螺桿壓縮機教材

1、第9章 螺桿壓縮機 螺桿壓縮機是瑞典人于1934年發(fā)明的，其最初目的是用于柴油機和燃氣輪機的增壓。20世紀(jì)60年代以前，螺桿壓縮機的發(fā)展非常緩慢，只在軍事裝備中有高速、無油的螺桿壓縮機得以應(yīng)用。之后，噴油技術(shù)應(yīng)用到螺桿壓縮機中，降低了對螺桿轉(zhuǎn)子加工精度的要求，對壓縮機的噪聲、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速等都產(chǎn)生了有利作用。目前，噴油螺桿壓縮機廣泛應(yīng)用于空氣動力、制冷空調(diào)等領(lǐng)域，無油螺桿壓縮機廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。9.1基本組成及工作原理9.1.1 基本組成螺桿壓縮機通常指的是雙螺桿壓縮機，基本組成如圖91所示。在“”字形的氣缸內(nèi)平行地安裝著兩個相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子。通常把節(jié)圓外具有凸齒的轉(zhuǎn)子稱

2、為陽轉(zhuǎn)子（或稱主動轉(zhuǎn)子），把節(jié)圓內(nèi)具有凹齒的轉(zhuǎn)子稱為陰轉(zhuǎn)子（或稱從動轉(zhuǎn)子）。氣缸的兩端用端蓋封住，支承轉(zhuǎn)子的軸承安裝在端蓋的軸承孔內(nèi)。轉(zhuǎn)子上每一個螺旋槽與氣缸內(nèi)表面所構(gòu)成的封閉容積即是螺桿縮機的工作容積。在壓縮機體的兩端，分別開設(shè)有一定形狀和大小的吸排氣孔口，呈對角線布置。此外，還有軸封，同步齒輪、平衡活塞等部件。9.1.2工作原理螺桿壓縮機屬于容積式壓縮機。螺桿壓縮機的工作循環(huán)可分為吸入、輸氣、壓縮和排氣四個過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)，為簡單起見，這里只分析其中的一對齒的工作原理。1.吸入過程和輸氣過程（或統(tǒng)稱為吸氣過程）圖92示出螺桿壓縮機的吸氣過程，所分析

3、的一對齒用箭頭標(biāo)出。在圖92中，陽轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)，圖中的轉(zhuǎn)子端面是吸氣端面。機殼上有特定形狀的吸氣孔口，如圖中粗實線所示。圖92 螺桿壓縮機的吸氣過程(a)吸氣過程即將開始 (b)吸氣過程中 (c)吸氣過程結(jié)束圖92（a）示出吸氣過程即將開始時的轉(zhuǎn)子位置。在這一時刻，這一對齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣孔口連通。隨著轉(zhuǎn)子開始運動，由于齒的一端逐漸脫離嚙合而形成了齒間容積，這個齒間容積的擴大，在其內(nèi)部形成了一定的真空，而此齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中，如圖92（b）中陰影部分所示。在隨后的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，陽轉(zhuǎn)子齒不斷從陰轉(zhuǎn)子的齒槽中脫

4、離出來，齒間容積不斷擴大，并與吸氣孔口保持連通。吸氣過程結(jié)束時的轉(zhuǎn)子位置如圖92（c）所示，其最顯著的特征是齒間容積達到最大值，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，所分析的齒間容積不會再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。2.壓縮過程圖93示出螺桿壓縮機的壓縮過程。這是從上面看相互嚙合的轉(zhuǎn)子。圖中的轉(zhuǎn)子端面是排氣端面，機殼上的排氣孔口如圖中粗實線所示。在這里，陽轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。圖93 螺桿壓縮機的壓縮過程(a)壓縮過程即將開始 (b)壓縮過程中 (c)壓縮過程結(jié)束、排氣過程即將開始圖93(a)示出壓縮過程即將開始時的轉(zhuǎn)子位置。此時，氣體被轉(zhuǎn)子齒和機殼包圍在一個封團的空

5、間中，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合就要開始減小。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減小。被密封在齒間容積中的氣體所占據(jù)的體積也隨之減小，導(dǎo)致壓力升高，從而實現(xiàn)氣體的壓縮過程。如圖93(b)所示。壓縮過程可一直持續(xù)到齒間容積即將與排氣孔口連通之前，如圖93(c)所示。3.排氣過程圖94示出螺桿壓縮機的排氣過程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過排氣孔口被排出圖94（a）。這個過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合圖94（b）。此時，齒間容積內(nèi)的氣體通過排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積的體積將變?yōu)榱?。圖94 螺桿壓縮機的排氣過程(a)

6、排氣過程中 (b)排氣過程結(jié)束從上述工作原理可以看出，螺桿壓縮機是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運動的容積式氣體壓縮機械。氣體的壓縮依靠容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借助壓縮機的一對轉(zhuǎn)子在機殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運動來達到目的。與活塞式壓縮機的區(qū)別，是它的工作容積在周期性擴大和縮小的同時，其空間位置也在變更。只要在機殼上合理地配置吸、排氣孔口，就能實現(xiàn)壓縮機的基本工作過程吸入、輸氣、壓縮及排氣過程。9.1.3 螺桿壓縮機的優(yōu)、缺點就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機與活塞壓縮機相同，都屬于容積式壓縮機。就主要部件的運動形式而言，又與透平壓縮機相似。所以，螺桿壓縮機同時兼有上述兩類壓縮機的特點。螺桿壓縮機的主要優(yōu)點

7、：(1)可靠性高。螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，因而它運轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達48萬小時。(2)操作維護方便。操作人員不必經(jīng)過長時間的專業(yè)培訓(xùn)，可實現(xiàn)無人值守運轉(zhuǎn)。(3)動力平衡性好。螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力，機器可平衡地高速工作，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)，特別適合用作移動式壓縮機，體積小、重量輕、占地面積小。(4)適應(yīng)性強。螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣的范圍內(nèi)能保護較高的效率。(5)多相混輸。螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面間實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。螺桿壓縮機的主要缺點：(1)造價高。螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面是一空

8、間曲面，需利用特制的刀具，在價格昂貴的專用設(shè)備上進行加工。另外，對螺桿壓縮機氣缸的加工精度也有較高的要求。所以，螺桿壓縮機的造價較高。(2)不能用于高壓場合。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面限制，螺桿壓縮機只能適用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不能超過4.5MPa。(3)不能制成微型機。螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min時，螺桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能。9.2 分類螺桿壓縮機有多種分類方法：按運行方式的不同，分為無油壓縮機和噴油壓縮機兩類；按被壓縮氣體種類和用途的不同，分為空氣壓縮機、制冷壓縮機和工藝壓縮機三種；按結(jié)構(gòu)形式的不同，分為移動式和固定式、開啟式和封閉

