泵與壓縮機第五章(共34頁)

1、PAGE 34第五章 其他(qt)類型壓縮機的簡介第一節(jié) 軸流壓縮機一、軸流壓縮機的工作(gngzu)原理圖5 -1是軸流壓縮機的基本結(jié)構(gòu)圖。它主要由兩大基本部分組戚：一是以轉(zhuǎn)鼓及其上所安裝的動葉片（動葉）等可以旋轉(zhuǎn)的零部件組成壓縮機轉(zhuǎn)子(zhun z)；二是以機殼及其上所安裝的靜葉片（靜葉）等固定的零部件組成壓縮機定子。圖5一l 軸流壓縮機1一進氣導(dǎo)流葉片；2-動葉片；3-靜葉片；4機殼；5 -轉(zhuǎn)鼓；6-整流葉片；7-出口擴壓器；8-密封軸流壓縮機一般是多級的。由一排動葉與緊跟其后的一排靜葉構(gòu)成一個級，是軸流壓縮機的最基本工作單元。多級壓縮機是由首尾相接，串聯(lián)而成的多個級組成。第一級動葉前的

2、進氣導(dǎo)流葉片（進氣導(dǎo)葉或?qū)Я髌鳎┛刂七M入第一級的氣流方向：如果不用進氣導(dǎo)葉，那么氣流一般是以軸向進入第一級動葉，即軸向進氣。在末級靜葉后而，有時再加一排出口導(dǎo)葉（導(dǎo)流器），可稱整流葉片。它使末級靜葉出來的氣流變?yōu)檩S向流動后，進入后而的環(huán)形出口擴壓器。軸流壓縮機工作時，氣體質(zhì)點大體上是沿著與旋轉(zhuǎn)(xunzhun)軸線相平行的圓柱形回轉(zhuǎn)面上運動。氣體在多級軸流縮機中的流動是較復(fù)雜的三元流動。由于多級軸流壓縮機具有每個級中的流動情況相似、工作原理相同的特點，所以只要研究一個級中氣體的流動情況和增壓原理，即可了解多級軸流壓縮機整機的工作原理。圖5 -2是軸流式壓氣機級的簡圖。一排動葉（旋轉(zhuǎn)的）與緊跟其

3、后的一排靜葉（靜止的）構(gòu)成軸流壓縮機的一個級。動葉和靜葉所組成的氣體通道，一般稱為級的流通部分。由各級( j)動葉和靜葉交替串聯(lián)所組成的氣體通道，則稱為多級壓縮機的通道，或稱為軸流壓縮機的通流部分。圖52軸流式壓氣機級的簡圈在圖5-2中所標(biāo)出的與轉(zhuǎn)軸相垂直的截面(jimin)1-l、截面2-2和截面3-3稱為特征截面。截面1-1為動葉進口截面，截面22為動葉出口截面，也是靜葉進口截面；截面3-3為靜葉出口截面，也是下一級動葉的進口截面。截面1-l和截面3-3又分別稱為級的進口和出口截。在敘述中，對各特征截面上的氣流參數(shù)以分別帶上相應(yīng)截面的代號腳標(biāo)來表示（如圖5 -2所示），例如，分別表示動葉進

4、口截面上氣流的絕對速度、相對速度和壓力。圖5-3為1臺五級軸流壓縮機通流部分示意圖。在實際研究一個級的環(huán)形空間中的氣流時，主要是研究動葉及靜葉前、后氣流參數(shù)的變化。圖5 -3 五級軸流壓縮機通流(tn li)部分示意圖對特征截面的研究首先是將三元流動簡化為不考慮特征截面上氣流參數(shù)沿徑向變化的流動。因此，設(shè)想用一個直徑小于級外徑且大于級內(nèi)徑的同心圓柱面去切割(qig)級的葉片排，可以得到動葉和靜葉兩排環(huán)形葉片截面。在截面上，由形狀相同、沿周圍方向均布的葉片截面組成的環(huán)形表而稱為環(huán)形葉柵，如圖5 -4(a)所示。葉片截面即為該葉片在此半徑處的葉形。一對動葉環(huán)形葉柵和靜葉環(huán)形葉柵組成一個所謂“基元級

5、”。為便于研究，可將環(huán)彤葉柵進一步展開成平面葉柵如圖5 -4(b)所示，并且以分析氣流在平面葉柵中的流動情況來說明壓縮機的工作原理。研究實踐表明，在分析基元級中的氣體流動時，用平面葉柵代替環(huán)形(hun xn)葉柵既簡化又基本符合實際情況。圖5-4 基元級環(huán)形葉柵和平面葉柵如圖5 -5所示，氣體在軸流式壓氣機基元級中的流動可以簡化為一元流動。其中和分別表示動葉進口截面和動葉出口截面上氣流的絕對速度的軸向分速度。圖5-5 氣體(qt)在軸流式壓縮機基元級中的流動，,一分別為各截面的有效流通(litng)面積；1-1 ,2-2，3 -3一分別(fnbi)為截面氣體流過基元級葉柵時，以絕對速度流入動葉

