第5章 螺杆式制冷压缩机剖析

1、第六章 螺杆式制冷压缩机 第六章第六章第六章q 1 基本结构和工作原理q 2 螺杆转子齿形及结构参数q 3 热力性能q 4 吸排气孔口和输气量调节机构q 5 转子受力分析q 6 开启式和封闭式螺杆式压缩机q 7 螺杆式压缩机装置系统q 8 单螺杆式压缩机q 9 螺杆式压缩机的噪声和振动q 10 安全保护装置第六章第六章第六章本章内容第六章第六章第六章 螺杆式压缩机的发展历史q 1937年，瑞典SRM公司研制成功了两类螺杆压缩机试验样机；q 1946年，英国 James Howden 公司获得螺杆压缩机生产许可证，欧美和日本的多家公司也陆续获得许可证，从事螺杆压缩机的生产和销售；q 1961年，

2、喷油螺杆制冷压缩机研制成功；q 近年来通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功，螺杆压缩机的优越性得到了不断发挥。 第六章第六章第六章 螺杆式制冷压缩机简介q 螺杆式制冷压缩机属于工作容积作回转运动的容积型压缩机；按照螺杆转子数量不同，分为双螺杆式与单螺杆式两种；q 螺杆式制冷压缩机无余隙容积，效率高，无吸、排气阀装置等易损件,目前已成为一种先进的制冷压缩机，其制冷和制热输入功率已发展到101000kW，广泛应用于冷冻、冷藏、空调和化工工艺等制冷装置上，性能优化潜力很大。第六章第六章第六章 单螺杆与双螺杆压缩机比较q 力平衡方面单螺杆压缩机的螺杆承受的径向和轴向气体力可自动平衡，星

3、轮齿承受气体力，要求星轮齿具有足够的强度和刚度； 双螺杆压缩机的螺杆转子承受较大的径向和轴向气体力，要求螺杆具有足够的强度和刚度。 q 制造成本方面 单螺杆压缩机的螺杆和星轮轴承可选用普通轴承，制造成本较低； 双螺杆压缩机两螺杆转子负荷比较大，需选用精度较高的轴承，制造成本较高。 可靠性方面 单螺杆压缩机的星轮是易损部件，对材料有较高要求，星轮还需定期更换； 双螺杆压缩机中没有易损件，无故障运行时间可达48万小时。 加工设备方面单双螺杆压缩机已有成熟的螺杆专用铣床和磨床，可确保产品性能稳定。单螺杆与双螺杆压缩机比较第六章第六章第六章 第六章第六章第六章 q 效率方面 新机状态下两者效率基本相同

4、，随着运行时间增加，单螺杆压缩机的星轮磨损将导致气量减少和效率降低。 q 噪音和振动方面 两者的的噪音和振动基本相同。 q操作和维护方面 两者的日常操作和维护基本相同。 单螺杆与双螺杆压缩机比较 适用性方面 单螺杆压缩机适合用于高排气压力的场合，如高压空气压缩机、制冷压缩机和天然气压缩机等； 双螺杆压缩机由于受到转子刚度和轴承负荷等方面的限制，双螺杆压缩机只能适用于中、低压范围，排气压力一般不能超过4.5MPa。 单螺杆与双螺杆压缩机比较第六章第六章第六章 第一节 基本结构和工作原理第六章第六章第六章 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

5、活塞及输气量调节装置组成。第六章第六章第六章基本结构图6-2 开启式螺杆压缩机结构外形图第六章第六章第六章第六章第六章第六章两个按一定传动比反向旋转又相互啮合的转子平行地配置在呈“8”字形的气缸中。气缸的左右有吸气端座和排气端座，一对转子就支承在左右端座的轴承上。吸气端座和气缸上部设有轴向和径向吸气孔口，排气端座和滑阀上分别设有轴向和径向排气孔口。第六章第六章第六章第六章第六章第六章第六章第六章第六章 为一对互相啮合的螺杆。阳转子为凸齿形，与电动机直接连接，称主动转子；阴转子为凹齿形，称从动转子。 为使螺杆式制冷压缩机系列化、标准化、通用化，我国规定螺杆公称直径为63、80、100、125、1

6、60、200和315mm七种，长径比分为1.0 和1.5 两种。 第六章第六章第六章q 转子主要零部件第六章第六章第六章q 机壳 一般为剖分式，由机体（气缸体）、吸气端座、排气端座及两端端盖组成； 材料通常采用灰铸铁； 机体内腔横断面为双圆相交的横8字形，与置于其内的两个啮合转子的外圆柱面相适合。 主要零部件 主轴承(滑动轴承)：用柱销安装固定在吸、排气端座内； 止推轴承（向心推力球轴承）：在排气侧阳、阴转子上各装有两只，以承受一定的轴向力； 轴封采用摩擦环式机械密封器，安装在主动转子靠联轴器一端轴上，其结构和原理与活塞式压缩机的轴封相同。第六章第六章第六章q 轴承与轴封主要零部件q 平衡活塞

7、装在阳转子上：由于结构差异，因吸、排气侧压力差所引起的作用在阳转子上的轴向合力比作用在阴转子上的轴向力大得多，故阳转子上除装设止推轴承外，还增设油压平衡活塞，以减轻阳转子对滑动轴承端面的负荷，减轻止推轴承所承受的轴向力。由滑阀、油缸、油活塞、四通电磁换向阀、油管路等组成。活塞装在气缸壁下部两圆交汇处，改变滑阀位置，即可起调节制冷量的作用。q 能量调节装置主要零部件第六章第六章第六章第六章第六章第六章工作原理 螺杆式冷压缩机是靠汽缸中一对含有螺旋齿槽的转子相互啮合，造成由齿形空间组成的基元容积的变化，进行制冷剂气体压缩。螺杆式压缩机转子的齿相当于活塞，转子齿槽、机体内壁面和两端盖等共同构成工作容