9、式等。常見的螺桿壓縮機分類見下面：上述每種螺桿壓縮機的工作原理完全相同，但在某個主要特征上又有顯著的區(qū)別。每一種螺桿壓縮機都有其固定特點，滿足一定的功能，并適用于一定的使用范圍。在無油螺桿壓縮機中，氣體在壓縮時不與潤滑油接觸。無油螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)可參考本章第1節(jié)圖91所示，無油機器的轉(zhuǎn)子并不直接接觸，相互間存在一定的間隙。陽轉(zhuǎn)子通過同步齒輪帶動陰轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，同步齒輪在傳輸動力的同時，還確保了轉(zhuǎn)子間的間隙。值得指出的是：所謂“無油”，指的是氣體在被壓縮過程中，完全不與油接觸，即壓縮機的壓縮腔或轉(zhuǎn)子之間沒有油潤滑。但壓縮機中的軸承、齒輪等零部件，仍是用普通潤滑方式進行潤滑的，只是在這些潤滑部位和

10、壓縮腔之間，采取了有效的隔離軸封。在噴油螺桿壓縮機中，大量的潤滑油被噴入所壓縮的氣體介質(zhì)中，起著潤滑、密封、冷卻和降低噪聲的作用。圖95為噴油螺桿壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖，噴油機器中不設(shè)同步齒輪，一對轉(zhuǎn)子就像一對齒輪一樣，由陽轉(zhuǎn)子直接帶動陰轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。所以，噴油螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)更為簡單。9.3技術(shù)參數(shù)9.3.1型線種類轉(zhuǎn)子型線種類對螺桿壓縮機的性能具有重要的影響，型線種類的區(qū)別在于采用不同的組成齒曲線。第一代和第二代轉(zhuǎn)子型線通常是“線”密封的型線，即其組成齒曲線中含有“點”，這些點沿轉(zhuǎn)子的長度方向便形成了一條密封線。第三代和以后的各種新的不對稱型線，一般都是“帶”密封的型線，即其組成齒曲線中不再含有“點

11、”，而都是“曲線段”，這些曲線段沿轉(zhuǎn)子長度方向便形成了有一定寬度的密封帶?！皫А泵芊庑途€的性能明顯優(yōu)于“線”密封型線，特別是在高壓比工況或轉(zhuǎn)子直徑較小的中小型螺桿壓縮機中，這種“帶”密封型線的優(yōu)勢更為明顯。所以，在各種類型的螺桿壓縮機中，都盡量采用各具特色的“帶”密封線。9.3.2轉(zhuǎn)子齒數(shù)在通常的使用條件下，螺桿壓縮機陽/陰轉(zhuǎn)子的齒數(shù)一般在3/310/11之間，最常用的是3/4、4/5、4/6、5/6、5/7、6/8等。圖96示出3/4、4/6、和6/8的三種齒數(shù)組合。對于圖96a所示的3/4組合形式，其轉(zhuǎn)子直徑較小，因此具有泄漏線長度與容積量之比較小的優(yōu)點，可使壓縮機具用較高的效率，但其抗彎

12、剛度卻較差。在一般的螺桿壓縮機中，和陰轉(zhuǎn)子相比，陽轉(zhuǎn)子齒根圓直徑都較大，齒也比較寬厚。由于3/4組合形式的陰轉(zhuǎn)子直徑很小，當(dāng)壓差太大時，它將會產(chǎn)生較大的彎曲變形，甚至與機體相接觸。所以，這種形式多用于壓差較小的應(yīng)用場合，如物料的氣力輸送、多級壓縮機的低壓級等，以便發(fā)揮其效率較高的優(yōu)點。另外，由于其轉(zhuǎn)子齒數(shù)少、直徑小，因此還具有制造成本低、重量輕和尺寸小的優(yōu)點。與3/4的形式正好相反，對于圖96c所示的6/8組合方案，轉(zhuǎn)子直徑較大，因此泄漏線長度也較長，導(dǎo)致壓縮機的效率較低。但另一方面，由于其陰轉(zhuǎn)子直徑較大，故抗彎能力較強。所以，這種形式可以適用于壓力差很大的場合，例如高壓差的螺桿工藝壓縮機和微

13、小型的螺桿制冷壓縮機等。圖96b所示的4/6組合形式轉(zhuǎn)子剛度適中，并且陰陽轉(zhuǎn)子的剛度相近，壓縮機的效率也較高。因此獲得了較為廣泛的應(yīng)用。應(yīng)指出的是，在一般的螺桿空氣壓縮機中，新的不對稱型線趨于采用5/6的齒數(shù)組合，而在常規(guī)的螺桿制冷壓縮機中，新的不對稱型線則趨于采用5/7的組合形式。實測性能表明，這兩種形式在剛度上也是足夠的，并且可比4/6組合形式具有更高的效率。圖96 不同的轉(zhuǎn)子齒數(shù)組合a)3/4組合 b)4/6組合 c)6/8組合9.3.3齒高半徑隨著轉(zhuǎn)子齒高半徑的增大，面積利用系數(shù)也增加，但如圖97所示，過分大的齒高半徑，往往會使陰轉(zhuǎn)子齒根寬度不足，以致加工齒面時，因齒的剛度不足而達不到

14、預(yù)期的加工精度。在一般情況下，齒高半徑與轉(zhuǎn)子中心距的比值R/A應(yīng)在0.150.35的范圍內(nèi)。圖97 齒高半徑對陰轉(zhuǎn)子齒根部寬度的影響9.3.4齒頂高轉(zhuǎn)子齒頂高太大時，過大的泄漏三角形面積會使壓縮機的效率降低。當(dāng)齒頂高不當(dāng)時，會使作用在陰轉(zhuǎn)子上的合力矩太小，在工況變動時，有可能使合力矩的方向發(fā)生改變，從而產(chǎn)生異常的噪聲和振動。圖98示出了轉(zhuǎn)子齒頂高對壓縮機熱力性能和動力特性的影響。在一般的雙邊型線中，齒機高H與轉(zhuǎn)子中心距A的比值H/A應(yīng)在0.0050.05的范圍內(nèi)。圖98齒頂高對壓縮機熱力性能和礬力特性的影響9.3.5轉(zhuǎn)子嚙合間隙在螺桿壓縮機中，陰陽轉(zhuǎn)子間沿接觸線的嚙合間隙，對壓縮機的性能具有重

15、要的影響。這是因為接觸線兩側(cè)的壓力差較大，通過此泄漏通道的泄漏，占了整個泄漏損失的絕大部分。圖99示出不同陽轉(zhuǎn)子齒頂速度Vm時，壓縮機的容積效率v和絕熱效率ad隨轉(zhuǎn)子嚙合間隙的變化情況。從中可以看出，隨著嚙合間隙的增大，兩種效率都呈線性下降。特別是在齒頂速度低的情況下，效率下降更快。一般情況下，嚙合間隙每增大0.01mm，容積效率就要下降1%3%。嚙合間隙的具體數(shù)值主要取決于轉(zhuǎn)子的尺寸和材料，一般可按0.03%0.08%D選?。―為轉(zhuǎn)子外徑）。圖99 容積效率和絕熱效率與嚙合間隙的關(guān)系(a) 容積效率與嚙合間隙的關(guān)系 ； (b) 絕熱效率與嚙合間隙的關(guān)系直線表示v40m/s ; 點劃線表示v3