6、柵通道，由于動葉柵同時以圓周速度U1運動，因此氣體便以相對速度W1流人動葉柵通道。速度，和構(gòu)成動葉柵進口速度三角形，即：氣體流過動葉柵的彎曲葉片通道后，便改變了自己的方向，并以相對速度自動葉柵通道流出。動葉柵上兩相鄰葉片間的通流截面積是沿著氣流運動方向增加的擴壓流道，即。結(jié)果，氣體在動葉柵出的相對速度減小了（），而壓力則得到增加()。動葉柵出口處氣流的絕對速度可根據(jù)相對速度和圓周速度求出，即： 氣流以絕對速度流人靜葉柵通道，因靜葉柵無牽連運動，故氣流經(jīng)靜葉流道后以絕對速度流山靜葉柵，不存在靜葉出口速度三角形。靜葉使氣流反動葉旋轉(zhuǎn)方向偏移，又以與方向相一致的絕對速度流向下一級動葉柵。因為兩相鄰靜

7、葉片構(gòu)成的通流截面沿氣流方向是逐漸增大的()，所以氣流在靜葉片通道中逐漸減速()，而壓力則逐漸增加（）。氣流(qli)所以能從壓縮機進口沿壓力遞增的方向在一組擴壓通道中流動，是由于外界通過轉(zhuǎn)子動葉片對氣流加入機械功。由此可見，軸流式壓縮機中壓縮氣體的原理是通過動葉片對氣體做功，提高了氣體的壓力能與動能，然后再通過靜葉片的擴壓作用，使氣體所具有的動能進一步轉(zhuǎn)換成壓力能。二、軸流壓縮機的特點(tdin)軸流壓縮機與離心壓縮機相比較，具有以下(yxi)優(yōu)點：(1)軸流壓縮機適于實現(xiàn)多級壓縮，可以得到高的總壓比和效率。在軸流壓縮機中，為提高效率，每一級的壓比都較低，一般為1.151.35左石，通過增加

8、級數(shù)可以獲得較高的總壓比，滿足提高壓比的要求。在軸流壓縮機中，氣流無需急劇地改變方向，所以在大流量下，設(shè)計工況的效率高于離心壓縮機的效率。 一般軸流壓縮機單機絕熱效率可高達0. 84 0. 89。(2)軸流壓縮機的流量可以做得很大，徑向尺寸較小，而軸向尺寸較大。離心壓縮機由于受到材料強度的限制，轉(zhuǎn)子尺寸不能做得太大，因而氣體流量就會受到限制，即使把轉(zhuǎn)子設(shè)計成雙面進氣的形式，流量也不能做的很大。軸流壓縮機的缺點主要為單級壓比較低；穩(wěn)定工況區(qū)較窄，特性曲線較陡，變工況調(diào)節(jié)性能較差，容易發(fā)生喘振工況；對氣體中的固體雜質(zhì)較敏感，葉片易受磨損；葉片形狀較復(fù)雜，制造工藝要求較高。軸流壓縮機和離心壓縮機都是

9、煉油化工、礦山冶金、交通運輸及電力能源等工業(yè)領(lǐng)域常用的葉片式壓縮機。兩種壓縮機有各自的適用工作范圍和氣動特點。國外還生產(chǎn)軸流加離心的混合型空氣壓縮機。由于軸流壓縮機具有效率高和流量大的優(yōu)點，在煉油化工中將逐步取代傳統(tǒng)的流程用離心壓縮機。軸流壓縮機還可與動力回收透平機直接連接，回收高溫中、低壓尾氣中的能量。三、軸漆壓縮機的基本結(jié)構(gòu)圖5 -6所示為一種典型的國產(chǎn)軸流式空氣壓縮機，型號為Z3250 - 46，幾級壓縮，進口容積流量為3250m /min，進口溫度為34，進口壓力為88260Pa（絕壓），出口壓力為405996Pa（絕壓），工作轉(zhuǎn)速為4400r/min，軸功率為10700kW，由汽輪機

10、驅(qū)動，汽輪機功率為12000kW。圖5 -6 Z3250 -46型軸流式空氣壓縮機1止推軸承(zhuchng)；2 -徑向軸承；3一轉(zhuǎn)鼓；4-靜葉（導(dǎo)流器）；5動葉；6-前氣缸；7一后氣缸；8 -出口導(dǎo)流器；9一擴壓器；io-出氣管；11一進氣(jn q)管；12一進氣導(dǎo)流群；13一收斂器該機結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)子和定子兩部分：轉(zhuǎn)了主要由轉(zhuǎn)鼓及其表面(biomin)上的動葉所構(gòu)成，并由徑向軸承和止推軸承支承。止推軸承用于承受壓縮機工作時所產(chǎn)生的軸向不平衡力，防止轉(zhuǎn)鼓向進氣口方向竄動。定子主要由前氣缸、后氣缸及其內(nèi)表面上的靜葉所構(gòu)成，進氣管內(nèi)的收斂用作收集吸人的氣體。第一級動葉前的進口導(dǎo)流器用作控制進入第