8、积，相当于气缸。机体两端设有成对角线布置的吸、排气孔口。 随着转子在机体内的旋转运动，工作容积由于齿的侵入或脱开不断发生变化，从而周期性地改变转子每对齿槽间的容积，达到吸气、压缩和排气的目的。第六章第六章第六章q 阴、阳转子中的一对齿面、机体内壁面和端盖形成“V”字型齿间容积(基元容积)；q 在螺杆式制冷压缩机的运转过程中（吸气气体在密封基元容积中被压缩气体由排气孔口排出） ，基元容积的大小随转子旋转而变化，其空间位置也不断移动；q 互相啮合的转子，在每个运动周期内，分别有若干相同的基元容积依次进行相同的工作过程。只需研究其中一个基元容积的整个工作循环，就能了解压缩机工作的全貌。(播放动画)基

9、元容积第六章第六章第六章图6-3 螺杆式压缩机的工作原理图 基元容积由最小向最大变化，它与径向和轴向吸气口相通，进行吸气过程 （a a、b b）； 当基元容积达到最大并与吸气口隔开时，吸气结束（c c）； 基元容积由最大逐渐变小，开始气体压缩过程（d d、e e）； 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(f f),直到基元容积变零为止； 随着转子的连续运转，上述吸气、压缩、排气过程循环进行，各基元容积依次陆续工作，构成螺杆式压缩机的工作循环。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。工作过程示意 第六章第六章第六章第六章第六章第六章q 吸气过程 转子

10、旋转时，阳转子的一个齿连续脱离阴转子的一个齿槽，齿间容积逐渐扩大，并和吸气孔口连通，气体经吸气孔口进入齿间容积； 齿间容积达到最大值时与吸气孔口断开，齿间容积封闭，吸气过程结束。此时阴、阳转子的齿间容积彼此并不连通。工作过程第六章第六章第六章q 压缩与排气过程 转子继续旋转，在阴、阳转子齿间容积连通之前，阴、阳转子齿间容积中的气体向前移动； 经某一转角后，阴、阳转子齿间容积连通，形成“V”字形齿间容积对(基元容积)，随两转子齿的互相挤入，基元容积被逐渐推移、缩小，实现气体的压缩过程； 压缩过程直到基元容积与排气孔口相连通时为止，此刻排气过程开始； 转子旋转时基元容积不断缩小，将压缩后气体送到排

11、气管，此过程一直延续到该容积最小时为止。工作过程第六章第六章第六章 两转子转向相迎合的一面，气体受压缩，称高压力区；另一面转子彼此脱离，齿间基元容积吸入气体，称低压力区。高、低压力区由两个转子齿面间的接触线隔开； 由于基元容积的气体随着转子旋转由吸气端向排气端作螺旋运动，故螺杆式压缩机的吸、排气孔口一般呈对角线方式布置。吸气孔口位于低压力区端部，排气孔口位于高压力区端部。 提问:阳转子即主动轴旋转一周,从动轴即阴转子旋转多少周,同时压缩机排气几次?工作过程 第六章第六章第六章工作容积、气体压力与阳转子转角的关系第六章第六章第六章 吸气过程吸气过程：齿间容积在吸气端开始形成的瞬间为零。随着阳螺杆

12、的旋转，螺杆另一螺旋槽连通，齿间容积随之扩大并与吸气孔相通而吸气，当阳螺杆转角超过1瞬间，齿间容积达到最大值Vl并与吸气孔口断开，吸气过程结束。 压缩过程压缩过程：螺杆继续旋转，此时主动转子的齿间基元容积和从动转子的齿间基元容积彼此孤立地向前推进，当阳螺杆螺旋槽与阴螺组成新的工作容积时，两个孤立的齿间基元容积相互沟通，随着两螺杆的啮合运动，基元容积从最大值Vl缩小至V2，且瞬间与排气口连通，压缩过程结束，排气开始。 工作容积、气体压力与阳转子转角的关系第六章第六章第六章 排气过程排气过程：螺杆继续旋转，与排气口连通的基元容积继续缩小，当阳螺杆转角由2增至3时，基元容积由V2缩小至零，排气过程结

13、束。阳螺杆转角再增至4时，组成基元容积的阳螺旋槽又在吸气端与吸气孔口相通，准备形成新的工作容积，于是下一工作周期开始。螺杆旋转一周，每一螺旋槽完成一个吸气、压缩与排气工作过程。工作容积、气体压力与阳转子转角的关系第六章第六章第六章思考:螺杆压缩机每排一次气需转过多大角度?第六章第六章第六章工作特点 就压缩气体原理而言，螺杆式制冷压缩机与往复式一样同属容积式压缩机；就运动形式而言，螺杆式制冷压缩机的转子与离心式一样作高速旋转运动，故螺杆式制冷压缩机兼有往复式与离心式的特点。优点:与往复活塞式制冷压缩机相比，螺杆式制冷压缩机的转速较高（通常在3000r/min以上），又有质量轻、体积小，占地面积小

14、等一系列优点，因而经济性较好； 无往复质量惯性力，动力平衡性能好，基础可以很小； 结构简单紧凑，易损件少，所以运行周期长，维修简单，使用可靠，有利于实现操作自动化； 对进液不敏感，可采用喷油或喷液冷却，故在相同的压力比下，排气温度比往复活塞式制冷压缩机低得多，故单级压力比高； 与离心式制冷压缩机相比，螺杆式制冷压缩机具有强制输气的特点。即输气量几乎不受排气压力的影响，在较宽的工况范围内，仍可保持较高的效率。第六章第六章第六章第六章第六章第六章缺点 由于气体周期性地高速通过吸、排气孔口及通过缝隙泄漏，故噪声大，需采取消音或隔音措施； 要求精度较高的螺旋状转子，需要专用设备和刀具加工； 由于间隙密

15、封和转子刚度等的限制，目前螺杆式制冷压缩机还不能像往复式压缩机那样达到较高的压缩终了压力； 由于采用喷油方式，需配置相应的辅助设备，使机组的体积和质量加大； 没有吸、排气阀，可能出现过压缩和欠压缩现象。 螺杆式压缩机可分为无油式和喷油式两种。无油螺杆压缩机本世纪30年代问世时主要用于压缩空气，50年代才用于制冷装置中。60年代出现了气缸内喷油的螺杆式制冷压缩机，使制冷机的性能大大改善，故螺杆式制冷压缩机绝大部分为喷油式。第六章第六章第六章喷油式螺杆压缩机的特点q 优点 降低排气温度，减少工质泄漏，提高密封效果； 增强对零部件的润滑，提高零部件寿命； 对声能和声波有吸收和阻尼作用，可以降低噪声；