16、0m/s ; 虛線表示v20m/s9.3.6轉(zhuǎn)子端面間隙和齒頂間隙在螺桿壓縮機中，吸氣端面基本不存在壓力差，因此吸氣端的間隙顯得相對無關(guān)緊要。但在排氣端面卻有從排氣壓力到吸氣壓力的壓力差，這意味著排氣端間隙對螺桿壓縮機來說非常重要。所以在螺桿壓縮機裝配中，所有為防止熱膨脹而預(yù)留的間隙都放在吸氣端，以便把這種膨脹對排氣端間隙的影響減到最小。起軸向定位作用的推力軸承一般總是放在排氣端，因此影響排氣端面間隙的只是排氣端面與推力軸承間一段軸的膨脹。隨著加工精度的不斷提高，螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的排氣端面間隙越來越小。在噴油螺桿壓縮機中，當(dāng)排氣端面間隙太小時，由于轉(zhuǎn)子端面與排氣端板之間油的粘性摩擦損失較大，反而

17、會使壓縮機的性能下降。轉(zhuǎn)子排氣端面間隙的一般取值范圍為0.010.1mm。另外，在螺桿壓縮機中，陰陽轉(zhuǎn)子的齒頂與其氣缸孔之間也要留有一定的間隙，以補償轉(zhuǎn)子變形和加工誤差。這種齒頂間隙對螺桿壓縮機性能的影響，與排氣端面間隙類似，其數(shù)值通常也應(yīng)在0.010.1mm之間。9.3.7壓力比和壓力差壓力比和壓力差是影響螺桿壓縮機尺寸、重量和性能主要參數(shù)，當(dāng)壓力比和壓力差太大時，就需采用多級壓縮的配置形式。排氣溫度是限制壓縮機壓力比的主要因素。例如，在無油螺桿壓縮機中，假設(shè)從常溫、常壓下吸入雙原子氣體，如果壓力比為4，則壓縮機的排氣溫度將高達200以上。此時轉(zhuǎn)子的熱變形會很大，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接觸損傷，造成嚴(yán)

18、重事故。而且，過高的排氣溫度，使整機溫度升高，對密封件和潤滑系統(tǒng)的工作都會帶來不利。所以，無油機器單級的壓力比一般應(yīng)小于4。若壓縮介質(zhì)有易燃、易爆、易裂解、易聚合等特性時，就應(yīng)根據(jù)其特性作更嚴(yán)格的限制。壓力差也是限制壓力比提高的又一重要因素，在無油機器的高壓級或增壓螺桿壓縮機中，雖然壓力比一般小于2，因而氣體壓縮終溫并不算高，但這時吸、排氣壓力差值卻很大。在噴油螺桿壓縮機中，噴入的油起著極其良好的內(nèi)冷卻作用，級的壓力比通常為810，個別高達20以上，但排氣溫度也不超過110。在以上兩種情況下，往往轉(zhuǎn)子隨高壓差的作用，轉(zhuǎn)子的剛度會明顯不足，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不允許的機械變形，嚴(yán)重時會出現(xiàn)嚙合部位咬死等事

19、故。同時，軸承的運轉(zhuǎn)帶來不利。此外，高的壓差使氣體的泄漏量大為增加，容積率隨之降低。螺桿壓縮機所能承受的壓力差，主要取決于轉(zhuǎn)子長徑比和陰陽轉(zhuǎn)子的齒數(shù)組合。對于常用的陰陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)分別為6和4壓縮機，當(dāng)長徑比2.2時，只能承受1.0MPa的壓差。當(dāng)長徑比減小為1.1時，就能承受3.5 MPa的壓差。當(dāng)陰陽轉(zhuǎn)子的齒數(shù)分別增大到8和6時，轉(zhuǎn)子長徑比為1.1的螺桿壓縮機所能承受的壓差就可達到5.0 MPa。9.3.8排氣壓力和吸氣壓力螺桿壓縮機可以達到的排氣壓力主要取決于其機體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子長徑比及所用材料等因素。對于陰陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)分別為6和4的壓縮機，當(dāng)轉(zhuǎn)子長徑比為1.65，機體材料為普通灰鑄鐵時，可以達到

20、2.5 MPa的排氣壓力。若將轉(zhuǎn)子長徑比減小1.1，機體材料變?yōu)榍蚰T鐵或鑄鋼時，就可以達到4.5MPa的排氣壓力。近年來在開發(fā)高壓噴油螺桿壓縮機方面已取得了較大的進展，已有機器能達到9.0MPa排氣壓力。作為一種新型工藝流程壓縮機，這種高壓噴油螺桿壓縮機已獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，特別適合于天然氣的管道輸送和各種化工流程。螺桿壓縮機既可作為真空泵，又可作為多級壓縮機的高壓級，因此其吸氣壓力可以在很大的范圍內(nèi)變化。但螺桿壓縮機通常都具有固定的內(nèi)容積比，當(dāng)吸氣壓力升高時，其內(nèi)壓縮終了壓力可能會遠遠大于實際的排氣壓力，從而導(dǎo)致各種故障的產(chǎn)生。所以螺桿壓縮機的最大吸氣壓力應(yīng)根據(jù)其所能承受的排氣壓力、內(nèi)

21、容積比以及被壓縮介質(zhì)進行確定。在一般情況下，螺桿壓縮機的吸氣壓力應(yīng)小于3.0 MPa。9.3.9齒頂速度和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子齒頂圓周速度是影響螺桿壓縮機尺寸、重量、效率及傳動方式的一個重要因素。習(xí)慣上，常用陽轉(zhuǎn)子齒頂圓周速度值來表征。提高齒頂速度，壓縮機的重量及外形尺寸指標(biāo)均將得到改善，通過壓縮機各間隙處的氣體相對泄漏量將會減少，同時也就提高了壓縮機的容積效率和絕熱效率。與此同時，它使氣體在吸排氣孔口及齒間容積內(nèi)的流動損失、轉(zhuǎn)子摩擦損失、鼓風(fēng)損失、噴油機器的擊油損失相應(yīng)增加，致使絕熱效率降低。從理論上講，只在某一最佳齒頂速度下，總損失最小，其時壓縮機效率取得最高值。實際上，最佳齒頂速度的具體數(shù)值受眾多因

22、素的影響，它與轉(zhuǎn)子型線、運行方式、壓力差、壓力比、容積流量、氣體性質(zhì)、間隙等因素有關(guān)。此外，機器結(jié)構(gòu)、氣體流動表面的粗糙度等，也對最佳齒速度值有影響。無油螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒頂速度對壓縮機絕熱效率的影響如圖9-10所示，轉(zhuǎn)子齒頂速度的范圍大約為50100m/s。這個齒頂速度范圍并不是從機械方面考慮而作出的限制，如果齒頂速度超出這個范圍，并不會產(chǎn)生機械破壞和失效，但將導(dǎo)致壓縮機效率降低，噪聲和振動增大。圖910 無油螺桿壓縮機齒頂速度對絕熱效率的影響1有泄漏、無摩擦 ； 2有摩擦、無泄漏； 3有摩擦、有泄漏在噴油螺桿壓縮機中，轉(zhuǎn)子齒頂速度所受到的限制，在原理上是與無油螺桿壓縮機一樣，只是具體數(shù)據(jù)的

