制冷壓縮機教學PPT作者吳業(yè)正第五章螺桿式制冷壓縮機

1、第第 五五 章章 螺桿式制冷壓縮機螺桿式制冷壓縮機5.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理5.2 螺桿轉(zhuǎn)子齒形及結(jié)構(gòu)參數(shù)5.3 熱力性能5.4 吸排氣孔口和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)5.5 轉(zhuǎn)子受力分析5.6 開啟式和封閉式螺桿式壓縮機結(jié)構(gòu)5.7 螺桿式壓縮機裝置系統(tǒng)5.8 單螺桿式壓縮機5.9 螺桿式壓縮機的噪聲和振動一、一、螺桿式制冷壓縮機的工作原理及工作過程螺桿式制冷壓縮機的工作原理及工作過程5.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 R-22, R-134a, and R-407C refrigerants日立螺桿式壓縮機工作原理工作原理 螺桿式壓縮機的工作是依靠嚙合運動著的陽轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子，并借助于包圍這一對轉(zhuǎn)子四周的機殼內(nèi)壁的

2、空間完成的。 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子的齒、齒槽與機殼內(nèi)壁所構(gòu)成的呈“V”字形的一對齒間容積稱為基元容積。其容積大小會發(fā)生周期性的變化，同時它還會沿著轉(zhuǎn)子的軸向由吸氣口側(cè)向排氣口側(cè)移動，將制冷劑氣體吸入并壓縮至一定的壓力后排出。工作模擬工作模擬工作過程工作過程 （1 1）吸氣過程）吸氣過程 當基元容積由最小向最當基元容積由最小向最大變化時，它與徑向和軸向吸氣口相通，進大變化時，它與徑向和軸向吸氣口相通，進行吸氣過程（圖行吸氣過程（圖a a、b b）。當基元容積達到最）。當基元容積達到最大并與吸氣口隔開時，吸氣結(jié)束（圖大并與吸氣口隔開時，吸氣結(jié)束（圖c c）。）。 （2 2）壓縮過程）壓縮過程 隨著轉(zhuǎn)

3、子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)隨著轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn) ，基元容積由最大逐漸變小，開始氣體的壓縮基元容積由最大逐漸變小，開始氣體的壓縮過程（圖過程（圖d d、e e）。）。 （3 3）排氣過程）排氣過程 當基元容積開始與軸向當基元容積開始與軸向和徑向排氣口接通時，進行排氣過程和徑向排氣口接通時，進行排氣過程( (圖圖f)f)，直到基元容積變?yōu)榱銥橹?。直到基元容積變?yōu)榱銥橹埂?二、二、螺桿式制冷壓縮機的特點螺桿式制冷壓縮機的特點 1.內(nèi)容積比21VVV 工作容積吸氣終了的最大容積工作容積吸氣終了的最大容積V1與內(nèi)壓縮與內(nèi)壓縮終了的容積終了的容積V2的比值稱為螺桿式制冷壓縮機的的比值稱為螺桿式制冷壓縮機的內(nèi)容積比，即內(nèi)容積比

4、，即nnVPVP2211nVVPP)(2112P 2. 附加功損失欠壓縮欠壓縮 過壓縮過壓縮 3. 螺桿式制冷壓縮機的優(yōu)、缺點 1 1）工作于中型制冷量范圍內(nèi)，易損件工作于中型制冷量范圍內(nèi)，易損件少，少，有利于實現(xiàn)操作自動化，有利于實現(xiàn)操作自動化，可靠性和效可靠性和效率較高率較高. . 2 2）加工精度高，價格較高，噪聲大加工精度高，價格較高，噪聲大. . 3 3）部分負荷的效率較高，無活塞式的部分負荷的效率較高，無活塞式的液擊和離心式的喘振現(xiàn)象液擊和離心式的喘振現(xiàn)象. . 4 4）采用噴油方式，需要噴入大量油而采用噴油方式，需要噴入大量油而必須配置相應的輔助設(shè)備。必須配置相應的輔助設(shè)備。螺桿

5、式壓縮機的結(jié)構(gòu)一、螺桿式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu)一、螺桿式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu) 1.機機 殼殼 螺桿式制冷壓螺桿式制冷壓縮機的機殼一般為縮機的機殼一般為剖分式。它由機體剖分式。它由機體（氣缸體）、吸氣（氣缸體）、吸氣端座、排氣端座及端座、排氣端座及兩端端蓋組成。兩端端蓋組成。 機體是連接各零部件的中心部件，機體是連接各零部件的中心部件，它為各零部件提供正確的裝配位置，保它為各零部件提供正確的裝配位置，保證陰、陽轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)嚙合，可靠地進證陰、陽轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)嚙合，可靠地進行工作。行工作。2.螺桿螺桿 轉(zhuǎn)子是螺桿轉(zhuǎn)子是螺桿式制冷壓縮機的式制冷壓縮機的主要部件，常采主要部件，常采用整體式結(jié)構(gòu)，用整體式結(jié)構(gòu)，將螺