16、 冲洗掉机械杂质，减少磨损。q 缺点 由于喷油量较大，螺杆装置中必须增设油处理设备，如油分离器、油冷却器、油过滤器、油压调节阀和油泵等，这将增大机组体积和复杂性。第六章第六章第六章螺杆式制冷压缩机的表示方法（JBT690693） 改型编号转子名义直径，cm型式：LG开启螺杆BLG半封闭螺杆 转子导程：D 短导程C 长导程；T 特长导程制冷剂种类：A 氨R717F R22氟里昂 第六章第六章第六章表示方法示例 型式转子直径cm转子导程制冷剂改型编号LG16CA开启 螺杆16长导程氨R717 BLG10DF2半封闭螺杆10短导程氟里昂2KA20-50开启 螺杆20 氨制冷量50104kcal/hB

17、F12.5-4半封闭螺杆12.5 氟里昂4 104kcal/h第六章第六章第六章q 封闭式大容量机组开发q HFC制冷剂及天然工质应用q 容量调节控制（输气量调节、内容积比调节）q 转子加工和检测技术q 螺杆式冷水机组的技术发展（主要形式：水冷冷水机组、水水热泵、风冷冷水机组、风冷热泵等）螺杆压缩机的新发展 第六章第六章第六章第二节 螺杆转子齿型及结构参数第六章第六章第六章型面q 螺杆式制冷压缩机的转子齿面称为型面，为螺旋形空间曲面；两齿啮合，其型面的接触线为空间曲线。q 随着转子的旋转，接触线由吸入端向排出端推移，接触线是基元容积的活动边界，它把齿间容积分成为两个不同的压力区，起到隔离基元容

18、积的作用。第六章第六章第六章型线q 垂直于转子轴线的端部平面与型面相交而得的平面曲线称型线 （即齿形）；q 型线组成转子外廓的齿形，常用的型线都是二次曲线，如摆线、直线（蜕化的摆线）、圆弧、椭圆、抛物线和包络线等；q 转子型面的空间接触表现在端平面为型线接触，两型线的接触点称啮合点；q 同一时刻轴向型面接触点的集合是接触线，其在端平面上的投影为啮合线；q 在研究转子啮合时，可使空间的啮合问题简化为平面来讨论，即用平面的型线，啮合线代替处于空间的型面与接触线进行分析。 第六章第六章第六章型线的种类第六章第六章第六章q 螺杆式压缩机按照齿形的型线分为对称圆弧型线和非对称型线两种。前者制造较简单，后

19、者排量大、效率高。通常把齿顶中心线两边齿形完全相同的型线，称为对称型线；反之齿顶中心线两边齿形不同的型线称为非对称型线；只在转子节圆的内侧或外侧一边具有型线称单边型线；节圆内外均具有型线则称双边型线。q 实际运用中常采用圆弧、摆线以及椭圆等多段特殊曲线组成螺杆式压缩机转子的各种型线。国产螺杆式制冷压缩机多采用单边不对称摆线圆弧型线。 齿形选择原则 齿形必须符合啮合原理，保证螺杆转子连续平稳地运转，并满足以下基本原则：q 具有充分大的转子齿间容积，其基元容积气密性好，效率高螺杆齿形在啮合过程中要求压缩、排出和吸入区之间的气密，称横向气密性，这可通过确保接触线连续来保证，在端平面上啮合线应是连续封

20、闭曲线；螺杆齿形在啮合过程中应具有基元容积之间的气密性，称轴向气密性，这可通过啮合线顶点与两螺杆外圆周交点重合来保证；两转子应具有尽可能短的接触线长度，以保证最小的总间隙面积（转子实际接触线长度与间隙值乘积）。型面往往并不接触，而保证一定间隙；螺杆齿形应具有较大的面积利用系数，以提高输气量。q 转子有稳定的传动特性，热变形性能好，以及足够的强度、刚度和良好的加工工艺性能。第六章第六章第六章啮合原理q 螺杆式制冷压缩机一对转子作旋转运动，类似于齿轮传动，要求此一对转子的角速度比恒定不变。根据齿轮传动理论，不论齿廓形状如何，齿轮传动的转数比维持不变，即齿数的反比；欲使每一瞬时的角速度比恒定不变，齿

21、廓形状必须符合：不论在任何位置，经过齿廓接触点的公法线必须通过节点。q 对螺杆式压缩机，其端面型线必须符合啮合原理，即两转子在节点的线速度相等，其节圆作纯滚动。第六章第六章第六章q 泄漏原因 基元容积内的气体在压缩和排气过程中会发生泄漏，即较高压力基元容积内气体向较低压力基元容积或吸气压力区泄漏。q 泄漏途径气体沿转子外圆与机体内壁间的泄漏（ A方向）；气体沿转子端面与端盖间的泄漏（B方向）；气体沿转子接触线方向的泄漏（ C方向）。第六章第六章第六章气密性问题图6-6 气体泄漏方向第六章第六章第六章沿转子接触线方向的泄漏 轴向泄漏q H、M为机体内壁圆周交点，H、M为共扼型线啮合点（啮合顶点）

22、。若啮合顶点H与机体内壁圆周交点H不重合，将会产生高压基元容积内气体向较低压力基元容积泄漏，其泄量面形状接近三角形（图6-8），俗称泄漏三角形泄漏三角形，由于它是沿转子轴线方向泄漏，又称轴向泄漏 ；q 实际M-M与啮合线交点处在吸气低压区，气体不会向高压侧倒流泄漏，一般不需啮合线交于M-M ，此即齿形前段采用圆弧型线的原因； q H-H是高压区，因此要求相交，防止高压气体倒流；q 采用单边不对称型线就是为了在高压区使啮合顶点H与机体内壁圆周交点H重合，减少轴向泄漏 （即泄漏三角形泄漏），提高螺杆式压缩机的气密性。第六章第六章第六章图6-7 轴向泄漏与横向泄漏q 若接触线在D点中断，则气体要从中

