制冷压缩机教学作者吴业正螺杆式制冷压缩机.pptx

第第 五五 章章 螺杆式制冷压缩螺杆式制冷压缩机机5.1 基本结构和工作原理5.2 螺杆转子齿形及结构参数5.3 热力性能5.4 吸排气孔口和内容积比调节5.5 转子受力分析5.6 开启式和封闭式螺杆式压缩机结构5.7 螺杆式压缩机装置系统5.8 单螺杆式压缩机5.9 螺杆式压缩机的噪声和振动一、一、螺杆式制冷压缩机的工作原理及工作过程螺杆式制冷压缩机的工作原理及工作过程5.1 基本结构和工作原理 R-22,R-134a,and R-407C refrigerants日立螺杆式压缩机工作原理工作原理 螺杆式压缩机的工作是依靠啮合运动着的阳转子与阴转子，并借助于包围这一对转子四周的机壳内壁的空间完成的。当转子转动时，转子的齿、齿槽与机壳内壁所构成的呈“V”字形的一对齿间容积称为基元容积。其容积大小会发生周期性的变化，同时它还会沿着转子的轴向由吸气口侧向排气口侧移动，将制冷剂气体吸入并压缩至一定的压力后排出。工作模拟工作模拟工作过程工作过程 （1 1）吸气过程）吸气过程 当基元容积由最小向最当基元容积由最小向最大变化时，它与径向和轴向吸气口相通，进大变化时，它与径向和轴向吸气口相通，进行吸气过程（图行吸气过程（图a a、b b）。当基元容积达到最）。当基元容积达到最大并与吸气口隔开时，吸气结束（图大并与吸气口隔开时，吸气结束（图c c）。）。（2 2）压缩过程）压缩过程 随着转子继续旋转随着转子继续旋转，基元容积由最大逐渐变小，开始气体的压缩基元容积由最大逐渐变小，开始气体的压缩过程（图过程（图d d、e e）。）。（3 3）排气过程）排气过程 当基元容积开始与轴向当基元容积开始与轴向和径向排气口接通时，进行排气过程和径向排气口接通时，进行排气过程(图图f)f)，直到基元容积变为零为止。直到基元容积变为零为止。二、二、螺杆式制冷压缩机的特点螺杆式制冷压缩机的特点 1.内容积比 工作容积吸气终了的最大容积工作容积吸气终了的最大容积V1与内压缩与内压缩终了的容积终了的容积V2的比值称为螺杆式制冷压缩机的的比值称为螺杆式制冷压缩机的内容积比，即内容积比，即 2.附加功损失欠压缩欠压缩 过压缩过压缩 3.螺杆式制冷压缩机的优、缺点 1 1）工作于中型制冷量范围内，易损件工作于中型制冷量范围内，易损件少，有利于实现操作自动化，可靠性和效少，有利于实现操作自动化，可靠性和效率较高率较高.2 2）加工精度高，价格较高，噪声大加工精度高，价格较高，噪声大.3 3）部分负荷的效率较高，无活塞式的部分负荷的效率较高，无活塞式的液击和离心式的喘振现象液击和离心式的喘振现象.4 4）采用喷油方式，需要喷入大量油而采用喷油方式，需要喷入大量油而必须配置相应的辅助设备。必须配置相应的辅助设备。螺杆式压缩机的结构一、螺杆式制冷压缩机的结构一、螺杆式制冷压缩机的结构 1.机机 壳壳 螺杆式制冷压螺杆式制冷压缩机的机壳一般为缩机的机壳一般为剖分式。它由机体剖分式。它由机体（气缸体）、吸气（气缸体）、吸气端座、排气端座及端座、排气端座及两端端盖组成。两端端盖组成。机体是连接各零部件的中心部件，机体是连接各零部件的中心部件，它为各零部件提供正确的装配位置，保它为各零部件提供正确的装配位置，保证阴、阳转子在气缸内啮合，可靠地进证阴、阳转子在气缸内啮合，可靠地进行工作。行工作。2.螺杆螺杆 转子是螺杆转子是螺杆式制冷压缩机的式制冷压缩机的主要部件，常采主要部件，常采用整体式结构，用整体式结构，将螺杆与轴做成将螺杆与轴做成一体。一体。转子的毛坯常转子的毛坯常为锻件，一般多采为锻件，一般多采用中碳钢用中碳钢，有特殊，有特殊要求时也有用要求时也有用40Cr等合金材料。等合金材料。3.轴承与油压平衡活塞轴承与油压平衡活塞 径向力径向力大小与转子直径、长径比、内压力比及运行工况有关。轴向力轴向力大小与转子直径、内压力比及运行工况有关。承受径向力的轴承负荷由大到小依次是：承受径向力的轴承负荷由大到小依次是：阴转子排气端轴承、阳转子排气端轴承、阴转子吸气端轴承和阳转子吸气端轴承。