6、桿與軸做成將螺桿與軸做成一體。一體。 轉(zhuǎn)子的毛坯常轉(zhuǎn)子的毛坯常為鍛件，一般多采為鍛件，一般多采用中碳鋼用中碳鋼 ，有特殊，有特殊要求時也有用要求時也有用40Cr等合金材料。等合金材料。3.軸承與油壓平衡活塞軸承與油壓平衡活塞 徑向力徑向力大小與轉(zhuǎn)子直徑、長徑比、內(nèi)壓力比及運行工況有關(guān)。 軸向力軸向力大小與轉(zhuǎn)子直徑、內(nèi)壓力比及運行工況有關(guān)。 承受徑向力的軸承負荷由大到小依次是：承受徑向力的軸承負荷由大到小依次是：陰轉(zhuǎn)子排氣端軸承、陽轉(zhuǎn)子排氣端軸承、陰轉(zhuǎn)子吸氣端軸承和陽轉(zhuǎn)子吸氣端軸承。 為保證陰、陽轉(zhuǎn)子的精確定位及平衡軸向力和徑向力，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

7、的。螺桿式制冷壓縮機的基本參數(shù) 1.齒數(shù)齒數(shù) 一般采用陽陰轉(zhuǎn)子齒數(shù)比46的方案，不對稱齒型的齒數(shù)比趨向56的方案。 2.公稱直徑、長徑比公稱直徑、長徑比 確定螺桿直徑系列化的原則是：在最佳圓周速度的范圍內(nèi)，以盡可能少的螺桿直徑規(guī)格來滿足盡可能廣泛的輸氣量范圍。 一般一般 值在值在1 1.5之間，我國產(chǎn)品有兩種之間，我國產(chǎn)品有兩種長徑比，即長徑比，即 =1.0和和 =1.5 。 5.2 螺桿轉(zhuǎn)子齒形及結(jié)構(gòu)參數(shù)螺桿轉(zhuǎn)子齒形及結(jié)構(gòu)參數(shù) 3. 螺桿扭轉(zhuǎn)角螺桿扭轉(zhuǎn)角 表示轉(zhuǎn)子上一個齒的扭曲程度。表示轉(zhuǎn)子上一個齒的扭曲程度。 當前較多采用的是: 陽轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)角為270、300; 陰轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)角則為180、

8、200。 4.圓周速度和轉(zhuǎn)速圓周速度和轉(zhuǎn)速 螺桿齒頂圓周速度是影響壓縮機外形尺寸及效率的重要因素。 噴油螺桿壓縮機陽轉(zhuǎn)子的最佳圓最佳圓周速度周速度在1545m/s之間；少油螺桿壓縮機的在2565m/s之間；無油螺桿壓縮機的則在60120m/s。 圓周速度確定后，螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速也隨之確定。噴油螺桿壓縮機主動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速范圍為6304400r/min。螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子型線 一、轉(zhuǎn)子型線的基本概念 螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的扭曲齒面稱為轉(zhuǎn)子的型面型面。型面與垂直于轉(zhuǎn)子軸線平面（如端平面）的截交線稱為轉(zhuǎn)子的型線型線。 主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子兩型面之間相互接觸，所形成的空間曲線，稱為型面的接觸線型面的接觸線，它把齒間基

9、元容積分為兩個壓力不同的區(qū)域，起到密封和隔離基元容積的作用。 主動轉(zhuǎn)子型線與從動轉(zhuǎn)子型線在端平面上嚙合運動時，嚙合點的軌跡稱為嚙合線嚙合線。顯然，型面接觸線在端平面上的投影就是型線的嚙合線。 二、型線的分類和基本要求主要有對稱型線和非對稱型線兩種 對稱型線對稱型線齒型對稱于齒頂中心線且型線完全相同的型線。非對稱型線非對稱型線齒型不對稱于齒頂中心線且型線不同的型線。 單邊型線單邊型線只在轉(zhuǎn)子節(jié)圓的內(nèi)側(cè)或外側(cè)一邊具有型線。 雙邊型線雙邊型線節(jié)圓內(nèi)外均具有型線。 三、擺線的形成和特性 基圓基圓 擺線擺線 四、單邊對稱圓弧型線 五、單邊不對稱型線 5.3 熱力性能一、輸氣量的計算22211160Vnm