23、大小不同。由于油在壓縮機內(nèi)可以起到有效的密封作用，使泄漏量減小，因此保持相同效率所需的最低速度也會相應(yīng)降低。另一方面，噴入的油在隨轉(zhuǎn)子快速轉(zhuǎn)動的同時，轉(zhuǎn)子之間及轉(zhuǎn)子齒頂與機殼之間，都會產(chǎn)生一定的粘性摩擦損失。這些損失隨著齒頂速度的提高而增大，效率也隨之降低。因此，噴油螺桿壓縮機齒頂速度的最大值也要相應(yīng)減少。在噴油螺桿壓縮機設(shè)計中，齒頂速度的取值范圍通常為1050m/s。另外，螺桿壓縮機的最佳齒頂圓周速度還與被壓縮氣體的種類有關(guān)。對于重氣體介質(zhì)，其聲速較低，因此泄漏量相對較少，可采用較低的齒頂速度。對于輕氣體介質(zhì)，由于其聲速度高，因此泄漏的影響相對較大，需采用較高的齒頂速度。齒頂速度確定后，轉(zhuǎn)速

24、也隨之而定。容積流量相同時，不對稱型線的轉(zhuǎn)速遠低于對稱型線的轉(zhuǎn)速。通常，噴油機器的轉(zhuǎn)速范圍為70010000r/min，無油機器的轉(zhuǎn)速范圍為300020000r/min。在一些螺桿壓縮機中，機器的轉(zhuǎn)速還會受到軸承、軸封、齒輪或傳動帶等的限制。當(dāng)這些零部件所能承受的最高速度低于壓縮機效率所限制的最高轉(zhuǎn)速時，便要給予優(yōu)先考慮。9.4結(jié)構(gòu)特點9.4.1機體機體是螺桿壓縮機的主要部件。它由中間部分的氣缸及兩端的端蓋組成。為了制造方便，轉(zhuǎn)子直徑較小時，常將排氣側(cè)端蓋或吸氣側(cè)端蓋與氣缸鑄成一體，制成帶端蓋的整體結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子順軸向裝入氣缸。在較大的機器中，氣缸與吸氣和排蓋端蓋常常是分開的。有的大型螺桿壓縮機還

25、在轉(zhuǎn)子軸線平面設(shè)水平剖分面，這種結(jié)構(gòu)便于機器的拆裝和間隙的調(diào)整。具有吸氣通道或排氣通道的端蓋，有整體式結(jié)構(gòu)的，也有中分式結(jié)構(gòu)的。通常端蓋內(nèi)置有軸封、軸承，有的端蓋同時還兼作增速齒輪或同步齒輪的箱體。如前所述，螺桿壓縮機中氣體的流動大致呈對角線方向。但是，在外形上吸、排氣通道卻不一定按對角線方向布置，它可按機組尺寸和附屬設(shè)置進行配置。只要通過適當(dāng)安排轉(zhuǎn)子的螺旋旋向和機體上的吸排氣孔口，幾乎可以在任何位置安排吸、排氣通道。對吸、排氣通道的要求是平滑過渡和流速低。以期減少流動的損失。氣體在吸、排氣通道的流速范圍通常為2835m/s。如圖911所示，吸氣端的機體可以設(shè)計成讓吸入氣體從頂部或底部進入，沿

26、徑向進入機體。如果需要，當(dāng)然也可以采用軸向吸氣。與吸氣類似，排氣也可設(shè)計在機體的頂部或底部，可采用軸向或徑向排氣。實際中采用何種布置方案，往往視總體設(shè)計及產(chǎn)品系列化的要求而定。圖911 機體上吸排氣通道的布置干式螺桿壓縮機的氣缸及排氣側(cè)端蓋通常制成雙層壁結(jié)構(gòu)，夾層內(nèi)通以冷卻水或其它冷卻液體，以保證氣缸的形狀不發(fā)生改變。在排氣溫度小于100的情況下，機體并不需要專門的冷卻裝置，向空氣的散熱即足以保證機體幾何尺寸不發(fā)生改變，故也可采用單層壁結(jié)構(gòu)。但為了增強自然對流冷卻效果，要在外壁上順氣流方向設(shè)有冷卻翅片。另外，這種冷卻翅片還可使機體的剛性增加。噴油螺桿壓縮機的機體多采用如圖912所示的單層結(jié)構(gòu)。

27、在這種結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子包含在機體中，機體的外側(cè)即為大氣。為給進氣和排氣留下氣體流動的空間，機體需向外作必要的延伸。在螺桿空氣壓縮機中，這樣的結(jié)構(gòu)強度已足夠，因而不需要進一步的加強措施。對制冷和工藝壓縮機，由于它們工作在壓力較高的工況下，因而必須以加強肋的形式對機體外部進行加強，以避免發(fā)生變形或開裂。 圖912 單層壁結(jié)構(gòu)機體噴油螺桿壓縮機的機體有時也采用如圖913所示的雙層壁結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，外壁為隨全部壓力的密閉殼，由于它是圓柱形的，因而并不會因壓力而產(chǎn)生變形，也就不需要特別的加強措施。另外，外壁還承受著聯(lián)接法蘭的負荷，使之不會傳遞到內(nèi)部轉(zhuǎn)子的氣缸體上。雙層壁結(jié)構(gòu)還有一個優(yōu)點，就是第二層壁同時又

28、是一個隔音板，它能使傳播到機器外的噪聲有所降低。雙層壁結(jié)構(gòu)的壓縮機多用于高壓力的場合，用于低壓力工況時，它也具有上述其它優(yōu)點。圖913 雙層壁結(jié)構(gòu)機體特別是在如圖914所示的封閉式螺桿壓縮機中，通常將潤滑油的油箱內(nèi)置于雙層壁的機體之內(nèi)，更能使機器的噪聲大幅度下降。無論何種結(jié)構(gòu)的機體，都應(yīng)具有良好的剛度。為此，在機體的外表面、底座，甚至在吸、排氣通道內(nèi)合理布置加強肋，以確保氣缸、軸承、軸封等部分的同心度、平行度，以保證轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)之需要。 圖914 封閉式壓縮機的雙層壁結(jié)構(gòu)機體機體的材料主要取決于所要達到的排氣壓力和被壓縮氣體的性質(zhì)。當(dāng)排氣壓力小于2.5MPa時，可采普通灰鑄鐵；當(dāng)排氣壓力大于2

29、.5MPa時，就應(yīng)采用鑄鋼或球墨鑄鐵。另外，普通灰鑄鐵可用于空氣等惰性氣體，鑄鋼或球墨鑄鐵可用于碳氫化合物和一些輕微腐蝕性氣體。對于腐蝕性氣體、酸性氣體和含水氣體，就要采用高合金鋼或不銹鋼。對于腐蝕性氣體介質(zhì)，也可采用在普通鑄鐵材料上噴涂或刷鍍一層防腐材料的方法，達到防腐的目的。9.4.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是螺桿壓縮機的主要零件，其結(jié)構(gòu)有整體式與組合式兩類。當(dāng)轉(zhuǎn)子直徑較小時，通常采用整體式結(jié)構(gòu)圖9-15（a）。而當(dāng)轉(zhuǎn)子直徑大于350mm時，為節(jié)省材料和減輕重量，轉(zhuǎn)子常采用組合式結(jié)構(gòu)圖9-15（b）、（c）、（d）。當(dāng)排氣溫度較高時，為了減少轉(zhuǎn)子的變形，干式螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子有時采用內(nèi)部冷卻的結(jié)構(gòu)。圖9-1

