《能源与动力装置》07 容积式压缩机和泵

第七章

容积式压缩机和泵

第一节

结构形式与工作原理

容积型压缩机和泵（按压缩机部件运动特点分）往复式回转式

滚动转动式滑片式单螺杆式双螺杆式涡旋式（按结构特点分）活塞式罗茨式容积式压缩机：依靠容积的周期性变化来实现流体的增压与输送往复活塞压缩机活塞式压缩机P-V图往复式活塞压缩机的特点和趋势发展历史悠久，具有丰富的设计、研究、制造和运行经验，技术成熟，至今在各个领域中依然被广泛应用、发展着。在国民经济中应用广泛，特别是在化工、煤炭、石油、海洋工程中零部件多、转速受限制，材料和制造要求低间歇式吸排气，管道有气流脉动利用先进的加工、制造和控制技术制造高精度的压缩机，改进气阀设计等二、回转式的泵与压缩机

往复式活塞压缩机：通过汽缸内活塞的往复运动实现容积变化回转式的泵与压缩机：通过气缸里的一个或几个转子作旋转运动来实现的工作容积变化结构种类较多，一般按元件的特征命名，应用广泛的有：滑片式、滚动转子式、螺杆式、涡旋式、罗茨式喷液回转压缩机和干式回转压缩机喷液作用：润滑、密封、降温、降噪回转式的泵与压缩机㈠、滑片式

SlidingVaneCompressor滑片式结构可作为泵、压缩机、真空泵使用。喷油滑片压缩机的单级压力比可达8~10，用于中、小型压缩空气装置、小型空调制冷装置中，空气压缩机的排气量范围为1~20m3/min，制冷压缩机的排气量小于1m3/min。在石油、化学、食品、建筑行业中，无油滑片压缩机用来输送各种气体、粉尘或颗粒物料。㈡、滚动转子式

rotorcompressor这种机型可用于真空泵和压缩机滚动转子式压缩机的工作过程1-排气管

2-储液器

3-吸气管

4-副轴承

5-气缸

6-套圈

7-曲轴8-电动机定子

9-电动机转子

滚动转子式压缩机端部解剖

滚动转子式压缩机优点：①结构简单，零部件几何形状简单，便于加工及流水线生产；②体积小，质量轻，与同工况的往复式比较，体积减少40％~50％，重量减少40％~50％；③因易损件少，故运转可靠；④效率高，因为没有吸气阀故流动阻力小，且吸气过热小，所以在制冷量为3kW以下的场合使用时尤为突出。缺点：①因为只利用了气缸的月牙形空间，所以气缸容积利用率低；③因单缸的转矩峰值很大，故需要较大的飞轮矩；③滑片作往复运动，依然是易损零件；④还存在不平衡的旋转质量，需要平衡质量来平衡。滚动转子式压缩机卧式比立式的高度降低47%，可大幅度缩小制冷和空调设备的外形尺寸。在输出功率3~4.5千瓦的单缸压缩机中，旋转轴系传到外壳的振动高达几百微米，这已到了不能应用的程度。解决措施是：采用两个气缸，相应的两个偏心轴呈180°对称配置，使其扭矩变化幅度很小，外壳表面的振动水平小于30微米。这种双滚子压缩机特别适用于变频驱动的热泵，它在高频高转速下的振动和噪声得到缓解。双滚动转子压缩机与往复式相比，零部件数量减少50%，重量减轻12%，安装空间减少40％(三)、螺杆式Screwcompressor螺杆机械可以作为泵、压缩机、膨胀机使用。它能处理液体、气体、干蒸气、有相变发生的多相混合流等多种流体。运行模式可以是干式、喷油、压缩或者膨胀过程中喷入其它的流体。螺杆式流体机械是利用相互啮合螺杆的旋转运动，把流体封闭在啮合腔内，将流体从吸入端沿着螺杆轴向连续推进至排出端。螺杆式流体机械的种类主要有两种：单螺杆和双螺杆。单螺杆工作过程动画片a）PC型；b）PP型；c）CP型；d）CC型

