了实现安全保护，使用各种温度传感器，继电器和安全阀等元件。第六章二、喷液喷油保护防止排气温度和电动机温度过高，特别是用于热泵工况。