30、6所示為一種無油壓縮機轉(zhuǎn)子內(nèi)部冷卻系統(tǒng)圖。 圖915 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖916 轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)在螺桿壓縮機中，有時在陰、陽轉(zhuǎn)子的齒頂設(shè)有密封齒，并在陽轉(zhuǎn)子齒根圓的相應(yīng)部分開密封槽，如圖917所示。密封齒數(shù)及其位置，有多種形式。以陰轉(zhuǎn)子為例，圖918中示出、共三種方案。另外，有時還在轉(zhuǎn)子的端面，特別是排氣端面，加工成許多密封肋，其形狀如圖917中A-A、B-B剖視圖所示。這種密封齒可與轉(zhuǎn)子作為一體，也可以鑲嵌在銑制的窄槽內(nèi)。大多數(shù)的干式螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子齒頂設(shè)有密封齒，其目的是使壓縮機在實際運行工況下間隙盡可能小。由于這些密封齒的橫截面積很小，因而能在不產(chǎn)生太多熱量的情況下，在剛開始運行后的一段時間內(nèi)“磨合

31、”到最佳的尺寸，能對加工誤差、轉(zhuǎn)子變形和熱膨脹進行補償。從而使壓縮機在工作時，能保持非常小的均勻間隙，使泄漏量盡量減少。圖917 轉(zhuǎn)子密封齒 圖918 密封齒形式從上面的分析可知，當(dāng)干式螺桿壓縮機被逐步加載到額定的運行工況和相應(yīng)的排氣溫度時，可以得到壓縮機在該工況下的最高效率。當(dāng)壓縮機在更高排氣溫度下運行一段時間后，再在低排氣溫度工況下運行時，壓縮機的效率將降低一些。這是因為密封齒在過高的溫度下會產(chǎn)生更多的磨損，從而導(dǎo)致運行在較低溫度工況時，泄漏量增大。另外，非正常情況下，這些密封齒還能起到應(yīng)急保護作用。如當(dāng)轉(zhuǎn)子振動、軸承損壞，致使轉(zhuǎn)子與氣缸接觸時，密封齒可防止引起大面積的咬傷，避免出現(xiàn)嚴(yán)重事

32、故。齒頂密封齒的設(shè)置，會導(dǎo)致螺桿壓縮機的泄漏三角形面積增大。另外，齒頂和端面密封齒的設(shè)置，還給加工帶來了困難，加大了制造費用。因此，在噴油螺桿壓縮機中，由于排氣溫度較低，轉(zhuǎn)子熱脹較小，一般認為以不設(shè)置密封齒為宜。當(dāng)螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線的齒頂圓附近截面足夠小時，型線本身就可以起到齒頂密封齒的作用。螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的毛壞常為鍛件，一般多采用中碳鋼，如45鋼等。有特殊要求時，也有用40Cr等合金鋼或鋁合金的。目前，不少轉(zhuǎn)子采用球墨鑄鐵，既便于加工，又降低了成本。常用的球墨鑄鐵牌號為QT600-3等。轉(zhuǎn)子精加工后，應(yīng)進行動平衡校驗。校驗時，允許在吸入端面較厚的部分取重。允許的不平衡力矩，因機器的尺寸和轉(zhuǎn)數(shù)

33、不同，通常是（0.051.0）N·m，可近似地取作（0.10.2）G×10-3 N·m（G為轉(zhuǎn)子重量，單位：N）。尺寸小、轉(zhuǎn)速高的機器應(yīng)取偏低值。9.4.3軸承在螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子上，作用有軸向力和徑向力。軸向力是由于轉(zhuǎn)子兩側(cè)所受壓力不同而產(chǎn)生的，其大小與轉(zhuǎn)子直徑、長徑比、內(nèi)壓比及運行工況有關(guān)，由于轉(zhuǎn)子一端是吸氣壓力，另一端是排氣壓力，再加上內(nèi)壓縮過程的影響，以及一個轉(zhuǎn)子驅(qū)動另一轉(zhuǎn)子等因素，便產(chǎn)生了軸向力。軸向力的大小是轉(zhuǎn)子直徑、內(nèi)壓比及運行工況的函數(shù)。另外，由于內(nèi)壓縮的存在，排氣端的徑向力要比吸氣端大。由于轉(zhuǎn)子的形狀及壓力作用面積不同，兩轉(zhuǎn)子所受的徑向力大小也不一

34、樣，實際上陰轉(zhuǎn)子的徑向力較大。軸向力之間的差別比徑向力的差加別大得多，陽轉(zhuǎn)子所受軸向力大約是陰轉(zhuǎn)子的四倍。螺桿壓縮機常用的軸承有滾動軸承和滑動軸承兩種。由于氣體力引起的軸承負荷很大，因此，氣體軸承和磁懸浮軸承等并不適用于螺桿壓縮機。向心軸承分為球軸承和滾子軸承，包括深溝球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承和圓錐滾子軸承。滾動軸承游隙小，摩擦損耗小，維護也比較簡單，有利于提高壓縮機的效率。但這些軸承都有一個工作壽命，它是根據(jù)軸承的負荷、速度、結(jié)構(gòu)材料、溫度和潤滑狀況而計算出來的數(shù)值。此外，由于每個軸承內(nèi)的所有工作元件并不是絕對均勻的，因而，一個滾球或滾柱稍微比其它滾珠或滾柱大一點，就會承

35、受大部分的載荷 ，從而使之很快失效。同樣，如果某個元件比其它元件稍小，它就會承受很少的載荷，從而其它組件承受的載荷增大，導(dǎo)致它們壽命的降低。在滾動軸承的壽命計算中，考慮了上述的所有因素。它是對大量工作在額定工況下的軸承壽命作數(shù)值統(tǒng)計后，得出的統(tǒng)計平均值。因而有的軸承壽命會比計算壽命長，有些會比計算壽命短。描述滾動軸承壽命值的標(biāo)準(zhǔn)方法為“L10”壽命，它通常用運行小時數(shù)來表示，但當(dāng)運行速度是變化的時候，也可用轉(zhuǎn)數(shù)來表示。這個數(shù)值很容易被誤解，它并不是所有的軸承所能持續(xù)的壽命，而是10%的軸承發(fā)生失效時的壽命值，L10中的10也即此意。因此，螺桿壓縮機采用滾動軸承時，一般應(yīng)使選用軸承的計算壽命為5

36、0000h以上，以保證在合理的工作時間內(nèi)，很少發(fā)生軸承失效的故障。滾動軸承的承載能力隨軸承直徑的增大而增大，但是它沒有軸向載荷隨轉(zhuǎn)子直徑的增大速度快。這意味著在中小型螺桿壓縮機中，滾動軸承的壽命較長。在大型螺桿壓縮機中，由于壽命太短，有時不宜采用滾動軸承?；瑒虞S承又稱為流體動力軸承，是指軸被油膜支撐起來。軸承內(nèi)油膜的形式取決于軸承的結(jié)構(gòu)形狀。既然軸運行在油膜之上，因而也不存在機械磨損部件，也無所謂軸承壽命。所以，只要軸承被充以適當(dāng)粘度和品質(zhì)的潤滑油，工作在適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟认?，并且油被很好的過濾，滑動軸承將永遠工作下去。另外很重要的一點是，這類軸承不易受速度變化的影響。但滑動軸承的加工和裝配都不