23、断处D由高压基元容积向低压基元容积产生横向泄漏；q 避免横向泄漏的条件：型面接触线连续，或啮合线封闭。q 在转子实际啮合工作中，型面沿接触线存在一定的间隙值，它既是密封线，又是泄漏线。两转子间隙值一定，接触线越短，泄漏量越小。第六章第六章第六章沿转子接触线方向的泄漏横向泄漏图6-7 轴向泄漏与横向泄漏结构参数q齿高系数（齿高系数大，则阴转子齿部变薄，齿的刚度下降。）式中 R-齿高半径；Rlj-阳转子节圆半径。q面积利用系数 无量纲参量，表征转子端面充气的有效程度。 同一输气量的机器，Cn大,充气程度大，压缩机外形相对缩小。Cn大小与转子几何参数有关，尤其转子齿数、齿形。 Z1 -阳转子齿数；

24、aol、a02 - 阴阳转子齿间面积，m2； D0-转子名义直径（公称直径），m。2002011)(DaaZCn第六章第六章第六章（6-19）q 扭转角 表示转子上的一个齿在转子两端端平面上投影的夹角，它表示转子上一个齿的扭曲程度； 增大,使两转子间相啮合的接触线增大，引起泄漏量增加，同时较大的使转子的型面轴向力加大，尤其是封闭式小型螺杆式压缩机。但较大的可使吸、排气孔口开得大一些，减小了吸、排气损失； 螺杆阳转子扭转角一般在270以上，属于大扭转角，所以当工作的阳转子一个齿槽在与吸气孔口隔开时，与其相啮合的阴转子的齿，在排气端尚未完全脱开这一齿槽，产生齿槽不能完全充气。第六章第六章第六章结构

25、参数q 扭角系数C 设阳转子一个齿槽实际充气容积为Vp01, 理论充气容积为Vp01，则它们之比为扭角系数C。第六章第六章第六章结构参数（6-20）Vp01阳转子一个齿槽在啮合中为阴转子所侵占的容积。q 长径比 转子长度L与其公称直径D0(转子名义直径)之比。 LD0 当输气量不变时，降低，则转子公称直径D0变大，可提高转子刚度和强度，且轴向吸排气孔面积变大，减少吸排气孔口的气流流动损失，提高容积效率； 增大，则转子直径D0变小，可减少气体力作用在转子螺旋面上产生的不平衡轴向力，以致可省去平衡活塞； 一般值取l1.5之间，下限称短导程，上限称长导程，转子直径为63500mm之间，适用广阔的输气

26、量使用范围。第六章第六章第六章结构参数q 圆周速度第六章第六章第六章结构参数 正确选择阴阳转子外圆的圆周速度对压缩过程中泄漏量和动力损失有很大影响； 圆周速度增大，动力损失上升，而泄漏值下降。图6-15 最佳圆周速度范围典型齿型X 齿型 特点：q齿高半径R 增大，中心距离B缩短。减薄阴转子齿厚，其齿厚约为常用非对称型线中阴转子齿厚的一半，增大了面积利用系数。q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，用点生式摆线减小了泄漏三角形。q效率高，但未突破非对称单边齿形范畴。第六章第六章第六章 由瑞典Atlas公司提出。在圆弧摆线所组成的非对称单边型线基础上形成，齿数比4:6。 特

27、点：q 齿数比采用5:6；q 阴阳转子的圆周速度比较接近，有利于提高机器效率；q Sigma齿形型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；q 两转子之间中心距加大（B=D0）。第六章第六章第六章典型齿型Sigma齿形德国Kaeser公司创造。 特点：q 充分重视了泄漏三角形面积大小对轴向泄漏的影响；q 面积利用系数大。第六章第六章第六章典型齿型CF齿形 德国GHH公司提出，具有X齿形和Sigma齿形的特点，齿形结构更合理。a)b齿形 b)Stals齿形第六章第六章第六章第六章第六章第六章第三节 热力性能第六章第六章第六章1、理论输气量q 概念：单位时间内排出的气体量折

28、算为吸入状态下的气体容积值（同往复式）。第六章第六章第六章（6-21）一、输气量q 转子每分钟所转过的齿间容积总和的理论输气量：上式表明，螺杆式压缩机理论上可以充气的最大容积，在转子直径、长度与转速相同条件下，影响qvt的重要因素是Cn，C ，尤其是Cn ，它是评价转子齿数比和齿形及其组成的型线优劣的重要指标。第六章第六章第六章（6-24）将式6-22（转子长度为L时两转子的齿间容积）、式6-23（啮合原理）代入式（6-21）：qvaqvt hv （同往复式）q 螺杆式压缩机没有余隙容积，几乎不存在再膨胀的容积损失，容积效率随压力比增大无很大下降，这对制冷用尤其是热泵用压缩机十分有利。第六章第

29、六章第六章2、实际输气量和容积效率第六章第六章第六章螺杆式压缩机的容积效率q 容积效率（输气系数）表示压缩机转子齿间容积利用程度。对螺杆式制冷压缩机，工况不同时，容积效率不同，大致为0.70.92，小输气量高压比时取下限，大输气量低压比时取上限。q 由于无进、排气阀和余隙容积，新齿形的应用和喷油使密封和冷却效果大大改善，故其输气系数比活塞式及其它类型回转式压缩机都高，且变化平坦。第六章第六章第六章影响容积效率的主要因素q 吸入损失 气体经吸入管道和孔口产生的动力损失，使吸入压力降低，减少了吸入气体的密度，相应地减少了压缩机吸入的气体量；q 加热损失 转子和机体受到被压缩后高温气体的加热，具有比

30、吸入气体高得多的温度。在吸气过程中，低温气体受到吸气管、转子、机体以及喷入油的加热而膨胀，相应减少了压缩机吸入的气体量；q 封闭容积及气体随转子旋转受到的离心力也会影响气体吸入量。第六章第六章第六章影响容积效率的主要因素q 泄漏：影响容积效率的最主要因素 泄漏位置：转子间啮合间隙，转子与汽缸内壁，端盖间隙处等； 泄漏类型：外泄漏和内泄漏； 泄漏大小：与工况、喷油状态、圆周速度、齿形、间隙大小及制造精度等有关（即与两转子接触线长度、间隙面积、螺杆喷油温度、喷油量等有关）。喷油温度低，油粘度加大，则密封效果好 ；接触线长度短，间隙值小，油温低和增加一定喷油量，有利于容积效率的提高。第六章第六章第六