11、一級的氣流方向，出口導(dǎo)流器可使末級靜葉出來的氣流變?yōu)檩S向流動，擴壓器可對出口導(dǎo)流器流出的氣體進行進一步降速增壓，并將氣體導(dǎo)向出氣管排出。該壓縮機氣缸有垂直中分面和水平中分面，垂直中分面將整個氣缸分為前氣缸和后氣缸，井通過螺栓連接成一個整體。下面就軸流式壓縮機各部件結(jié)構(gòu)和功能作一簡單介紹。1轉(zhuǎn)子軸流壓縮機轉(zhuǎn)子是高速旋轉(zhuǎn)的部件，壓縮機通過轉(zhuǎn)子上的動葉把機械能傳遞給氣體。轉(zhuǎn)子要求有足夠的強度和剛度，結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)時應(yīng)避開臨界轉(zhuǎn)速。軸流式壓縮機轉(zhuǎn)子種類較多，但基本上可以分為轉(zhuǎn)鼓型（鼓筒型）、盤軸型（輪靠型）和盤鼓結(jié)合型三種，各種型式的特點如表5 -1所示。 表5-1 軸流式壓縮機轉(zhuǎn)子分類 2動葉動葉由

12、葉身、葉根兩部分(b fen)組成，如圖5 -7所示。葉身是葉片(ypin)的型線部分，厚度一般為弦長的2.5%-8.0%。葉根形式有燕尾形、縱樹形、齒形及銷釘形等，燕尾形葉根尺寸緊湊，加工方便，輪緣強度(qingd)好，應(yīng)用最廣。動葉通過葉根將葉片固定在轉(zhuǎn)鼓或輪盤上，傳遞葉片對轉(zhuǎn)鼓或輪盤的作用力。葉片裝配方式有軸向或周向裝配、每種各有特點，根據(jù)需要選用。 圖5 -7 動葉結(jié)構(gòu) l-葉身；2-葉根；3-過渡部分 3定子(dngz)部件在軸流壓縮機結(jié)構(gòu)中，定子部件的核心部分是氣缸，它構(gòu)成整臺機器的承力骨架。機組中的轉(zhuǎn)子以及其他各種靜止部件，大部分都在氣缸上安裝和定位。通常，氣缸是由幾個(j )不

13、同的構(gòu)件（裝有靜葉的殼體及進氣和排氣蝸殼等）連接在一起成為一個(y )整體的。它承受著機組的大部分質(zhì)量，又要在高溫、高壓條件下，承受通過靜葉傳遞給氣缸的氣動荷載等。因此，氣缸的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有足夠的強度、耐熱性和氣密性。軸流壓縮機的靜葉（導(dǎo)葉）裝在氣缸內(nèi)，它們與裝在轉(zhuǎn)子上的動葉一起構(gòu)成氣流的通流部分，是壓縮機的主要工作部件。因此，不僅要求每個靜葉的形狀和尺寸都有很高的加工精確度，而且要求靜葉能夠準(zhǔn)確而可靠地安裝并定位在氣缸上：此外，還必須保證各靜止部件之間的連接結(jié)構(gòu)（氣缸與氣缸之間；氣缸與靜葉、氣封、軸承之間的連接）既能做到不會由于差別膨脹而引起過大的應(yīng)力和變形，又不至于破壞原先裝配時所達到的同心

14、要求。1)氣缸軸流壓縮機氣缸所受的溫度和壓力都不太高（進氣是大氣溫度和壓力，出口壓力是從幾個大氣壓到幾十個大氣壓，出氣溫度為200-300左右），其通常為鑄造，也有焊接或焊鑄結(jié)合的。氣缸壁厚度可按工作壓力設(shè)計，進氣和排氣道有軸向式和蝸殼式，它們應(yīng)有良好的氣動性能。收斂段和擴壓段應(yīng)有足夠的長度，當(dāng)量擴壓角不宜過大。但是軸流壓縮機級數(shù)多，軸向尺寸長，直徑較小，缸壁較薄，剛性較差，容易產(chǎn)生變形。軸流壓縮機通流部分的徑向間隙要求很嚴(yán)（因為徑向間隙加大將嚴(yán)重影響壓縮機的壓比和效率），這就要求軸流壓縮機具有較大的剛性。這是結(jié)構(gòu)上需要妥善解決的問題。有時，為了增加薄壁氣缸的剛性，在氣缸上可以加設(shè)加強筋。軸流

15、壓縮機氣缸可以做成前后一體，也可以分成幾個段，然后通過垂直法蘭上的螺栓固結(jié)在一起。氣缸分段的主要原因是為了使前后段可以采用不同材料，也為了工藝上的方便。此外，在軸流壓縮機氣缸上常常開有防喘放氣口以及冷卻和密封抽氣口，因此也常在放氣口處分段。2)靜葉靜葉均勻固定在動葉后的氣缸上，使動葉中流出的氣體動能轉(zhuǎn)化為壓能，又控制下一級動葉前的氣流的速度和方向。靜葉分為固定靜葉和可調(diào)靜葉兩種，靜葉通過燕尾形或其他形式葉根固定在氣缸上，見圖5 -8。為改變?nèi)~片安裝角度，設(shè)有專門的調(diào)節(jié)機構(gòu)。靜液調(diào)節(jié)是軸流壓縮機常用的調(diào)節(jié)方式。一般靜葉內(nèi)裝有內(nèi)環(huán)，它比不帶內(nèi)環(huán)的靜葉具有剛度大、抗振性好的優(yōu)點，并能防止葉端漏氣。