1-螺杆

2-星轮

3-机壳

4-主轴

1-经济器组件2-能量调节组件3-主转子轴4-电动机定子5-吸气过滤器6-电动机转子7-星轮8-油池单螺杆压缩机结构特点(1)星轮在螺杆轴线两侧对称配置，作用在螺杆上的径向气体力互相抵消。两排气孔口呈径向，使螺杆两端间有可能设置引气通道，让端面上的气体力平衡。因此，动力平衡性好。(2)螺杆旋转一周，一个基元容积完成两次吸气、压缩、排气循环，相当于一台六缸双作用的活塞压缩机。因此，排气量相同时，它比其它回转式机型的结构尺寸小。单螺杆压缩机的关键技术(1)啮合副型线：螺杆、星轮啮合副是该机型最关键的部件，使磨损位置分散，减少了星轮的磨损量。(2)研制星轮的新材料：迄今较好的材质是英国生产的VictrexPEEK，它是一种耐高温、耐磨、耐腐蚀的工程塑料。

(3)喷水单螺杆压缩机：若用于压缩石油化工气体，单级压力比可高达16；因此国内外都在研制水润滑轴承。双螺杆式压缩机阳转子阴转子双螺杆式压缩机工作过程双螺杆式压缩机的工作过程DoubleScrewCompressor螺杆压缩机的卸载螺杆压缩机的无级容量调节单螺杆与双螺杆的比较瑞典STAL公司：喷油制冷压缩机，转速3000r/min，排气量1250M3/h，内容积比相同。单螺杆压缩机：CP型，双螺杆：SRM型线。双螺杆的绝热效率和容积效率比单螺杆高。主要是由于单螺杆的接触线长度比双螺杆的长。双螺杆的转子耐磨性好，可以长期工作；单螺杆经过一段时间运转后，必须更换星轮。双螺杆压缩机有较大的轴向气体力，限制了单级压比的提高；单螺杆压缩机中主螺杆的轴向和径向气体力互相抵消，单级压比较高。单螺杆与双螺杆的比较㈣、涡旋式ScrollCompressor

涡旋式压缩机的工作过程自转防止机构：十字联接环1-吸气管 2-排气口 3-机壳4-静涡旋盘5-动涡旋盘6-背压腔7-曲轴 8-十字联接环涡旋式压缩机ScrollCompressor吸气排气三洋涡旋压缩机卧式涡旋压缩机

日立公司HITACHIhorizontalscrollcompressorforrefrigerationapplication，1988，astheworld'sfirst.

UsingR-22refrigerantthecompressorhasanextendedcoolingrangefrom-45°Cto+5°C.

用于冷藏、冷冻柜涡旋式压缩机的吸气、压缩、排气过程是连续单向进行，因而吸入气体的有害过热小；相邻工作腔间的压差小，气体泄漏少；没有余隙容积中气体向吸气腔的膨胀过程，容积效率就高，通常高达95％以上；动涡旋体上的所有点均以几毫米的回转半径作同步转动，所以运动速度低，摩擦损失小；1、效率高没有吸气阀，也可以不设置排气阀，所以气流的流动损失小。涡旋式压缩机的效率比往复式约高10％。2．力矩变化小，振动小，噪声低，压缩机运转平稳；又因为涡旋式压缩机吸气、压缩、排气是连续进行的，所以进排气压力的脉动很小，所以振动小，噪声低。涡旋式压缩机构成压缩室的零件数目与滚动转子式及往复式的零件数目之比为1：3：7，所以涡旋式的体积比往复式小40％，质量轻15％；没有吸气阀和排气阀，易损零件少，加之有轴向、径向间隙可调的柔性机构，能避免液击造成的损失及破坏，故涡旋式压缩机的运行可靠性高；因此，涡旋式压缩机即使在高转速下运行也保持高效率和高可靠性，其最高转速可达13000r／min。3.结构简单，体积小，质量轻，可靠性高缺点：需要高精高的加工设备和精确的装配技术。涡旋流体机械可以用于泵、压缩机、膨胀机、发动机、风机、真空泵。立式和卧式全封闭涡旋压缩机用于制冷和热泵技术，其功率范围为0.75~11KW。汽车空调系统采用开启式涡旋压缩机，其吸气容积为60~150CM3/转，用于轿车和中型车的空调。各类压缩机在制冷和空调工程中的应用范围罗茨式第二节