10、VnmVth2211nmnmLAV011LAV02202011160AALnmVth2102011)(DAAmCn令21160LDnCVnth理論輸氣量thgjVVC 扭角系數(shù)范圍在扭角系數(shù)196. 0jC21160LDnCCVjng有效理論輸氣量gaVV實際輸氣量 二、影響輸氣系數(shù)的主要因素1. 泄漏損失泄漏損失2. 吸氣壓力損失吸氣壓力損失3. 預熱損失預熱損失 上述三種損失的大小，與壓縮機的尺上述三種損失的大小，與壓縮機的尺寸、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速，制冷工質(zhì)的種類、氣缸寸、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速，制冷工質(zhì)的種類、氣缸噴油量和油溫，機體加工制造的精度、磨噴油量和油溫，機體加工制造的精度、磨損程度及運行工況等因素

11、有關(guān)。損程度及運行工況等因素有關(guān)。 形成：形成： 高壓基元容積內(nèi)氣高壓基元容積內(nèi)氣體向較低壓力基元容體向較低壓力基元容積泄漏，其泄漏面形積泄漏，其泄漏面形狀接近空間曲邊三角狀接近空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形，形，稱為泄漏三角形，又稱軸向泄漏。又稱軸向泄漏。 轉(zhuǎn)子的齒形轉(zhuǎn)子的齒形應具有較小的泄應具有較小的泄漏三角形，理論漏三角形，理論上越小越好。上越小越好。 泄漏三角形泄漏三角形5.4 吸排氣口和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)吸排氣口和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)吸排口工作原理吸入 壓縮 排出Suction Compression Discharge2. 螺桿式制冷壓縮機的性能特點(1) 理論排氣量取決于螺桿的幾何尺寸和轉(zhuǎn)速。

12、h/m 603CDLnCVnT陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/m轉(zhuǎn)子長度，m陽轉(zhuǎn)子外徑，m扭角系數(shù)面積利用系數(shù)(3) 輸氣系數(shù)隨壓力比的增加而減小。(4) 無吸排閥，轉(zhuǎn)速高，重量輕、體積小。(5) 無余隙容積，大壓力比時輸氣系數(shù)大。(6) 噴油潤滑降低排氣溫度，大壓力比時可單級。內(nèi)容積比：吸入結(jié)束時容積/壓縮結(jié)束時容積內(nèi)壓力比：壓縮結(jié)束時壓力p2/吸氣壓力p1外壓力比：排出腔壓力(冷凝壓力)pd/p1p2 pd ：p2 pd，浪費功(2) 壓縮終點壓力不一定等于排氣腔壓力內(nèi)容積比內(nèi)壓力比外壓力比內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機構(gòu) 由于工況的改變，螺桿式制冷壓縮機內(nèi)壓縮由于工況的改變，螺桿式制冷壓縮機內(nèi)壓縮終了的壓力往往同排氣腔

13、內(nèi)的壓力不相等，造成終了的壓力往往同排氣腔內(nèi)的壓力不相等，造成等容壓縮或等容膨脹的額外功耗。為此，就有必等容壓縮或等容膨脹的額外功耗。為此，就有必要進行內(nèi)容積比來調(diào)節(jié)，以適應螺桿式制冷壓縮要進行內(nèi)容積比來調(diào)節(jié)，以適應螺桿式制冷壓縮機在不同工況下的高效運行。機在不同工況下的高效運行。 內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機構(gòu)的目的，就是通過改變徑向內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機構(gòu)的目的，就是通過改變徑向排氣孔口的位置來改變內(nèi)容積比，以適應不同的運排氣孔口的位置來改變內(nèi)容積比，以適應不同的運行工況。我國螺桿式制冷壓縮機系列的內(nèi)容積比推行工況。我國螺桿式制冷壓縮機系列的內(nèi)容積比推薦值有薦值有2.62.6、3.63.6、5 5三種，以適應不

14、同蒸發(fā)溫度的三種，以適應不同蒸發(fā)溫度的要求。但是，對于工況變化范圍大的機組，有必要要求。但是，對于工況變化范圍大的機組，有必要實現(xiàn)內(nèi)容積比隨工況變化進行無級自動調(diào)節(jié)。實現(xiàn)內(nèi)容積比隨工況變化進行無級自動調(diào)節(jié)。內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機構(gòu)內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機構(gòu) 德國寇爾托馬塔（德國寇爾托馬塔（Kiihlautomat）公司）公司3. 螺桿式制冷壓縮機的能量調(diào)節(jié)間斷運行吸氣節(jié)流 變速調(diào)節(jié)排氣回流吸氣回流吸氣回流5.5 轉(zhuǎn)子受力分析主帶從轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的軸向力氣體壓力產(chǎn)生的軸向力吸排壓差產(chǎn)生的軸向力轉(zhuǎn)子螺旋兩側(cè)氣體壓力不同產(chǎn)生的軸向力陽(主動) 轉(zhuǎn)子軸向力陰(從動) 轉(zhuǎn)子軸向力主：指向吸氣端從：指向排氣端主：指向吸氣端從：指