31、章 q 外泄漏 基元容积中压力升高的气体向吸气通道或正在吸气的基元容积中泄漏（对螺杆压缩机而言为高压气体向吸气管道或正在吸气的齿腔的泄漏），直接影响容积效率； 压缩机在吸气过程中与外界高压气体进行气体交换，高压气体进入吸气腔内膨胀,并占据空间,使实际吸气量减少；故外泄漏不仅使功耗增加,还减少吸入气体量,使排气量减少和制冷量降低。q 内泄漏 具有较高压力基元容积中气体向较低压力的并正在压缩的基元容积中泄漏（对螺杆压缩机而言为与吸气管隔离的基元容积间的泄漏），只影响压缩机功耗，对容积效率几乎没有影响。 高压气体向低压腔泄漏,再从低压腔压力压缩到泄漏前压力,造成重复压缩消耗功率,故其直接结果为增加功

32、耗。气体泄漏的种类q 螺杆式压缩机是无气阀的容积型回转式压缩机。吸排气孔口启闭完全为几何结构所决定，以达到控制吸气、压缩、排气和所需要的内压缩压力，故其为具有固定内容积比的压缩机。q 活塞式压缩机具有自动吸排气阀，汽缸中一旦达到排气背压，即自动顶开排气阀排气。两者在吸排气控制上有很大差别。二、内压缩过程第六章第六章第六章 q 内压力：基元容积压缩终了时的压力；q 外压力：排气压力；q 内容积比：吸气终了时的容积与压缩终了时的容积之比；q 内压力比：压缩终了的压力与吸气压力之比； （在吸气压力不变情况下，螺杆机的内压力比取决于孔口位置， 即取决于固定内容积比。）q 外压力比：排气背压与吸气压力之

33、比； （螺杆机的外压力比取决于运行工况。）（理论压缩机的内容积比和内压力比是定值。实际压缩机虽具有固定的内容积比，但其工作过程存在泄漏、热交换、流动阻力等影响，内压力比不为定值，其内外压力比不相等，只能达到接近。）第六章第六章第六章 基本概念q 螺杆式压缩机基元容积的缩小分两个程序两个程序进行： 第一程序第一程序：为基元容积内气体的压缩过程，随基元容积逐渐缩小而进行气体压缩； 第二程序第二程序：为排气过程，此时基元容积与排出孔口连通，尽管基元容积仍在缩小，但已不能使气体压力增高，只是排出气体。 内压缩过程内压缩过程：第一程序终了后，基元容积与排出孔口连通。当排出孔口压力大于或小于第一程序终了时

34、基元容积中的气体压力时，则在第二程序开始前的瞬时产生等容膨胀或等容压缩过程，使压力等于背压再继续排气过程。此现象实质是内外压力比不相等。 基元容积的缩小是在与吸入孔口和排出孔口隔绝的状态下进行时，压缩机有内压缩；反之，在与吸入孔口或排出孔口连通的状态下进行时，压缩机无内压缩。内压缩过程第六章第六章第六章 q 内压力比i和内容积比Vi的关系式：（6-26）、（6-27）q 内容积比Vi、内压力比i和阳转子内压缩转角1的关系式：（6-47） 、（6-48） 第六章第六章第六章（6-47）内压缩过程第六章第六章第六章（6-49）q 对实际螺杆压缩机，还要考虑压缩时气体的泄漏、喷油所占体积、吸入气体加

35、热等影响因素，对式（6-47）进行修正，得到式（6-49）：内压缩过程第六章第六章第六章 q 轴效率eq 指示效率i i受到气体流动所造成的动力损失和压缩机内泄漏影响。q 机械效率m/性能系数q总效率/能效比三、功率和效率q 螺杆式压缩机功率与效率的定义与计算同第二章相关内容。(等熵功率/气体发热、指示功率/摩擦功率、轴功率/电机发热、总的电功率）第六章第六章第六章 q 动力损失 气体流动所产生的动力损失与螺杆转子外圆周线速度平方成正比。随着圆周速度的提高，动力损失显著增加，i下降。q 泄漏损失 转速提高、泄漏面积减小(接触线长度减小或间隙尺寸减少)，均会使相对泄漏量减少，i提高。q 内、外压

36、力比不等时的附加损失 压缩机排出压力Pd与内压缩终了压力Pi不等时，产生附加损失，使i降低。指示效率的影响因素 螺杆式制冷压缩机 1 基本结构和工作原理 2 螺杆转子齿形及结构参数 3 热力性能 4 吸排气孔口和输气量调节机构 5 转子受力分析* 6 开启式和封闭式螺杆式压缩机 7 螺杆式压缩机装置系统 8 单螺杆式压缩机 9 螺杆式压缩机的噪声和振动 10 安全保护装置第六章第六章第六章第四节 吸排气孔口和输气量调节机构第六章第六章第六章第六章第六章第六章一、吸排气孔口设计q 两个吸气孔口 轴向吸气孔口设置在吸气端盖上，径向吸气孔口开设在机体上；q 两个排气孔口 轴向排气孔口设置在排气端盖上

37、，径向排气孔口开设在滑阀上。思考：为什么要同时设置轴向和径向的吸、排气口？第六章第六章第六章二、输气量调节q 滑阀调节第六章第六章第六章 螺杆制冷压缩机常用滑阀调节能量，即在两个转子高压侧(为什么?)，装上一个能够轴向移动的滑阀，来调节能量和卸载启动。 原理：利用滑阀在螺杆轴向移动，改变螺杆转子的有效工作长度，使能量在100和l0之间连续无级调节，达到输气量调节的目的。思考：单纯对输气量进行调节的同时还会引起什么参数相应的改变，如何应对？q 滑阀调节原理图第六章第六章第六章q 滑阀未移动时，基元容积100%地吸入制冷剂气体，并经压缩后排出，称为全负荷工作状态；q 只要滑阀稍微向轴向排气端移动一