压缩机的排气量调节

一、活塞压缩机的排气量

活塞压缩机的排气量:在压缩机排气端测得的单位时间内排出的气体容积值，换算到第一级进口状态的压力和温度时的数值。活塞压缩机的行程容积：容积系数表示余隙容积对气缸工作容积Vh利用程度的影响；压力系数λp表示吸气压力损失对气缸工作容积的影响。温度系数λT表示吸入过程热交换对吸入气体量的影响。泄漏系数λg表示泄漏对压缩机的排气量的影响。

排气系数λd=λvλpλTλg二、螺杆压缩机的排气量设螺杆转子相邻两齿在端平面上的齿间面积为AS，轴向长度为l，则齿间容积VV1＝A1l，V2＝A2l。阳、阴转子的端面齿间面积、齿间容积分别为A1、A2、V1、V2，则：阳、阴转子的转速为n1、n2，单位时间内两转子转过的齿间容积之和即理想排气量：Vi=Z1n1V1+Z2n2V2。因为Z1n1=Z2n2，则：Vi=Z1n1(V1+V2)=Z1n1(A1+A2)l长径比：

面积利用系数：

理想排气量：考虑扭角系数Cφ和容积效率ηv，则实际排气量Q：Vi=Z1n1(A1+A2)l（一）转速调节

（二）管路调节

1．进气节流

2．进、排气管自由连通

3．截断进气

（三）余隙调节

（四）滑阀调节

三、排气量调节变频调速交流变频压缩机本质上仍是交流异步电动机。交流变频压缩机转子采用了交流感应电机转子结构，工作原理为：定子产生旋转磁场，转子在定子旋转磁场作用下感应电流产生感应磁场，经定子磁场与转子磁场相互作用使转子旋转。交流变频压缩机旋转的基础是定子与转子的电磁感应，使压缩机旋转的同时也带来了电磁感应噪音与转子损耗。直流变频压缩机转子采用稀土永磁材料制作而成，工作原理为：定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用，实现压缩机运转。可以通过改变送给电机的直流电压来改变电机的转速，直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点，直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10%-30%，噪音低5分贝-10分贝。进、排气管自由连通压力控制电磁滑阀式

用油压控制气缸上的卸载机构，当油压作用于卸载机构的压力油缸时，气缸正常工作；卸载油缸失压时，吸气阀被弹簧顶开，气缸卸载。压缩机的八个气缸排成四列，每列两缸为一组。其中I、II两组的四个气缸为基本工作缸，III、IV两组为调节缸。压缩机可以按1／2，3／4和4／4能级运行。用压力控制器和电磁滑阀控制气缸卸载的原理图。电磁滑阀结构图数码涡旋技术谷轮数码涡旋是首个内置制冷功率调节能力从10%到100%变容范围的压缩机。艾默生公司预测，利用数码涡旋技术，部分负载运行系统的应用将得到进一步的推广，并且也会加快压缩机与更精密部件（如变速马达、电子阀和程控控制件）的集成。采用数码涡旋技术和相应的系统集成设备将提供给终端用户更精确的温度和湿度控制、能效更高的系统，并降低运行成本。数码涡旋技术艾默生公司联合三星电子于2001年首先向亚洲推出了谷轮数码涡旋压缩机。该产品目前已在韩国市场占据稳固的地位，超过15000套三星DVM空调系统（数码中央空调系统）采用了谷轮数码涡旋。在中国市场，数码涡旋压缩机技术已被美的等多家空调设备制造商所采用。艾默生环境优化技术部也正在把谷轮数码涡旋技术推向工业空气干燥器和运输冷库，未来的计划是扩大技术的应用面来满足其它商用空调和制冷用户的需要（包括零售业、超市和精密空调）。压缩机上部提升腔通过0.6mm的小孔与排气部分相连接。数码涡旋工作原理在卸载时，电磁阀打开，提升空腔内气体与吸气口相连接。卸载时的功率消耗为上载的10%。解决了低负荷时的回油问题。数码涡旋技术工作原理压缩机在电磁阀控制电源的作用下，可自