为保证阴、阳转子的精确定位及平衡轴向力和径向力，通常用一个平衡活塞或类似装置在它两边施加一定的压差，来达到这一目的。螺杆式制冷压缩机的基本参数 1.齿数齿数 一般采用阳阴转子齿数比46的方案，不对称齿型的齿数比趋向56的方案。2.公称直径、长径比公称直径、长径比 确定螺杆直径系列化的原则是：在最佳圆周速度的范围内，以尽可能少的螺杆直径规格来满足尽可能广泛的输气量范围。一般一般 值在值在1 1.5之间，我国产品有两种之间，我国产品有两种长径比，即长径比，即=1.0和和=1.5。5.2 螺杆转子齿形及结构参数螺杆转子齿形及结构参数 3.螺杆扭转角螺杆扭转角 表示转子上一个齿的扭曲程度。表示转子上一个齿的扭曲程度。当前较多采用的是:阳转子的扭转角为270、300;阴转子的扭转角则为180、200。4.圆周速度和转速圆周速度和转速 螺杆齿顶圆周速度是影响压缩机外形尺寸及效率的重要因素。喷油螺杆压缩机阳转子的最佳圆最佳圆周速度周速度在1545m/s之间；少油螺杆压缩机的在2565m/s之间；无油螺杆压缩机的则在60120m/s。圆周速度确定后，螺杆转速螺杆转速也随之确定。喷油螺杆压缩机主动转子转速范围为6304400r/min。螺杆式压缩机转子型线 一、转子型线的基本概念 螺杆压缩机转子的扭曲齿面称为转子的型面型面。型面与垂直于转子轴线平面（如端平面）的截交线称为转子的型线型线。主动转子与从动转子两型面之间相互接触，所形成的空间曲线，称为型面的接触线型面的接触线，它把齿间基元容积分为两个压力不同的区域，起到密封和隔离基元容积的作用。主动转子型线与从动转子型线在端平面上啮合运动时，啮合点的轨迹称为啮合线啮合线。显然，型面接触线在端平面上的投影就是型线的啮合线。二、型线的分类和基本要求主要有对称型线和非对称型线两种 对称型线对称型线齿型对称于齿顶中心线且型线完全相同的型线。非对称型线非对称型线齿型不对称于齿顶中心线且型线不同的型线。单边型线单边型线只在转子节圆的内侧或外侧一边具有型线。双边型线双边型线节圆内外均具有型线。三、摆线的形成和特性 基圆基圆 摆线摆线 四、单边对称圆弧型线 五、单边不对称型线 5.3 热力性能一、输气量的计算 二、影响输气系数的主要因素1.泄漏损失泄漏损失2.吸气压力损失吸气压力损失3.预热损失预热损失 上述三种损失的大小，与压缩机的尺上述三种损失的大小，与压缩机的尺寸、结构、转速，制冷工质的种类、气缸寸、结构、转速，制冷工质的种类、气缸喷油量和油温，机体加工制造的精度、磨喷油量和油温，机体加工制造的精度、磨损程度及运行工况等因素有关。损程度及运行工况等因素有关。形成：形成：高压基元容积内气高压基元容积内气体向较低压力基元容体向较低压力基元容积泄漏，其泄漏面形积泄漏，其泄漏面形状接近空间曲边三角状接近空间曲边三角形，称为泄漏三角形，形，称为泄漏三角形，又称轴向泄漏。又称轴向泄漏。转子的齿形转子的齿形应具有较小的泄应具有较小的泄漏三角形，理论漏三角形，理论上越小越好。上越小越好。泄漏三角形泄漏三角形5.4 吸排气口和内容积比调节吸排气口和内容积比调节吸排口工作原理吸入 压缩 排出Suction Compression Discharge2.螺杆式制冷压缩机的性能特点(1)理论排气量取决于螺杆的几何尺寸和转速。阳转子转速，r/m转子长度，m阳转子外径，m扭角系数面积利用系数(3)输气系数随压力比的增加而减小。(4)无吸排阀，转速高，重量轻、体积小。(5)无余隙容积，大压力比时输气系数大。(6)喷油润滑降低排气温度，大压力比时可单级。内容积比：吸入结束时容积/压缩结束时容积内压力比：压缩结束时压力p2/吸气压力p1外压力比：排出腔压力(冷凝压力)pd/p1p2 pd：p2 pd，浪费功(2)压缩终点压力不一定等于排气腔压力内容积比内压力比外压力比内容积比调节机构 由于工况的改变，螺杆式制冷压缩机内压缩由于工况的改变，螺杆式制冷压缩机内压缩终了的压力往往同排气腔内的压力不相等，造成终了的压力往往同排气腔内的压力不相等，造成等容压缩或等容膨胀的额外功耗。为此，就有必等容压缩或等容膨胀的额外功耗。