38、下，就出现旁通口开启，只排出了基元容积Vp的制冷剂气体，而其余气体未经压缩就通过旁通口B流入压缩机吸气侧；a: 全负荷时滑阀位置；b: 两种滑阀位置对应的P-V图；c： 部分负荷时滑阀位置。滑阀调节的过程第六章第六章第六章（旁通口）（旁通口） 此时转子在滑阀固定端部分长度失去了有效工作能力，螺杆转子有效工作长度减少（其值为滑阀固定端长度加上滑阀轴向移动的距离,起到调节输气量作用； 当滑阀继续向排出端移动，制冷量随排量的减少而连续降低，能量可进行无级调节。当旁通口接近排气孔口时，螺杆工作长度接近于零，可实现卸载启动。a：全负荷时滑阀位置；b：两种滑阀位置对应的P-V图；c：部分负荷时滑阀位置。第

39、六章第六章第六章滑阀调节的过程q 旁通口一开启，理论输气量有突降（实线），它包括固定端在内的转子有效长度缩短。但在实际运行中输气量是平稳减少的（虚线） 。q 滑阀调节输气量几乎可在10%-100%范围内连续进行，调节过程中，功率与输气量在50以上负荷运行时几乎成正比关系，但在50以下，性能系数会大幅下降，经济性较差。滑阀调节的特点第六章第六章第六章滑阀调节的控制第六章第六章第六章q 滑阀轴向移动的动作是根据吸气压力和温度，通过液压传动机构完成的；q 滑阀同液压缸的活塞连成一体，由液压泵供油推动液压活塞带动滑阀沿轴向左右移动，供油过程控制元件是四通电磁阀。 提问：四个电磁阀如何配合实现压缩机的卸

40、载和加载？第六章第六章第六章滑阀调节q 塞柱阀调节塞柱阀调节 当需制冷量减少时，塞柱阀下落，基元容积内一部分制冷剂气体就旁通到吸气口。输气量继续减少，塞柱阀2再下落； 塞柱阀升降是通过电磁阀控制液压泵中油的进出来实现的； 柱塞阀调节输气量只能实现有级调节，图中调节负荷仅有75和50%两档，此调节方法常用于中小型螺杆式压缩机。 q 采用滑阀或塞柱阀除可调节输气量外，还具有卸载启动功能，使压缩机在空载或低负荷时启动，改善了启动条件。 第六章第六章第六章输气量调节图6-29 塞柱阀的输气量调节原理q 调节原因 螺杆压缩机压缩终了压力Pcyd往往不等于排气管道压力Pdk ，带来等容压缩和等容膨胀的额外

41、功耗，有必要进行内容积比调节来实现Pcyd等于Pdk，以适应螺杆式压缩机在不同工况下运行。q 调节方法 早期：根据常用工况要求，提供不同内压缩比的机器，即更换不同径向排气孔口的滑阀，或同时更换排气端座； 对工况变化范围大的机组（如热泵机组）：实现内容积比随工况变化进行无级自动调节。第六章第六章第六章三、内容积比调节第六章第六章第六章滑阀内容积比调节（无级调节）q 图6-30 德国寇尔托马塔公司内容积比调节方法 输气量调节滑阀1和内容积比调节滑阀3都能左右独立移动；q 滑阀1的移动可以无级调节输气量和卸载启动，而滑阀1和3联动可以进行无级内容积比调节。 在进行内容积比调节时，设有径向排气孔口的输

42、气量调节滑阀1向左边移动，则排气孔口缩小，此时，内容积比调节滑阀3也必须向左移动，紧靠滑阀1； 在进行输气量调节时，滑阀1向左移动，滑阀3则通过油孔5放油，脱离滑阀1，造成两滑阀有一定间距，制冷剂气体在两滑阀之间旁通。1输气量调节滑阀输气量调节滑阀 2弹簧弹簧 3内容积比调节滑阀内容积比调节滑阀4、7油活塞油活塞 5、6、8进出油孔进出油孔德国寇尔托马塔（德国寇尔托马塔（Kiihlautomat）公司所采用的滑）公司所采用的滑阀无级内容积比调节机构。阀无级内容积比调节机构。第六章第六章第六章第六章第六章第六章滑阀内容积比调节（两档调节）图6-31 瑞典Stals公司产品内容积比调节方法 调节系

43、统将内容积比分高低两档，与滑阀连续调节相比，理论效率有所降低，但由于系统简单可靠，不受输气量调节影响，两档调节实际运行总效率比滑阀连续调节高。 调节装置由一个控制活塞机构1、油活塞2和内容积比调节滑阀3组成，控制活塞机构有通道与压缩机高、低压腔分别相连，根据工况参数所对应的压力变化，打开或关闭控制油活塞位置的液压油路。 当需要在高容积比工作时，高压油路作用，使内容积比调节滑阀推上，缩小了排气道口，使压缩气体推迟了与排气通道沟通的位置，内容积比提高；反之，高压油排出，使内容积比调节滑阀退下，压缩气体与排气通道沟通位置提前，实现低内容积比运行。a)调节滑阀推上 b)调节滑阀退下1控制活塞机构 2油

44、活塞 3内容积比调节滑阀瑞典Stals-mini-S20型螺杆式压缩机的内容积比调节机构，调节系统将内容积比分高低两档。第六章第六章第六章第六节 开启式和封闭式螺杆压缩机第六章第六章第六章一、开启螺杆式压缩机 开启螺杆式制冷压缩机广泛应用于石油、化工、制药、轻纺、科研方面的低温试验；应用于食品、水产、商业的低温加工贮藏和运输；应用于工厂、医院及公共场所等大型建筑的空气调节等，一般以压缩机组型式出售。第六章第六章第六章第六章第六章第六章开启螺杆式压缩机1. 优点 （1）压缩机与电动机相分离，使压缩机的适用范围更广。 （2）同一台压缩机，可以适应不同制冷剂，除了采用卤代烃制冷剂外，通过更改部分零件

45、的材质，还可采用氨作制冷剂。 （3）可根据不同的制冷剂和使用工况条件，配用不同容量的电动机。2. 发展趋势和研究成果 开启螺杆式制冷压缩机存在噪声大、制冷剂较易泄漏、油路系统复杂等缺点。因此，除了在使用氨工质或电力无法供应的情况下，中小型螺杆式制冷压缩机的发展方向是封闭式机型。第六章第六章第六章 近十几年以来，开启螺杆式压缩机设计制造方面有了很大改进，概括起来有以下几个方面：（1）普遍采用内容积比调节机构 下图所示是按三种内容积比Vi=2.6、3.5、5开设的排气孔口，在工况变化时，通过内容积比调节所得到的压缩机在全负荷时轴功率的提高率。第六章第六章第六章（2）采用单机双级压缩 制冷装置采用两