37、及滾動軸承方便，較大的游隙也要求壓縮機的各處間隙增大，導(dǎo)致泄漏量增多，壓縮機效率降低。在螺桿壓縮機應(yīng)用中，無論采用何種形式的軸承，都應(yīng)確保轉(zhuǎn)子的一端固定，另一端能夠伸縮。一般情況下，轉(zhuǎn)子在排出側(cè)軸向定位，在吸入側(cè)留有較大的軸向間隙，讓其自然膨脹，以便保持排出端有不變的最小間隙值，使氣體泄漏為最小，并避免端面磨損。在無油螺桿空氣壓縮機中，通常采用高精度的滾動軸承，以便得到高的安裝精度，使壓縮機獲得良好的性能。由于無油螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)速很高，在選擇滾動軸承時，應(yīng)保證其有足夠長的壽命。無油螺桿壓縮機工作在中壓或高壓工況里，滾動軸承的計算壽命往往較低，因此無油螺桿壓縮機的軸向或徑向軸承有時也采用滑動軸承

38、。在噴油螺桿空氣壓縮機中，由于軸向力及徑向力都不大，故都采用滾動軸承。承受軸向力的軸承放在排氣端，以獲得最小的排氣端面間隙。通常，用分別安裝在轉(zhuǎn)子兩端的圓柱滾子軸承承受轉(zhuǎn)子的徑向載荷，用安裝在排氣端的一個角接觸球軸承承受軸向載荷，并向轉(zhuǎn)子進行雙向定位。在一些機器中，也用一對背靠背安裝的圓滾子軸承或角接觸球軸承同時承受徑向和軸向載荷。螺桿制冷和工藝壓縮機的載荷可以比空壓機小得多，也可能比它大得多，這是因為這類壓縮機的吸氣壓力及排氣壓力的變化范圍都非常大。在小載荷的螺桿制冷和工藝壓縮機中，特別是半封閉螺桿制冷壓縮機和普通的螺桿制冷壓縮機中，都采用滾動軸承承受徑向力和軸向力，并對轉(zhuǎn)子進行準(zhǔn)確的定位，

39、從而使各處泄漏間隙減少到最小，使壓縮機的效率得到提高。在大載荷的螺桿制冷和工藝壓縮機中，由于使用滾動軸承壽命太短，往往采用滑動軸承，值得指出的是，雖然螺桿壓縮機中的徑向力無法消除，必須全部由軸承來承受，但部分或全部軸向力卻是可以消除的。通常用一個平衡活塞或類似裝置，在它兩邊施加一定的壓差，來達到這一目的。一般用高壓油提供所需壓力，也可由高壓氣體來提供所需壓力。由于軸向力不一樣，兩轉(zhuǎn)子所用的平衡活塞直徑也不一樣，或者有時只在陽轉(zhuǎn)子上設(shè)平衡活塞。圖919所示為一個油壓平衡活塞的結(jié)構(gòu)。圖919 油壓平衡活塞結(jié)構(gòu)在中小型制冷和工藝壓縮機中，采用軸向滑動軸承時，由于游隙較大，會導(dǎo)致排氣端面間隙過分增大，

40、進而影響壓縮機的經(jīng)濟性。當(dāng)壓縮機運行在高載荷時，這個問題顯得更為突出。故通常采用平衡活塞的結(jié)構(gòu)，從而使軸向軸承仍可采用滾動軸承，而徑向力則還是由重載巴氏合金制做的滑動軸承來承擔(dān)，圖920示出這種形式。圖920 滑動軸承和滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)對于大型制冷和工藝壓縮機，排氣端面間隙就顯得不那么重要了。因為對于給定的長徑比，泄漏通道的面積與轉(zhuǎn)子直徑成正比，而齒間容積則與轉(zhuǎn)子直徑的平方成正比。所以，大型噴油螺桿制冷和工藝壓縮機，多采用滑動軸承作為軸向推力軸承。由于不存在壽命問題，承載能力也較大，此時一般不需要軸向力平衡活塞。9.4.4軸封1.無油螺桿壓縮機軸封在無油螺桿壓縮機中，壓縮過程是在一個完全無油

41、的環(huán)境中進行的，這就要求在壓縮機的潤滑區(qū)與氣體區(qū)之間設(shè)置可靠的軸封。軸封不僅需要能在高圓周速度之下有效的工作，并且必須有一定的彈性，以適應(yīng)采用滑動推力軸承時轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生的軸向移動。另外，軸封的材料還必須能耐壓縮機所壓縮氣體的化學(xué)腐蝕。目前，無油螺桿壓縮機的軸封主要有石墨環(huán)式、迷宮式和機械式三種。圖921示出最常用的石墨環(huán)式油封，這種軸封包括一組密封盒，密封盒的數(shù)量隨密封壓力的不同而不同，一般為45個，且排氣側(cè)的密封盒數(shù)多于吸氣側(cè)的密封盒數(shù)。石墨環(huán)4在軸向靠波紋彈簧2壓緊在密封盒5和保護圈1的側(cè)面上，以防止氣體經(jīng)石墨環(huán)的兩側(cè)面泄漏。圖921 石墨環(huán)式軸封1.保護圈 2.波紋彈簧 3.引氣環(huán) 4.整

42、圈石墨環(huán) 5.密封盒石墨環(huán)式軸封的密封環(huán)由摩擦系數(shù)較低的石墨制成，由于石墨具有良好的自潤滑性，即使石墨環(huán)與軸頸接觸也無妨礙。為了保證強度和使環(huán)孔的熱膨脹率與轉(zhuǎn)子軸材料的熱膨脹率相同，在密封環(huán)上往往還裝有鋼制支撐環(huán)。這樣，就可使密封環(huán)和軸之間的間隙很小，以達到好的密封效果，并且在一個寬的工作溫度范圍內(nèi)也可正常工作。石墨環(huán)式軸封采用環(huán)狀波紋彈簧，把密封環(huán)壓向密封表面，以防止氣體經(jīng)石墨環(huán)的兩側(cè)面泄漏。當(dāng)軸的旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生變化時，借助于環(huán)孔和彈簧的作用，密封環(huán)也移動到新的位置并保持在這一位置，從而防止了磨損現(xiàn)象的產(chǎn)生。氣體經(jīng)石墨環(huán)式軸封的泄漏量與間隙值、壓差、密封環(huán)數(shù)目有密切的關(guān)系。除了高壓場合以外，通