为此，就有必要进行内容积比来调节，以适应螺杆式制冷压缩要进行内容积比来调节，以适应螺杆式制冷压缩机在不同工况下的高效运行。机在不同工况下的高效运行。内容积比调节机构的目的，就是通过改变径向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，以适应不同的运排气孔口的位置来改变内容积比，以适应不同的运行工况。我国螺杆式制冷压缩机系列的内容积比推行工况。我国螺杆式制冷压缩机系列的内容积比推荐值有荐值有2.62.6、3.63.6、5 5三种，以适应不同蒸发温度的三种，以适应不同蒸发温度的要求。但是，对于工况变化范围大的机组，有必要要求。但是，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。实现内容积比随工况变化进行无级自动调节。内容积比调节机构内容积比调节机构 德国寇尔托马塔（德国寇尔托马塔（Kiihlautomat）公司）公司3.螺杆式制冷压缩机的能量调节间断运行吸气节流 变速调节排气回流吸气回流吸气回流5.5 转子受力分析主带从转子产生的轴向力气体压力产生的轴向力吸排压差产生的轴向力转子螺旋两侧气体压力不同产生的轴向力阳(主动)转子轴向力阴(从动)转子轴向力主：指向吸气端从：指向排气端主：指向吸气端从：指向吸气端主、从抵消对称齿型 非对称齿型主：指向吸气端从：指向排气端措施阳：平衡活塞+止推滚动轴承阴：止推滚动轴承5.6 开启式和封闭式螺杆式压缩机LG20型型一、结构实例一、结构实例 开启螺杆式压缩机的结构开启螺杆式压缩机的结构 ASL66型型5.7 螺杆式压缩机装置系统 一、压缩机的制冷量 二、压缩机的功率和效率1.功率功率 2.效率效率 3.输气系数输气系数表征压缩机表征压缩机的容积特性的容积特性螺杆压缩机的输气量调节机构 一、滑阀能量一、滑阀能量 调节原理调节原理 通过滑阀的移通过滑阀的移动改变转子的有效动改变转子的有效工作长度，来达到工作长度，来达到输气量调节的的。输气量调节的的。滑阀能量调节滑阀能量调节 滑阀的位滑阀的位置离固定端越置离固定端越远，回流孔长远，回流孔长度越大，输气度越大，输气量就越小。当量就越小。当滑阀的背部接滑阀的背部接近排气孔口时近排气孔口时转子的有效长转子的有效长度接近于零，度接近于零，便能起到卸载便能起到卸载启动的目的。启动的目的。输气量和滑阀位置的关系曲线输气量和滑阀位置的关系曲线 调节过程中，功调节过程中，功率与输气量在率与输气量在50%以以上负荷运行时，几乎上负荷运行时，几乎是成正比例关系，但是成正比例关系，但在在50%以下时，性能以下时，性能系数相应大幅度下降，系数相应大幅度下降，其经济性较差。其经济性较差。螺杆式制冷压缩螺杆式制冷压缩机的输气量调节范围机的输气量调节范围一般为一般为10%100%内内的无级调节。的无级调节。二、滑阀能量调节机构 调节机构由三部分组成：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。调节过程：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，由液压泵供油推动液压活塞来带动滑阀沿轴向左右移动。供油过程的控制元件是电磁换向阀。滑阀的滑阀的轴向移动，改变转子的有移动，改变转子的有效工作长度，达到输气量调节的目的。效工作长度，达到输气量调节的目的。螺杆压缩机的润滑系统5.8 单螺杆式制冷压缩机单螺杆式制冷压缩机转子转子星轮星轮工作原理工作原理 具有内压缩过程，而且一个基元容积在旋转一具有内压缩过程，而且一个基元容积在旋转一周内，完成了两次吸气、压缩和排气循环过程。周内，完成了两次吸气、压缩和排气循环过程。单螺杆式压缩机动画模拟单螺杆式压缩机动画模拟转动环式能量调节机构转动环式能量调节机构 满负荷时，圆环块完全盖住回流通道；部分负满负荷时，圆环块完全盖住回流通道；部分负荷时，圆环块转至一定位置，最初星轮齿扫过的容荷时，圆环块转至一定位置，最初星轮齿扫过的容积气体并未压缩，而是经回流通道流回吸气腔。