46、级压缩系统，设备费用较高，因此，如日本日立制作所、瑞典Stals等公司研制了单机双级螺杆式压缩机，如右图所示。第六章第六章第六章（3）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)采用滚动轴承和无液压泵系统 4)采用水冷式电动机 5)采用经济器系统 第六章第六章第六章二、半封闭螺杆式压缩机 半封闭螺杆式制冷压缩机的额定功率一般在10100kW，在使用R134a工质时，其冷凝温度可达70，使用R404A或R407C工质时，单级蒸发温度最低可达-45。因此，由于它在冷凝压力和排气温度很高，尤其在压力差很大的苛刻工况下也能安全可靠地运行，近几年得到了长足的发展。第六章第六章第六章第

47、六章第六章第六章比泽尔公司半封闭螺杆式压缩机结构采用喷射液体制冷剂进行冷却降温。下图 是德国比泽尔公司在半封闭螺杆式压缩机上的一个应用实例。1排气温度传感器 2温控喷液阀 3视镜 4电磁阀 5喷油入口喷液不能完全代替喷油，因为油有一定粘度，密封效果好，所以，目前常用的是制冷剂液体和油混合后喷射进去。 第六章第六章第六章半封闭螺杆式制冷压缩机的特点是： （1）压缩机的阴阳转子都采用6:5或7:5齿数，主要提高转子圆周速度和阴阳转子高速旋转时的速度差。 （2）油分离器与主机可做成一体化。压缩机组的油分离器设置在压缩机机体内，使得机组装置紧凑。 （3）内置电动机靠制冷剂气体冷却，电动机效率大大提高，

48、而且，电动机有较大的过载能力，其尺寸也相应缩小。 （4）省缺了油冷却系统。第六章第六章第六章 （5）微型半封闭螺杆式压缩机应用变频器调节输气量。同时，除了少量微型半封闭螺杆式压缩机，大多数半封闭螺杆式压缩机都设置内容积比有级调节机构。1内容积比调节阀 2排气口 3输气量调节活塞4吸气口 5经济器补气孔口第六章第六章第六章三、全封闭螺杆式压缩机由于制造和安装技术要求高，全封闭螺杆式压缩机是近年才得到开发的。右图 是美国顿汉布什（DunhamBush）公司用于储水、冷冻冷藏和空调用的全封闭式螺杆制冷压缩机。1排气孔口 2内置电动机 3吸气截止阀 4吸气口 5吸气止回阀6吸气过滤网 7过滤器 8输气

49、量调节油活塞 9调节滑阀10阴阳转子 11主轴承 12油分离器 13挡油板第六章第六章第六章下图是比泽尔公司VSK型系列的全封闭螺杆式压缩机结构。电动机配用功率1020kW，它的结构特点是卧式布置，输气量调节不设滑阀，采用电动机变频调节。第六章第六章第六章第七节 螺杆式压缩机装置系统第六章第六章第六章第六章第六章第六章 为保证螺杆式制冷压缩机的正常运转，必须配置相应的辅助机构，如润滑油分离和冷却，能量调节控制装置，安全保护装置和监控仪表等。通常生产厂多将压缩机、驱动电机及上述辅助机构组装成机组，称螺杆式制冷压缩机组。一、螺杆式压缩机机组1. 油分离器对于大中型开启式压缩机，为了提高分离效果，通

50、常设置一次油分离器后，再增设二次油分离器。下图为一卧式高效多级油分离器，图6-A是三种常见的油分离器结构。第六章第六章第六章第六章第六章第六章l出口接管 2安全阀接管 3进口接管 4感温包连接处 5消声器 6液压泵回油接管7油压调节阀回油接管 8、16油位计 9储油器 10油过滤器 11、15出油口 12电加热器连接处 13排气止回阀 14安全阀接管 17排油阀 18油加热器 19进气接口 20排空阀 21排气温度计 22压力阀接管a)卧式油分离器 b)立式油分离器 c)二次油分离器图6-A 三种常见的油分离器结构第六章第六章第六章第六章第六章第六章2. 油冷却器 大中型的螺杆式压缩机必须设置

51、油冷却器，降低油温，使油具有合适的粘度，以便再次循环使用。 油冷却器有两种，下图为水冷却型和制冷剂冷却型。对于封闭式压缩机，由于系统采用喷液冷却，加上高温润滑油的使用，一般可以省去油冷却器。第六章第六章第六章1排空阀 2、7进油口 3、8出油口 4冷却水出口 5冷却水入口6排油阀 9制冷剂出口 10制冷剂进口a)水冷却型油冷却器 b)制冷剂冷却型油冷却器3. 油过滤器为了保护制冷机的润滑部分和液压泵，在油系统的两个地方设置过滤器。4. 液压泵和油压调节阀液压泵是螺杆式压缩机不可缺少的重要辅助设备，可以由电动机直接驱动，也可与压缩机联动。为了使供给压缩机的润滑油保持一定的油压，装有油压调节阀。第

52、六章第六章第六章5. 油加热器、油压保护开关和油温保护为了防止在环境温度较低时由于油温过低影响机组起动，一般都装有油加热器。向压缩机正常供油是机组运转的必要条件，故油压保护对提高压缩机可靠性至关重要。如因油冷却器性能下降，水量减少或断水等原因，使向压缩机供油的温度超过规定值时，油温保护装置动作，电动机随即停止工作。第六章第六章第六章第六章第六章第六章 由蒸发器来的制冷剂气体，经过过滤器1、吸气止逆阀2进入螺杆式压缩机3的吸入口，气体压缩过程中，油在滑阀或机体适当位置喷入，气油混合物经过压缩后，由排气口排出，通过排气止逆阀4进入一次油分离器5，气油分离后，气体通过阀6进入二次油分离器7，继续油气