43、過四道軸封環(huán)聯(lián)合作用的氣體泄漏量將少于0.4%。當(dāng)然，如果向軸封內(nèi)充入氣體，壓縮機的氣體泄漏量將為零。圖922所示為無油螺桿壓縮機中采用的迷宮式軸封。在這種軸封中，密封齒和密封面之間有很小的間隙，并形成曲折的流道，使氣體從高壓側(cè)向低壓側(cè)流動產(chǎn)生很大的阻力，以阻止氣體的泄漏。密封齒可以做在軸上，與軸一起轉(zhuǎn)動，也可以做成具有內(nèi)密封齒的密封環(huán)，固定在機體上。多數(shù)情況下，密封齒是加工在與軸固定的一個軸套上，當(dāng)密封齒損壞時便于更換。圖922 迷宮式軸封在無油螺桿壓縮機中，無論采用石墨式軸封，還是迷宮式軸封，密封單元之間的引氣孔都可以有多種形式。如果被壓縮氣體可漏入大氣，例如空氣、氮氣或二氧化碳等，則所有

44、密封單元可以連續(xù)布置，只是最后一個通向大氣。如果被壓縮氣體有毒、易燃、易爆或十分貴重，則可將泄漏的氣體引回至吸氣管。有時還可用壓力稍高于壓縮機內(nèi)氣體壓力的惰性氣體充入軸封內(nèi)，以阻止高壓氣體向外界泄漏。當(dāng)無油螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)速較低時，還可以采用如圖923所示的有油潤滑的機械密封，這種軸封工作可靠、密封性好。然而，這種軸封需要少量的潤滑油流過密封表面，這些潤滑油可能會混入所壓縮的氣體中。如果所壓縮氣體不允許有這種少量的污染，則需在軸封和壓縮機腔之間開一個排油槽。在無油螺桿壓縮機的工作轉(zhuǎn)速下，采用有油潤滑的機械密封時，所消耗的功是比較大的。在許多場合，單個軸封的摩擦功耗就可以達到數(shù)千瓦。而無油螺桿壓縮

45、機中，要采用四個軸封，因而必須考慮軸封的功耗這一因素。雖然螺桿壓縮機對被壓縮氣體中帶有液體不敏感，但如果有大量的液體長時間進入無油螺桿壓縮機，需要注意軸封的效果。在液體存在的情況下，軸封會與軸一起旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生磨損，液體會順著軸與軸封間的間隙流入到潤滑區(qū)域，破壞潤滑油的特性，影響軸承及齒輪的正常潤滑。圖923 無油螺桿壓縮機的機械式軸封2.噴油螺桿壓縮機的軸封噴油螺桿壓縮機中有兩種不同的軸封：（1）與壓縮腔緊鄰的轉(zhuǎn)子軸段的軸封，特別是在排氣端，這種軸封更為重要；（2）伸出壓縮機端蓋外的軸段也必須有軸封，與大氣隔開。由于壓縮介質(zhì)和運行工況的不同，噴油螺桿空氣壓縮機的軸封與螺桿制冷和工藝壓縮機的軸封有

46、很大的不同。 （1）噴油螺桿空氣壓縮機軸封 這類壓縮機都采用滾動軸承，為了防止壓縮腔的氣體通過轉(zhuǎn)子軸向外泄漏，必須在排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間加一個軸封。這種軸封形式可以非常簡單，如圖924所示，只要在與軸頸相應(yīng)的機體處開設(shè)特定的油槽，通入具有一定壓力的密封油，即可達到有效的軸向密封。在螺性壓縮機正常工作時，吸入端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間幾乎沒有壓差，當(dāng)利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機的氣量時，此處也僅可能會有一個大氣壓力的壓差。所以，在吸氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間，只用間隙密封就能滿足要求，沒有必要再提供密封油。圖924 轉(zhuǎn)子排氣端軸封示意圖噴油螺桿空氣壓縮機轉(zhuǎn)子的外伸軸通常都設(shè)計在吸氣側(cè)，只有

47、在利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機的氣量時，外伸軸上的軸封兩側(cè)才可能會有一個大氣壓力的壓差。但由于此處的軸封必須防止?jié)櫥偷穆┏龊臀催^濾空氣的漏入，故在小型空壓機中，通常采用簡單的唇形密封。在大中型空壓機中，往往采用如圖925所示的有油潤滑機械密封。 圖925 螺桿空氣壓縮機轉(zhuǎn)子外伸軸處的軸封（2）噴油螺桿制冷和工藝壓縮機的軸封 當(dāng)噴油螺桿制冷和工藝壓縮機采用滾動軸承受徑向力時，其轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間的軸封，可采用與前述螺桿空氣壓縮機相同的結(jié)構(gòu)。采用滑動軸承承受徑向力時，滑動軸承本身就自動起到了軸封的作用。但必須給滑動軸承提供壓力高于所密封氣體壓力的潤滑油，以使軸承沿長度方向布滿油，有效地起到密封

48、的作用。圖926 彈簧式機械密封12傳動銷 ； 3傳動套 ； 4彈簧座 ； 5彈簧 ； 6動環(huán)密封圈 ； 7動環(huán) ； 8卡環(huán) ； 9靜環(huán) ； 10靜環(huán)密封圈 ； 11防轉(zhuǎn)銷圖927 波紋管式機械密封1鎖緊螺母 ； 2密封墊片 ； 3螺釘； 4傳動套 ； 5波紋管 ； 6動環(huán)； 7靜環(huán)密封圈 ； 8靜環(huán) ； 9防轉(zhuǎn)銷同螺桿空氣壓縮機相比，工藝壓縮機與大氣之間的密封就復(fù)雜多了。主要原因是：壓縮機內(nèi)要密封的不是空氣，而有可能是有毒的或易燃氣體，并且通常都很貴重；它可能不允許被從外面漏入的空氣污染或沖淡；軸封一側(cè)的壓縮機內(nèi)壓力可能是不同程度的真空，也可能是達1MPa的高壓，并且停機時需密封的壓力可能會

49、更高。所以，在噴油螺桿制冷和工藝壓縮機的轉(zhuǎn)子外伸軸處，通常都采用復(fù)雜的面接觸式機械密封，主要有彈簧式和波紋管式兩種，分別如圖926和圖927所示，并且需向此軸封處供以高于壓縮機內(nèi)部壓力的潤滑油，以保證在密封面上形成穩(wěn)定的油膜。軸封中有關(guān)零部件的材料要能耐壓縮氣體的腐蝕。9.4.5同步齒輪圖928 可調(diào)式同步齒輪1小齒圈 ； 2大齒圈 ； 3輪轂 ； 4圓錐銷 ； 5螺母 ； 6防松墊片在無油螺桿壓縮機中，轉(zhuǎn)子間的間隙和驅(qū)動靠同步齒輪來實現(xiàn)。同步齒輪有可調(diào)式及不可調(diào)式兩種結(jié)構(gòu)，通常都采用圖928所示的可調(diào)式結(jié)構(gòu)。小齒圈1及大齒圈2都套在輪轂3上，調(diào)整小齒圈1，使之與大齒圈2錯開一個微小角度，就可