16、（a)固定(gdng)靜葉片 (b)可調(diào)靜葉片(ypin) (c）連續(xù)可謂(kwi)靜葉片 圖5-8固定式和可調(diào)式靜葉片其他部件如密封、軸承、平衡盤等與離心式壓縮機類似，此處不再贅述。四、軸流壓縮機的主要性能參數(shù)軸流壓縮機的主要性能參數(shù)有流量、壓比、轉(zhuǎn)速、功率與效率。軸流壓縮機的流量可用容積流量口(ms)或質(zhì)量流量G(kg/s)表示，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)或給定的進氣狀態(tài)下二者可以相互換算。軸流壓縮機的壓比，這里和各表示壓縮機出口與進口的氣體壓力。通常，在軸流壓縮機的進氣側(cè)還裝有空氣過濾器等設(shè)備，因而壓氣機的進氣總壓總會比外界大氣壓力略低一些。多級軸流壓縮機的總壓比等于各級壓比的乘積，即 軸流壓縮機的轉(zhuǎn)速

17、n一般用轉(zhuǎn)分( r/min)表示。軸流壓縮機的功率是指驅(qū)動壓縮機所需要的軸功率N，其單位為kW。軸流壓縮機的效率有絕熱效率、多變效率和機械效率。等。軸流壓縮機的每-臺產(chǎn)品都用銘牌標(biāo)明其主要性能參數(shù)、所壓縮的工質(zhì)以及進氣條件。五、軸流壓縮機的特性曲線及性能特點1特性曲線軸流壓縮機與離心壓縮機一樣，其主要特性參數(shù)為壓縮機壓比、效率田與功率N。它們的數(shù)值可由軸流壓縮機的進口溫度、進口壓力、轉(zhuǎn)速n、質(zhì)量流量G或容積流量Q等獨立參數(shù)來確定。通常把軸流壓縮機的主要性能參數(shù)和與決定工作狀況的獨立參數(shù)之間的關(guān)系稱為壓縮機的特性。這種特性關(guān)系常用圖線形式表示，即在一定的進口溫度和進口壓力下，繪出不同轉(zhuǎn)速n時的壓

18、縮機壓比、效率與流量的關(guān)系曲線，即為軸流壓縮機的特性曲線或特性曲線。特性曲線反映了軸流壓縮機的氣動參數(shù)、熱力參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)與結(jié)構(gòu)形式等因素的綜合關(guān)系。利用特性曲線可以方便地了解軸流壓縮機的基礎(chǔ)性能，判斷穩(wěn)定工況范圍及不穩(wěn)定工況位置，確保設(shè)計工況條件，選擇滿足要求的軸流壓縮機。實際應(yīng)用中，為了方便(fngbin)，往往將 曲線(qxin)與）曲線畫在同一張圖上，繪制方法如圖5 -9昕示。這種給定(i dn)進口條件下的特性曲線稱為正常特性曲線，如果進口條件改變，則正常特性曲線也隨之改變。與離心壓縮機一樣，當(dāng)環(huán)境條件的變化時，將影響軸流壓縮機的特性曲線。為了使軸流壓縮機特性曲線不受進氣條件變化的影

19、響，在各種不同的進氣條件下，都能夠直接應(yīng)用軸流壓縮機的同一特性曲線?？梢詰?yīng)用相似理論，利用相似參數(shù)來繪制軸流壓縮機的特性血線，這就是軸流壓縮機的通用特性曲線，如圖5-10所示。圖5 -9軸流壓縮機的特性曲線 圖5-10軸流壓縮機的通用特性曲線 2性能特點 由特性曲線圖可以看出，軸流壓縮機具有如下性能特點：圖 5-11 軸流壓縮機與離心(lxn)壓縮機(1)在一定的轉(zhuǎn)速下，流量(liling)增大，壓比下降；流量減小，壓比增加。(2)隨著轉(zhuǎn)速的增加，壓比顯著(xinzh)提高，特性曲線也變得更陡峭，穩(wěn)定工作區(qū)變窄，并向大流量區(qū)移動。(3)轉(zhuǎn)速一定，在某一進口流量下，軸流壓縮機效率有最大值；不同轉(zhuǎn)

20、速下，在某一轉(zhuǎn)速時軸流壓縮機效率曲線有最高位置。(4)軸流壓縮機級數(shù)越多，壓比越高，變工況時性能變化就更為敏感，則特性曲線越陡，穩(wěn)定工作區(qū)越窄。(5)存在喘振與阻塞等不穩(wěn)定工況。軸流壓縮機的特性曲線與離心壓縮機有許多相似的特點，但由于軸流壓縮機與離心壓縮機的結(jié)構(gòu)形式有很大的區(qū)別，因而它們在特性曲線上也存在著一些差異，并有各自的特點。圖5 -11為2臺進口流最變化范圍大致相同的軸流壓縮機和離心壓縮機的特性曲線圖。從圖5 -11中可看出兩種壓縮機特性曲線的差異：(l)軸流壓縮機效率比較高。這是由于在軸流壓縮機中氣體直接從一級進人下一級，流道短。(2)軸流壓縮機級壓比低。因為軸流壓縮機利用葉柵流道擴