53、分离，气体排入冷凝器。螺杆式压缩机机组二、带经济器的螺杆式制冷压缩机系统第六章第六章第六章q 采用经济器的原因： 螺杆式制冷压缩机随压力比的增大泄漏损失急速增加；低温工况下运行时效率显著降低。q 目的：扩大螺杆压缩机使用范围，改善低温工况性能，提高效率；增加制冷量、制热量、性能系数，在压差比较大的工况下效果显著。q 原理： 利用螺杆制冷压缩机吸气、压缩、排气单向进行的特点，在机壳或端盖的适当位置开设补气口开设补气口，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（经济器）经济器）内的闪发性气体通过补气口进入基元容积中。这样，单级螺杆压缩机按双级制冷循环工作单级螺杆

54、压缩机按双级制冷循环工作，达到节能的效果。第六章第六章第六章 q自冷凝器来的工质液体分为两支流：一支流经节流阀，压力降至中间压力Pm，流入经济器，另一支直接流入经济器内部盘管；q 流经节流阀的液体流量，由Pm大小来调节节流阀开启度加以控制，流过节流阀后成为低温两相制冷剂，与盘管内高温液体制冷剂进行热交换，成为过热蒸气，直接进入压缩机补气口；q 经过此循环，流入蒸发器液体工质的过冷度增加，在蒸发器中吸收外界的热量增加，制冷机的制冷量和热泵的制热量增加。(类似于中间不完全冷却)经济器一级节流制冷循环（图a）第六章第六章第六章 q自冷凝器来的工质液体分为两支流：一支流经节流阀，压力降至中间压力Pm，

55、流入经济器，另一支直接流入经济器内部盘管；q 流经节流阀的液体流量，由液位控制器LC调节节流阀开启度加以控制，流过节流阀后进入经济器闪发，并冷却流入盘管中的高压液体制冷剂，然后以中间压力为Pm的闪发气体进入压缩机补气口；q 经过此循环，流入蒸发器液体工质的过冷度增加，在蒸发器中吸收外界的热量增加，制冷机的制冷量和热泵的制热量增加。(类似于中间完全冷却)经济器一级节流制冷循环（图b）第六章第六章第六章 q 来自冷凝器的液体工质全部经过一级节流阀进入经济器；q 在经济器中液体工质的液位由液位控制器LC加控制，其闪发蒸气再经过节流阀，成为中间压力Pm后进入压缩机补气口q 此时经济器中大部分液体制冷剂

56、过冷度增加，流入蒸发器时，吸收热量增加，同样增加制冷量和制热量。 (类似于中间完全冷却)经济器二级节流制冷循环（图c）思考:如果经济器中的压力和一级压缩的压力一样,能否补气?第六章第六章第六章 q 一级节流（图a,b) 来自贮液器的制冷剂液体分为两支；一小支流经节流阀降压，到经济器2中吸热而产生闪发性气体，经中间补气口进入正处在压缩初始阶段的基元容积中，与原有气体混合继续被压缩；另一支主流流过经济器中盘管放热而过冷，然后经节流阀节流进入蒸发器中制冷； 进入蒸发器的主流制冷剂液体只经一次节流，且节流前与进入补气口的气体存在温差t。q 二级节流（图c) 来自贮液器的制冷剂液体经节流阀至经济器中，上

57、部产生的闪发气体通过补气口进入处在压缩阶段的基元容积中，与原有气体混合继续被压缩；部液体经节流阀二次节流后，进入蒸发器制冷； 进入蒸发器的制冷剂液体经过二次节流，且二次节流前与进入补气口的气体温度相同。 经济器一级节流与二级节流制冷循环对比第六章第六章第六章 带经济器的螺杆式制冷压缩机q 无论一次节流还是二次节流，都是使进入蒸发器的制冷剂过冷，因而制冷量增加。同时补气后使基元容积中气体质量增加，压缩功增大。但增大速率比制冷量增加得慢，所以制冷系数提高，具有节能效果；q 节能效益大小与工质性质及工况有关，低温工况下节能效果十分显著，当冷凝温度不变，蒸发温度越低时，其循环的制冷系数提高越多； （据

58、有关文献介绍，对于蒸发温度在1540范围内的低温工况，制冷量增大1944，制冷系数提高730。）q 带经济器的螺杆制冷机能适应较宽的运行条件，单级压力比大，是热泵机组最理想的主机，且其容易控制，同双级压缩机比较，系统简单占地少。第六章第六章第六章 说 明q 令不带经济器螺杆式压缩机制冷量和功耗为1（100%），蒸发温度越低，带经济器螺杆机效果更好，即冷量增加多，功耗增加相应较少，制冷系数得到较大提高。 第六章第六章第六章 性能比较第六章第六章第六章 q 螺杆式压缩机增加中间补气后，单级压缩变成两级压缩，压缩过程分三个阶段三个阶段： 一级内压缩、中间补气过程、两级内压缩q 中间补气量a大小由两个

59、过程决定：压缩补气过程中所需补气量a1；经济器中汽液热平衡所能供给的补气量a2 ；只有a= a1 =a2时，制冷系统才能平衡q 补气孔口位置开设还要考虑常用工况时，内压缩终了压力P3和冷凝压力相等、功率最小、制冷系数最大等要求。补气孔口位置确定三、喷液螺杆压缩机系统三、喷液螺杆压缩机系统 螺杆式压缩机喷液或喷油，是利用了它对湿行程不敏感，即不怕带液运行的优点而实施的。因此，人们开发了在压缩机压缩过程中用喷射制冷剂液体代替喷油，借此省去油冷却器，缩小油分离器，并且喷液冷却能使排气温度下降，防止封闭式压缩机电动机因排气温度过高引起保护装置动作而停机。 图6-B是螺杆式制冷压缩机喷液系统原理图。 喷

60、液不能完全代替喷油，因为油有一定粘度，密封效果好，所以，目前常用的是制冷剂液体和油混合后喷射进去。第六章第六章第六章 1压缩机 2油分离器 3冷凝器 4储液器5调节阀 6节流阀 7蒸发器第六章第六章第六章 图6-B 螺杆式制冷压缩机喷液系统原理图四、多台主机并联运转系统四、多台主机并联运转系统 随着螺杆式压缩机半封闭化、小型化及控制系统的发展，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。 多台主机并联运转系统不仅有利于工况调节，同时也带来了一系列其它优点： 其一是可以用较少的机型来满足不同输气量的需要； 其二是使用时可以逐台启动主机，对电网冲击小。 其三是运转效