15、向吸氣端主、從抵消對稱齒型 非對稱齒型主：指向吸氣端從：指向排氣端措施陽：平衡活塞 + 止推滾動軸承陰：止推滾動軸承5.6 開啟式和封閉式螺桿式壓縮機LG20型型一、結(jié)構(gòu)實例一、結(jié)構(gòu)實例 開啟螺桿式壓縮機的結(jié)構(gòu)開啟螺桿式壓縮機的結(jié)構(gòu) ASL66型型5.7 螺桿式壓縮機裝置系統(tǒng) 一、壓縮機的制冷量3600360000qGqVQaVgV 二、壓縮機的功率和效率1.功率功率360012hhGNathiaithi360012hhGNN指示功率miamie360012hhGNN軸功率mieNNN其中 2.效率效率ehadNNt絕熱效率ithiNN指示效率eimNN機械效率mieiithethadNNNN

16、NN絕熱效率gaVV 3.輸氣系數(shù)輸氣系數(shù)表征壓縮機表征壓縮機的容積特性的容積特性螺桿壓縮機的輸氣量調(diào)節(jié)機構(gòu) 一、滑閥能量一、滑閥能量 調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理 通過滑閥的移通過滑閥的移動改變轉(zhuǎn)子的有效動改變轉(zhuǎn)子的有效工作長度，來達到工作長度，來達到輸氣量調(diào)節(jié)的的。輸氣量調(diào)節(jié)的的。 滑閥能量調(diào)節(jié)滑閥能量調(diào)節(jié) 滑閥的位滑閥的位置離固定端越置離固定端越遠，回流孔長遠，回流孔長度越大，輸氣度越大，輸氣量就越小。當量就越小。當滑閥的背部接滑閥的背部接近排氣孔口時近排氣孔口時轉(zhuǎn)子的有效長轉(zhuǎn)子的有效長度接近于零，度接近于零，便能起到卸載便能起到卸載啟動的目的。啟動的目的。輸氣量和滑閥位置的關(guān)系曲線輸氣量和滑閥位置

17、的關(guān)系曲線 調(diào)節(jié)過程中，功調(diào)節(jié)過程中，功率與輸氣量在率與輸氣量在50%以以上負荷運行時，幾乎上負荷運行時，幾乎是成正比例關(guān)系，但是成正比例關(guān)系，但在在50%以下時，性能以下時，性能系數(shù)相應大幅度下降，系數(shù)相應大幅度下降，其經(jīng)濟性較差。其經(jīng)濟性較差。 螺桿式制冷壓縮螺桿式制冷壓縮機的輸氣量調(diào)節(jié)范圍機的輸氣量調(diào)節(jié)范圍一般為一般為10% 100%內(nèi)內(nèi)的無級調(diào)節(jié)。的無級調(diào)節(jié)。 二、滑閥能量調(diào)節(jié)機構(gòu) 調(diào)節(jié)機構(gòu)由三部分組成：調(diào)節(jié)機構(gòu)由三部分組成：第一部分包括滑閥、滑閥頂桿、油活塞、液壓缸、壓縮彈簧及端座；第二部分為輸氣量調(diào)節(jié)指示器；第三部分為油路及輸氣量調(diào)節(jié)控制閥。 調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程：滑閥軸向移動的動作

18、是根據(jù)吸氣壓力和溫度，通過液壓傳動機構(gòu)來完成的，由液壓泵供油推動液壓活塞來帶動滑閥沿軸向左右移動。供油過程的控制元件是電磁換向閥。 滑閥的滑閥的軸向移動，改變轉(zhuǎn)子的有移動，改變轉(zhuǎn)子的有效工作長度，達到輸氣量調(diào)節(jié)的目的。效工作長度，達到輸氣量調(diào)節(jié)的目的。 螺桿壓縮機的潤滑系統(tǒng)5.8 單螺桿式制冷壓縮機單螺桿式制冷壓縮機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子星輪星輪工作原理工作原理 具有內(nèi)壓縮過程，而且一個基元容積在旋轉(zhuǎn)一具有內(nèi)壓縮過程，而且一個基元容積在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)，完成了兩次吸氣、壓縮和排氣循環(huán)過程。周內(nèi)，完成了兩次吸氣、壓縮和排氣循環(huán)過程。單螺桿式壓縮機動畫模擬單螺桿式壓縮機動畫模擬轉(zhuǎn)動環(huán)式能量調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)動環(huán)式能量調(diào)節(jié)機構(gòu)