积气体并未压缩，而是经回流通道流回吸气腔。滑阀式能量调节机构滑阀式能量调节机构二、螺杆式制冷压缩机组二、螺杆式制冷压缩机组 LG20型机组型机组LG20型型机机组组油油、气气路路系系统统图图空调用螺杆式风冷热泵机组空调用螺杆式风冷热泵机组 一、螺杆式制冷压缩机的振动引起振动的原因压缩机曲柄-连杆机构运动时形成的惯性力；由于气流脉动引起的管系振动。惯性力往复惯性力：取决于曲柄-连杆机构的运动及质量分布，为活塞组和连杆往复运动部分产生的往复惯性力之和。旋转惯性力换算到曲柄销中心的曲柄质量与曲柄销质量之和产生的旋转惯性力；连杆旋转质量产生的旋转惯性力。惯性力平衡单缸多缸5.9 螺杆式制冷压缩机的振动和噪声1、曲柄-连杆机构的惯性力和惯性力矩曲柄-连杆机构的运动特征活塞的直线运动（活塞加速度aj，式3-35）曲柄销的旋转运动（曲柄销径向加速度ar，式3-36）连杆的质量代替系统假定连杆质量集中于连杆小头中心和连杆大头中心，构成两质量系统（mc1往复运动质量，mc2旋转运动质量，式3-37，3-38）。往复惯性力Fj（式3-40）一阶往复惯性力Fj1二阶往复惯性力Fj2旋转惯性力Fr（式3-41）往复惯性力矩和旋转惯性力矩力矩产生原因：曲轴各曲拐上的惯性力不在同一个曲轴旋转平面上。2、螺杆式压缩机的惯性力平衡单缸压缩机旋转惯性力Fr平衡：在曲柄相反方向装平衡块完全平衡（图3-155a，式3-42）；往复惯性力Fj平衡：用平衡块部分平衡（图3-155b）。多缸压缩机立式两缸（两曲拐夹角为180度）旋转惯性力Fr平衡：相互抵消；往复惯性力Fj平衡：作用在两个曲拐上的一阶往复惯性力Fj1相互抵消；旋转惯性力矩平衡：在曲柄相反方向设置两个平衡块（图3-156，式3-44）；往复惯性力矩平衡：用平衡块部分平衡。角度式（图3-157，角度式压缩机的汽缸布置和平衡块位置；表3-6，各种压缩机的惯性力平衡计算公式。）二、螺杆式制冷压缩机的噪声机械噪声相对运动零件间隙产生的撞击机体、管路、支承件振动阀片撞击升程限制器和阀座流体噪声吸、排气时气体的压力脉动气体流经电动机气体在壳体内振荡引起的共鸣电磁噪声内置电动机运转发出的电磁声噪声源降噪措施针对不同噪声源采取不同措施：提高零件加工精度和装配精度，以降低零件相互撞击噪声；适当控制阀片升程，改善阀片的运动规律，以减少阀片冲击升程限制器和阀座时的冲击声；合理设计减振装置，从而在减振的同时降低噪声；改进壳体形状，提高其刚度及自振频率；适当改变壳体尺寸防止壳内气柱共鸣；适当加厚刚板厚度；改变内部排气管的弯曲形状和支撑。带经济器的螺杆式机组带经济器的螺杆式机组 螺杆式制冷压缩机的特点之一是单级压缩比大。但随着压缩比的增大，循环的节流损失增加，压缩机的泄漏损失也增加，效率急剧下降。为了提高效率、改善性能，常利用螺杆压缩机吸气、压缩、排气单方向进行的特点，在压缩机的中部设置一个中间补气口，使转子基元容积在压缩过程的某一转角范围与补气口相通，使系统中增设的中间容器内的闪发性气体通过补气口进入基元容积中。此增设的中间容器称为经济器。什么是经济器？什么是经济器？两次节流的螺杆压缩机制冷循环两次节流的螺杆压缩机制冷循环 一次节流的螺杆压缩机制冷循环一次节流的螺杆压缩机制冷循环 小结：小结：1.螺杆压缩机是利用两个具有螺旋状齿槽的转子相互啮合旋转使齿间容积发生变化，完成吸气、压缩和排气三个过程的。2.螺杆压缩机具有结构简单，易损件少，振动小，对液击耐受性高，噪声大，辅助设备较大等特点。3.螺杆压缩机转子型线有多种，同类采用的型线为单边非对称线。4.影响螺杆压缩机输气系数的主要因素有泄露损失、吸气压力损失、预热损失。5.滑阀能量调节的原理是通过滑阀的移动改变螺杆的有效工作长度，以达到输气量调节的目的。6.内容积比调节机构就是通过改变径向排气口的大小来实现的。7.螺杆压缩机是以机组的形式出现的，它包括压缩机、电机、冷却润滑油、能量调节控制装置、安全保护装置和监控仪装置等。8.带经济器的压缩机既具有单级压缩机结构简单、操作方便、容易控制的特点，又具有双级压缩机低湿工况下效率高的优点。