21、壓原理來提高氣體壓力，而離心壓縮機則主要依靠離心力的作用來提高氣體壓力，故軸流壓縮機的級壓比低于離心壓縮機。(3)軸流壓縮機穩(wěn)定(wndng)工況范圍(fnwi)較窄。這是因為軸流壓縮機葉柵對氣流沖角的變化比較(bjio)敏感，故其特性曲線與離心壓縮機相比較陡，穩(wěn)定工作區(qū)較窄。(4)軸流壓縮機的輸入功率一般隨流量增加而減小。六、軸流壓縮機的不穩(wěn)定工況軸流壓縮機在設(shè)計工況下可在較高的效率下穩(wěn)定工作，但在實際運行中，常因操作條件等改變而進行變工況運行。軸流壓縮機的安全工作區(qū)如圖5 -12所示。由圖可見，軸流壓縮機的安全運行除要考慮結(jié)構(gòu)強度的限制外，還應(yīng)防止產(chǎn)生不穩(wěn)定工況。軸流壓縮機幾種典型的不穩(wěn)定

22、工況有阻塞工況、旋轉(zhuǎn)失速工況、喘振工況及顫振工況等。當(dāng)軸流壓縮機在上述這些不穩(wěn)定工況下工作時，不僅工作性能大大惡化，還會發(fā)生強烈的振動，使機器不能正常運行，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞事故。 5-12 軸流壓縮機的安全工作區(qū)1阻塞工況當(dāng)軸流壓縮機在一定轉(zhuǎn)速下運行，轉(zhuǎn)速不變，增加流量，當(dāng)流量增大到某一值，軸流壓縮機性能惡化，流量和壓力得不到提高，這就是壓縮機的阻塞工況。若轉(zhuǎn)速不變而增加進口流量，則氣流轉(zhuǎn)向速度增人，這時進入動葉的氣流沖角將逐漸減小。當(dāng)進口流量進一步增加時，進氣沖角有可能變?yōu)檩^大的負(fù)值，這時在動葉工作面將出現(xiàn)氣流分離現(xiàn)象。由于動葉柵旋轉(zhuǎn)及氣體慣性作用，使動葉非工作面處的氣流分離現(xiàn)象不如小流最

23、工況那么嚴(yán)重，但氣流分離會使流道出口的有效通流面稍減小。當(dāng)流量增大到一定程度時，有可能會出現(xiàn)流道出口有效通流面積小于流道進口有效通流面積的情況，如圖5 -13所示。若，則葉柵流道中的流動擴壓性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槭諗啃再|(zhì)，氣流通過葉柵時不再受壓縮，而是進行膨脹，這樣使氣體在葉柵中壓力得不到提高，甚至降低，即壓比=l或k。螺桿壓縮機的容積效率取決于壓力比、齒頂與殼體之間的間隙、嚙合部分的間隙、齒頂?shù)膱A周速度以及是否向工作腔噴油等。，螺桿壓縮機功率與絕熱效率的定義及計算與活塞式壓縮機相同：對于一般無油螺桿壓縮機，當(dāng)壓力比在3.03.5之間時，絕熱效率在0.820.83之間；在3.55.2之問時，絕熱效率在0.

24、720.80之問；大型螺桿壓縮機可達 =0.84。對于噴油螺桿壓縮機，由于油能起阻塞液體作用，齒頂圓周速度可以較低，容積效率較高，可在0.800.95之問，并且由于油可以起內(nèi)冷卻作用，故單級壓力比可達7，而且排氣溫度也不會超過許用值。五、螺桿壓縮機的特性曲線1壓力比一排氣量一轉(zhuǎn)速關(guān)系圖5一22表示螺桿壓縮機在不同(b tn)壓力比時排氣量與轉(zhuǎn)速(zhun s)的關(guān)系曲線(qxin)。過坐標(biāo)原點引出的一條直線表示理論排氣量與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，它與壓力比無關(guān)。該直線說明理論排氣量正比于轉(zhuǎn)速。直線下面的4條曲線表示在不同壓力比時實際排氣量與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系。在某一轉(zhuǎn)速下，理論排氣最與實際排氣量n之間的差值，

25、表示因氣體泄露和吸氣壓力損失引起的排氣量損失。轉(zhuǎn)速較低時，相對泄漏量增大，使實際排氣量急劇下降。增加轉(zhuǎn)速后，相對泄漏量減少，實際排氣量曲線逐漸接近理論排氣量曲線。進一步增加轉(zhuǎn)速，由于吸氣壓力損失的增加抵消了相對泄漏量的減少，實際排氣量與轉(zhuǎn)速幾乎成直線關(guān)系，并和理論排氣量曲線近乎平行。2效率、壓力比關(guān)系圖5 -23(a)為原西德GHH公司生產(chǎn)的無油螺桿壓縮機SK25型在n= 5500r/min轉(zhuǎn)速時容積效率，絕熱效與壓力比的關(guān)系曲線。由圖可見，隨著壓力比的增加，泄漏量增加，因此將容積效率略有下降。該圖還說明，在某一壓力比下絕熱效率取得最大值。壓力(yl)比不變時，與螺桿(lu n)齒頂圓周速度，

26、馬赫數(shù)M(M=/a )與相對間隙(jin x)的關(guān)系如圖5 -23(b)和圖5-23(c)所示。由圖可見，隨相對間隙的減小而增加，隨圓周速度的增加而增加，而且在低的圓周速度時影響尤為顯著。目前，常用絕熱效率來評價無油螺桿壓縮機的經(jīng)濟件。由圖5 - 23(a)可見。是取決于壓力比的。同時，還與圓周速度有密切的關(guān)系，圓周速度增加，一方面使容積效率增加，如圖5 -23(b)、圖5- 23(c：)、圖5-23(d)所示；另一面也使氣體流動損失及摩擦損失增加，如圖5 -23(d)。因此在某一特定的圓周速度下，使泄漏和摩擦兩種損失之和為最小，取得最佳的絕熱效率。這在圖5 -24所示的曲線中表示得非常明顯。