19、 滿負荷時，圓環(huán)塊完全蓋住回流通道；部分負滿負荷時，圓環(huán)塊完全蓋住回流通道；部分負荷時，圓環(huán)塊轉(zhuǎn)至一定位置，最初星輪齒掃過的容荷時，圓環(huán)塊轉(zhuǎn)至一定位置，最初星輪齒掃過的容積氣體并未壓縮，而是經(jīng)回流通道流回吸氣腔。積氣體并未壓縮，而是經(jīng)回流通道流回吸氣腔。 滑閥式能量調(diào)節(jié)機構(gòu)滑閥式能量調(diào)節(jié)機構(gòu)二、螺桿式制冷壓縮機組二、螺桿式制冷壓縮機組 LG20型機組型機組LG20型機組油、氣路系統(tǒng)圖型機組油、氣路系統(tǒng)圖空調(diào)用螺桿式風冷熱泵機組空調(diào)用螺桿式風冷熱泵機組 一、螺桿式制冷壓縮機的振動引起振動的原因壓縮機曲柄-連桿機構(gòu)運動時形成的慣性力；由于氣流脈動引起的管系振動。慣性力往復慣性力：取決于曲柄-連桿機

20、構(gòu)的運動及質(zhì)量分布，為活塞組和連桿往復運動部分產(chǎn)生的往復慣性力之和。旋轉(zhuǎn)慣性力換算到曲柄銷中心的曲柄質(zhì)量與曲柄銷質(zhì)量之和產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力；連桿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力。慣性力平衡單缸多缸5.9 螺桿式制冷壓縮機的振動和噪聲1 、曲柄-連桿機構(gòu)的慣性力和慣性力矩曲柄-連桿機構(gòu)的運動特征活塞的直線運動（活塞加速度aj，式3-35）曲柄銷的旋轉(zhuǎn)運動（曲柄銷徑向加速度ar，式3-36）連桿的質(zhì)量代替系統(tǒng)假定連桿質(zhì)量集中于連桿小頭中心和連桿大頭中心，構(gòu)成兩質(zhì)量系統(tǒng)（mc1往復運動質(zhì)量， mc2旋轉(zhuǎn)運動質(zhì)量，式3-37， 3-38 ）。往復慣性力Fj（式3-40）一階往復慣性力Fj1二階往復慣性力Fj2旋

21、轉(zhuǎn)慣性力Fr（式3-41）往復慣性力矩和旋轉(zhuǎn)慣性力矩力矩產(chǎn)生原因：曲軸各曲拐上的慣性力不在同一個曲軸旋轉(zhuǎn)平面上。2 、螺桿式壓縮機的慣性力平衡單缸壓縮機旋轉(zhuǎn)慣性力Fr平衡：在曲柄相反方向裝平衡塊完全平衡（圖3-155a，式3-42）；往復慣性力Fj平衡：用平衡塊部分平衡（圖3-155b）。多缸壓縮機立式兩缸（兩曲拐夾角為180度）旋轉(zhuǎn)慣性力Fr平衡：相互抵消；往復慣性力Fj平衡：作用在兩個曲拐上的一階往復慣性力Fj1相互抵消；旋轉(zhuǎn)慣性力矩平衡：在曲柄相反方向設(shè)置兩個平衡塊（圖3-156，式3-44）；往復慣性力矩平衡：用平衡塊部分平衡。角度式（圖3-157，角度式壓縮機的汽缸布置和平衡塊位置；表3-6，各種壓縮機的慣性力平衡計算公式。）二、螺桿式制冷壓縮機的噪聲機械噪聲相對運動零件間隙產(chǎn)生的撞擊機體、管路、支承件振動閥片撞擊升程限制器和閥座流體噪聲吸、排氣時氣體的壓力脈動氣體流經(jīng)電動機氣體在殼體內(nèi)振蕩引起的共鳴電磁噪聲內(nèi)置電動機運轉(zhuǎn)發(fā)出的電磁聲噪聲源降噪措施針對不同噪聲源采取不同措施：提高零件加工精度和裝配精度，以降低零件相互撞擊噪聲；適當控制閥片升程，改善閥片的運動規(guī)律，以減少閥片沖擊升程限制器和閥座時的沖擊聲；合