50、減少與主動齒輪之間的嚙合間隙，如圖所示。間隙調(diào)整適當(dāng)以后，將小齒圈1、大齒圈2與輪轂3用圓錐銷4定位，再用螺栓5將大小齒圈及輪轂固定。為防止螺母松動，螺母5之間用防松墊片6連接。螺桿壓縮機同步齒輪的齒圈材料可用40CrMo鋼，輪轂材料通常為40中碳鋼。大小齒圈應(yīng)組合在一起加工，齒面須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為230270HB為宜。9.4.6容量調(diào)節(jié)滑閥容量調(diào)節(jié)滑閥是螺桿壓縮機中用來調(diào)節(jié)容積流量的一種結(jié)構(gòu)元件，雖然螺桿壓縮機的容積流量調(diào)節(jié)方法有多種，但采用滑閥的調(diào)節(jié)方法獲得廣泛的應(yīng)用，特別是在噴油螺桿制冷和工藝壓縮機中，應(yīng)用尤為普遍。如圖929所示，這種調(diào)節(jié)方法是在螺桿壓縮機的機體上裝一個調(diào)節(jié)滑閥，成為

51、壓縮機的機體的一部分。它位于機體高壓側(cè)兩內(nèi)圓的交點處，且能在與氣缸軸線平行的方向上來回移動。 圖929 容量調(diào)節(jié)滑閥示意圖一般無油螺桿壓縮機并不采用調(diào)節(jié)滑閥的容量調(diào)節(jié)裝置，這是因為這類壓縮機的壓縮腔不但無油，而且處于高溫之下。因而，任何容量調(diào)節(jié)系統(tǒng)也必須同樣無油，并且能承受高溫，這使得調(diào)節(jié)滑閥裝置的采用在技術(shù)上有很多困難。在噴油螺桿空氣壓縮機中，由于壓縮介質(zhì)不變和運行工況固定，通常也不采用調(diào)節(jié)滑閥的容量調(diào)節(jié)裝置，以使壓縮機結(jié)構(gòu)盡量簡單，適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要。在噴油螺桿制冷和工藝壓縮機中，普遍采用容量調(diào)節(jié)滑閥來調(diào)節(jié)螺桿壓縮機的容積流量。這種排氣量調(diào)節(jié)方式雖然比較復(fù)雜，但可以對排氣量進行連續(xù)的無級

52、調(diào)節(jié)，并且效率也較高。容量調(diào)節(jié)滑閥調(diào)節(jié)螺桿壓縮機容積流量的原理，是基于螺桿壓縮機的工作特點。如圖930a所示，在螺桿壓縮機中，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，被壓縮氣體的壓力沿轉(zhuǎn)子的軸線方向逐漸升高，在空間位置上，是從壓縮機的吸氣端逐漸移向排氣端。圖930b所示，在機體的高壓側(cè)開口后，則當(dāng)兩轉(zhuǎn)子開始嚙合并試圖提高氣體壓力時，其中有些氣體便會通過開口處旁通掉。顯然，旁通的氣體量與開口的長度有關(guān)。當(dāng)接觸線移動到開口的末端時，剩下的氣體就被完全封閉起來，內(nèi)壓縮過程就從這一點開始。從以上分析可以看出，壓縮機對從開口處旁通氣體所做的功，僅是用來將其排出，因此壓縮機的耗功主要是壓縮最終排出的氣體所做的功和機械摩擦功之和。

53、所以，當(dāng)用容量調(diào)節(jié)滑閥調(diào)節(jié)螺桿壓縮機容積流量時，可使壓縮機在調(diào)節(jié)工況下保持較高的效率。圖930 容量調(diào)節(jié)滑閥原理a)正常工況下壓縮過程 b)調(diào)節(jié)工況下壓縮過程滑閥可以按控制系統(tǒng)的要求朝任一方向移動，其驅(qū)動方式有多種，最常見的是采用液壓缸的方式，由壓縮機本身的油路系統(tǒng)提供所需的油壓。在少數(shù)機器中，滑閥是由電動機經(jīng)減速后驅(qū)動的。圖931示出一種簡單的滑閥形式，氣缸壁上開有與轉(zhuǎn)子螺旋形狀相對應(yīng)的旁通孔，當(dāng)這些孔沒有被蓋住時，氣體可以從這些孔中排出。所用滑閥為“轉(zhuǎn)動閥”，閥體是螺旋形的，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時，便可蓋住或打開與壓縮腔相連的旁通孔。由于此時滑閥只需轉(zhuǎn)動，壓縮機總體長度便可減小很多。這種形式有效地提供

54、連續(xù)的容量調(diào)節(jié)。但由于其排氣孔口大小不變，故從一開始卸載時，內(nèi)壓比就要下降。同時，由于氣缸壁上旁通孔的存在，形成了一定量的“余隙容積”。此容積內(nèi)的氣體將反復(fù)經(jīng)歷壓縮和膨脹過程，從而導(dǎo)致壓縮機容積效率和絕熱效率降低。圖931 轉(zhuǎn)動滑閥結(jié)構(gòu)圖932示出另外一種簡單的滑閥結(jié)構(gòu)。在小型半封閉螺桿制冷壓縮機中廣泛應(yīng)用。它利用多個獨立的旁通孔，調(diào)節(jié)螺桿壓縮機的容積流量。所有滑閥為“塞狀閥”，由于閥體可以做成恰好與氣缸內(nèi)壁平齊，因而不會產(chǎn)生“余隙容積”。由于這種調(diào)節(jié)方式不改變排氣孔口的大小，因此卸載一開始，內(nèi)壓比就要下降。另外，由于旁通孔一般為二到三個，故不能實現(xiàn)連續(xù)地?zé)o級調(diào)節(jié)壓縮機的容積流量，還會導(dǎo)致卸載

55、工況下壓縮機排氣溫度越來越高，嚴(yán)重時能導(dǎo)致半封閉螺桿制冷壓縮機的電動機損壞。圖932 塞狀滑閥結(jié)構(gòu)9.4.7內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥螺桿壓縮機工作過程的重要特點之一是具有內(nèi)壓縮過程，壓縮機的最佳工況是內(nèi)壓比等于外壓比。若二者不等，無論是欠壓縮還是過壓縮，經(jīng)濟性都會降低。增大或減小排氣孔口的尺寸，將改變齒間容積內(nèi)氣體同排氣孔口連通的位置，從而改變內(nèi)壓比。如圖933所示，通過一種滑閥調(diào)節(jié)，就可以獲得變化的排氣孔口，從而實現(xiàn)內(nèi)容積比和內(nèi)壓比的調(diào)節(jié)。移動圖933中的滑閥，并不會改變壓縮機的容積流量，只會影響它的內(nèi)容積比和內(nèi)壓比。當(dāng)內(nèi)壓比太大時，由于以下兩個原因，將會降低壓縮機經(jīng)濟性：1.當(dāng)排氣孔口很小時，圖933 內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥示意圖油和氣體通過排氣孔口的節(jié)流損失將會變大；2.氣體體積很小時，單位容積的泄漏線長度會變得很大，導(dǎo)致泄漏量增加和壓縮效率降低。在螺桿壓縮機的實際使用中，有時還要求同時調(diào)節(jié)容積流量和內(nèi)容積比。如圖934所示，此時在轉(zhuǎn)子下部的孔中，移動的是兩個滑閥，即前述容量調(diào)節(jié)滑閥中的固定塊也變成了移動的。兩個滑閥之間沒有機械聯(lián)系，分別由各自的液壓缸驅(qū)動。兩個液壓缸可以布置在壓