27、 圖5-23 無油螺桿式壓縮機特性曲線3綜合(zngh)關(guān)系圖5 -25是螺桿壓縮機的綜合(zngh)特性曲線，它表示不同轉(zhuǎn)速時，排氣量和壓力(yl)比的關(guān)系。在圖上同時也繪出了不同工況下的等效率曲線。由該圖可得螺桿壓縮機共同的兩個特性： (1)在某一轉(zhuǎn)速下，壓力比增加時，螺桿壓縮機的實際排氣量略有下降。這是因為通過間隙的氣體泄漏量隨壓力比的增高而高，而且這種影響在低轉(zhuǎn)速時較為明顯。(2)在最高效率值附近，存在一個相當(dāng)寬廣的轉(zhuǎn)速和壓力比范圍，此范圍內(nèi)壓縮機效率的降低并不顯著。5 六、螺桿壓縮機的排氣量調(diào)節(jié)通常，螺桿壓縮機的使用者總是根據(jù)最的大實際耗氣量來選定螺桿壓縮機的容量。然而在使用過程中，

28、總會因種種原因要求改變螺桿壓縮機的排氣量，以適應(yīng)實際耗氣量的變化。此外，從作用原理得知，屬于容積式壓縮機械的螺桿壓縮機的排氣量不因背壓的提高而自行降低。因此，若不作相應(yīng)的有效調(diào)節(jié)，不但增加了功耗，在某些場合下還可能發(fā)生事故。所以必須設(shè)置調(diào)節(jié)控制機構(gòu)，進行排氣量調(diào)節(jié)，其目的是使螺桿壓縮機的排氣量和實際耗氣量達到平衡，同時還要求這種調(diào)節(jié)經(jīng)濟、方便。調(diào)節(jié)方法有：變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)、控制吸人調(diào)節(jié)、進氣管與排氣管連通調(diào)節(jié)、空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)以及(yj)滑閥調(diào)節(jié)等。各種調(diào)節(jié)方法及其優(yōu)缺點介紹如下。1變轉(zhuǎn)速(zhun s)調(diào)節(jié)螺桿(lu n)壓縮機的排氣量和轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。因此，改變螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)速就可以達到調(diào)節(jié)排

29、氣量的目的。變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法主要優(yōu)點是整個螺桿壓縮機機組的結(jié)構(gòu)不需要作任何變動，而且在調(diào)節(jié)工況下，氣體在螺桿壓縮機中的工作過程基本相同。如果不考慮相對泄漏量（噴油機器還有相對擊油損失）的變化，螺桿壓縮機的功率下降是與排氣量的減少成正比的，因此這種調(diào)節(jié)方法的經(jīng)濟性較好。通常的調(diào)速范圍是額定轉(zhuǎn)速的60%-100%。2停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿壓縮機用交流電動機驅(qū)動且功率較小時，可以采用這種調(diào)節(jié)方法。對較大功率的螺桿壓縮機，一般采用電動機與壓縮機脫開、電動機空轉(zhuǎn)、壓縮機停轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)方式。此時，在螺桿壓縮機和電動機之間必須加裝離合器。3.控制吸入調(diào)節(jié)利用螺桿壓縮機吸氣管上的進氣調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)?？刂莆苏{(diào)節(jié)又分為停止吸人

30、和節(jié)流吸人兩種。停止吸人時，螺壓桿縮機空轉(zhuǎn)，因而只能進行間斷調(diào)節(jié)，其示功圖如圖5-26中虛線5-6-7-8-5所示。這種調(diào)節(jié)方法在活塞式壓縮機中使用廣泛，而在螺桿壓縮機中由于等容壓縮段6-7致使空載功率較大，達額定功率的50%60%，所以較少采用。節(jié)流吸人時，降低了氣體的吸入壓力和密度，理論上可以進行連續(xù)的無級調(diào)節(jié)。然而，在排氣量降低、排出壓力不變的情況下，壓力比反而增加，功率并不下降，甚至更高，同時排氣溫度也上升，其示功圖如圖5 - 27中虛線8-9-10-5 -6-7-8所示。這種調(diào)節(jié)方法較少采用，只限丁于小型機器及工況基本穩(wěn)定的機組。4進氣管與排氣管連通(lintng)調(diào)節(jié)從裝置(zhu

31、ngzh)的結(jié)構(gòu)上來看，此種調(diào)節(jié)方法是簡便的，它只需在排出管道上安裝一調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)工況時，壓縮的氣體沿旁通(pn tn)管道經(jīng)此調(diào)節(jié)閥流回吸入口，其示功圖如圖5 -28所示。圖5 -28中1-2-3-4-1為正常工況時的示功圖，而l-2-3-5 -l為進氣管與排氣管連通調(diào)節(jié)時的示功圖。面積2-3-5表示調(diào)節(jié)工況時的空轉(zhuǎn)耗功。顯然，機器的內(nèi)壓力比越高，這部分功也就越大。所以，此種調(diào)節(jié)方法適用于內(nèi)壓力比低的機器。調(diào)節(jié)闊開度不同時，排氣量有所變化，但幅度并不大。5空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)實際上是停止吸人和進氣管與排氣管連通調(diào)節(jié)聯(lián)合使用的一種綜合調(diào)節(jié)方法，采用一種在截斷吸人的同時，能使進氣管與排氣管連通的減荷

32、閥?？辙D(zhuǎn)調(diào)節(jié)的示功圖如圖5 -29所示。它可在停止吸人調(diào)節(jié)示功圖的基礎(chǔ)上，考慮將氣體經(jīng)安裝在螺桿壓縮機排氣止回閥前的連通管向進氣管道即大氣排放而得到。在調(diào)節(jié)工況時，吸入管道的壓力有真空，排出壓力為大氣壓力。顯然，這種調(diào)節(jié)方式的經(jīng)濟性較好，調(diào)節(jié)工況時的功耗不大于滿負(fù)荷功率的30%。圖5 -29中1-2-3-4-1為正常工況時的示功圖；5-6-7-8-5為相應(yīng)的調(diào)節(jié)工況時的示功圖；低內(nèi)壓力比時的示功圖分別為11和5-65。比較兩種調(diào)節(jié)工況的示功圖得知，低內(nèi)壓力比時空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的功耗反而要比高壓力比時多消耗相當(dāng)于面積78的功。這就是說，空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)用于高壓力比機器較為經(jīng)濟。必須指出，采用這種調(diào)節(jié)方法時，機組

33、的許多部位處于(chy)如圖5 -29所示的真空狀態(tài)，周圍的空氣容易漏入，因而對可燃性氣體、高純度氣體以及其他不允許與空氣混合的氣體，就不能采用轉(zhuǎn)調(diào)空節(jié)法。一般說來，它是螺桿壓縮機常用(chn yn)的排氣量調(diào)節(jié)方法之一。6滑閥調(diào)節(jié)(tioji)滑閥調(diào)節(jié)與活塞式壓縮機部分行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)的基本原理相同，它是使齒間容積在接觸線從吸入端向排出端移動的前一段時間內(nèi)仍與吸氣孔口相通，并使這部分氣體回流到吸氣孔口。也就是說減短了螺桿的有效軸向長度，以達到調(diào)節(jié)排氣量的目的。這種調(diào)節(jié)方法是在螺桿壓縮機機體上位于排氣一側(cè)機體兩內(nèi)圓的交點處裝一簡稱滑閥的滑動調(diào)節(jié)閥，且能在氣缸軸線平行方向上來回移動?；y的運動

34、是由與它連成一體的油壓活塞推動進行連續(xù)無級調(diào)節(jié)，如圖5-30所示。在一些結(jié)構(gòu)中啟動時，滑閥是由電動機經(jīng)減速后驅(qū)動的?；y的背面在非調(diào)節(jié)工況時與機體固定部分緊貼，而在調(diào)節(jié)工況時與固定部分脫離，離開的距離取決于欲調(diào)節(jié)排氣量的大小。滑閥的前緣形成徑向排氣孔口，當(dāng)滑閥移動時，徑向排氣孔口一起移動?；y調(diào)節(jié)的特點是：調(diào)節(jié)范圍廣，可在100%-1O%的排氣量范圍內(nèi)進行無級自動調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)方便，適用于工況變動頻繁的場合，特別適用于制冷、空調(diào)螺桿機組中；調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性好，在100%-50%的排氣量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，動力機消耗的功率幾乎可與螺桿壓縮機排氣量的減少成正比例地下降；可實現(xiàn)卸載啟動，特別是在閉式系統(tǒng)中；使螺桿壓

35、縮機的結(jié)構(gòu)及其自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)雜化，這是它的主要缺點。七、噴油螺桿(lu n)壓縮機無油螺桿(lu n)壓縮機中，壓縮氣體不與冷卻(lngqu)介質(zhì)（油水等）直接接觸，它的冷卻是借機體及轉(zhuǎn)子壁面的傳熱而達到。但實際上，氣體在螺桿壓縮機中的流動速度很高，也就是說，氣體流經(jīng)壓縮機的時間非常短暫（小于0.02S）因此，它與間接的冷卻介質(zhì)之間來不及進行充分的熱交換，故可近似認(rèn)為氣體壓縮過程是絕熱的。這種無油螺桿壓縮機，由于受排氣溫度的限制，I級壓縮達到的壓力比不超過5。為改善壓縮過程的熱交換，降低氣體的排出溫度，以提高單級壓力比，在螺桿壓縮機工作腔內(nèi)噴人具有一定壓力的液體。液體與壓縮氣體直接接觸，并吸收

36、壓縮程產(chǎn)過生的熱量，使壓縮過程接近等溫。這種向工作腔噴入液體冷卻的機器，稱為噴液螺桿壓縮機，其氣體的冷卻方式稱為內(nèi)冷卻或直接冷卻；無油螺桿式壓縮機氣體的冷卻方式稱外冷卻或間接冷卻。噴液式和無油式是螺桿壓縮機并列發(fā)展的兩個分支，它們用于不同的場合。噴人的液體通常是油，也可以是水或其他液體。噴水或其他液體時，要考慮螺桿、機體及管系的防腐、防銹等問題。向工作腔噴油的螺桿壓縮機獲得了廣泛的運用，特別是在移動式空氣壓縮機裝置及制冷裝置中。噴油螺桿壓縮機I級壓縮能達到的壓力比可到10。向工作腔噴油有三個作用：(1)冷卻。油與被壓縮的氣體均勻混合，吸收壓縮過程中氣體的熱量，大大降低氣體的排出溫度。例如，從大

37、氣吸人及排氣壓力為0.7MPa的單級噴油機器，其排氣溫度低于120。(2)潤滑。噴油螺桿壓縮機在結(jié)構(gòu)上可以省掉一對同步齒輪，而由陽螺桿直接傳動陰螺桿，其潤滑是靠噴入的油實現(xiàn)。(3)密封。噴入的油在螺桿及氣缸壁而形成一層薄油膜，使螺桿之間以陽螺桿與氣缸之間的實際間隙減少，從而減少了氣體通過間隙的泄漏。這種螺桿壓縮機原動機通過聯(lián)軸節(jié)和一對增速比不大的增速齒輪，帶動陽螺桿旋轉(zhuǎn)。陽螺桿直接與陰螺桿嚙合，帶動陰螺桿旋轉(zhuǎn)。它小需要精密復(fù)雜的密封，靠油封就能有效地防止氣體沿螺桿軸線方向泄漏。它采用滾動軸承，效率高、運轉(zhuǎn)可靠、維修較方便。噴入工作腔內(nèi)的油，隨壓縮氣體流出螺桿壓縮機主機，并經(jīng)特別的油分離設(shè)備將油

38、分離出，再經(jīng)冷卻、過濾，用油泵再泵入螺桿壓縮機的工作腔循環(huán)使用。圖5 -31是噴油螺桿壓縮機的系統(tǒng)圖。氣體(qt)由濾清器(l)及容量(rngling)調(diào)節(jié)閥(2）進入螺桿(lu n)壓縮機，并與壓力油混合壓縮。壓縮后的油氣混合物經(jīng)逆止閥(3)進入一次油分離器（4), 即儲氣器和二次油分離器(5)，已被分離干凈的壓縮氣體，通過壓力保持閥和逆止閥(6)供用戶使用。一次油分離器(4)及二次油分離器(5)在同一殼體，殼體的下部可儲存分離出來的油并兼作油箱，上部空間作儲氣罐用。油分離器下部儲油箱中的油，經(jīng)油冷卻器和油過濾器后，進入油泵。油泵出口的壓力油路：最主要的一路是噴入工作腔。一路通向增速齒輪處作

39、潤滑，一路潤滑軸承，一路通向螺桿端面轉(zhuǎn)子軸頸處起軸向密封作用?？梢钥闯?，壓縮過程中被油吸取的熱量，只通過一個體積很小的油冷卻器，被冷卻水或冷風(fēng)帶走。在油冷卻器前后管路上，還設(shè)有一油溫調(diào)節(jié)閥（旁通閥）。機組正常運轉(zhuǎn)時，油溫調(diào)節(jié)閥處在半開啟狀態(tài)溫，為防止油過高時油發(fā)生氧化，油溫調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，全部油量都經(jīng)過油冷卻器，以適當(dāng)降低油溫；壓縮機在啟動或嚴(yán)寒冬季運轉(zhuǎn)時，油溫低、油的粘度大，噴入工作腔里的油不易霧化。這時，油溫調(diào)節(jié)閥全部打開，使油不經(jīng)過冷卻器。來自壓縮機出口的油氣混合物進入油分離器簡體空間，大部分油滴在重力作用下落入油箱。含有少量油的壓縮氕體，經(jīng)二次油分離器再次進行分離。二次油分離器是由一層層羊

40、毛絨疊在一起組成的。當(dāng)油氣混合物通過時，油被附著在羊毛纖維上，達到了良好的分離效果，厚厚的羊毛絨層不僅起著油分離的作用，而且還能很好地吸收氣流中的噪聲。因此，二次油分離器實際上也起著排氣消聲作用。經(jīng)過兩次分離，回收了絕大部分油，被氣體帶去的油已極少，可以做到每壓縮氣體的油消耗量僅為50-100mg。噴入工作腔里的油要適當(dāng)。油量過少，會降低冷卻、密封及潤滑效果，影響噴液螺桿壓縮機的效率；油量過多，不僅會使油擾動消耗的功增加，而且加重了油分離設(shè)備的負(fù)擔(dān)，影響油的回收。噴液螺桿壓縮機噴入液體與氣體的體積比以0.24%-1.1%為宜。如以質(zhì)量表示，相當(dāng)J：液、氣質(zhì)量比為1.5-10.O。在轉(zhuǎn)速較高時，相對泄漏損失小，但擾動油的損失功較大。故上述小的數(shù)值適用于較高轉(zhuǎn)速，大的數(shù)值適用于較低轉(zhuǎn)速。如圖5 - 32所示，噴油式螺桿壓縮機的壓力油從機體上的一條總油管分別經(jīng)過小油孔噴入壓縮腔內(nèi)。小油孔可排成一行或兩行，小油孔數(shù)目可為512個，孔徑為3- 5mm。它由特制鉆頭并借鉆頭由內(nèi)腔向外與機體上的總油孔鉆通。有的機器也可以只用1-2個直徑為10mm以上的大孔向壓縮腔噴油，向氣缸噴人油的霧化程度不及上述多孔的好。