螺桿壓縮機(jī)教材

1、第9章 螺桿壓縮機(jī) 螺桿壓縮機(jī)是瑞典人于1934年發(fā)明的，其最初目的是用于柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的增壓。20世紀(jì)60年代以前，螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展非常緩慢，只在軍事裝備中有高速、無油的螺桿壓縮機(jī)得以應(yīng)用。之后，噴油技術(shù)應(yīng)用到螺桿壓縮機(jī)中，降低了對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子加工精度的要求，對(duì)壓縮機(jī)的噪聲、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速等都產(chǎn)生了有利作用。目前，噴油螺桿壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于空氣動(dòng)力、制冷空調(diào)等領(lǐng)域，無油螺桿壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。9.1基本組成及工作原理9.1.1 基本組成螺桿壓縮機(jī)通常指的是雙螺桿壓縮機(jī)，基本組成如圖91所示。在“”字形的氣缸內(nèi)平行地安裝著兩個(gè)相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子。通常把節(jié)圓外具有凸齒的轉(zhuǎn)子稱

2、為陽轉(zhuǎn)子（或稱主動(dòng)轉(zhuǎn)子），把節(jié)圓內(nèi)具有凹齒的轉(zhuǎn)子稱為陰轉(zhuǎn)子（或稱從動(dòng)轉(zhuǎn)子）。氣缸的兩端用端蓋封住，支承轉(zhuǎn)子的軸承安裝在端蓋的軸承孔內(nèi)。轉(zhuǎn)子上每一個(gè)螺旋槽與氣缸內(nèi)表面所構(gòu)成的封閉容積即是螺桿縮機(jī)的工作容積。在壓縮機(jī)體的兩端，分別開設(shè)有一定形狀和大小的吸排氣孔口，呈對(duì)角線布置。此外，還有軸封，同步齒輪、平衡活塞等部件。9.1.2工作原理螺桿壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)。螺桿壓縮機(jī)的工作循環(huán)可分為吸入、輸氣、壓縮和排氣四個(gè)過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對(duì)相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)，為簡單起見，這里只分析其中的一對(duì)齒的工作原理。1.吸入過程和輸氣過程（或統(tǒng)稱為吸氣過程）圖92示出螺桿壓縮機(jī)的吸氣過程，所分析

3、的一對(duì)齒用箭頭標(biāo)出。在圖92中，陽轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，圖中的轉(zhuǎn)子端面是吸氣端面。機(jī)殼上有特定形狀的吸氣孔口，如圖中粗實(shí)線所示。圖92 螺桿壓縮機(jī)的吸氣過程(a)吸氣過程即將開始 (b)吸氣過程中 (c)吸氣過程結(jié)束圖92（a）示出吸氣過程即將開始時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。在這一時(shí)刻，這一對(duì)齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣孔口連通。隨著轉(zhuǎn)子開始運(yùn)動(dòng)，由于齒的一端逐漸脫離嚙合而形成了齒間容積，這個(gè)齒間容積的擴(kuò)大，在其內(nèi)部形成了一定的真空，而此齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中，如圖92（b）中陰影部分所示。在隨后的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，陽轉(zhuǎn)子齒不斷從陰轉(zhuǎn)子的齒槽中脫

4、離出來，齒間容積不斷擴(kuò)大，并與吸氣孔口保持連通。吸氣過程結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)子位置如圖92（c）所示，其最顯著的特征是齒間容積達(dá)到最大值，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，所分析的齒間容積不會(huì)再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。2.壓縮過程圖93示出螺桿壓縮機(jī)的壓縮過程。這是從上面看相互嚙合的轉(zhuǎn)子。圖中的轉(zhuǎn)子端面是排氣端面，機(jī)殼上的排氣孔口如圖中粗實(shí)線所示。在這里，陽轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。圖93 螺桿壓縮機(jī)的壓縮過程(a)壓縮過程即將開始 (b)壓縮過程中 (c)壓縮過程結(jié)束、排氣過程即將開始圖93(a)示出壓縮過程即將開始時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。此時(shí)，氣體被轉(zhuǎn)子齒和機(jī)殼包圍在一個(gè)封團(tuán)的空

5、間中，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合就要開始減小。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減小。被密封在齒間容積中的氣體所占據(jù)的體積也隨之減小，導(dǎo)致壓力升高，從而實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮過程。如圖93(b)所示。壓縮過程可一直持續(xù)到齒間容積即將與排氣孔口連通之前，如圖93(c)所示。3.排氣過程圖94示出螺桿壓縮機(jī)的排氣過程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過排氣孔口被排出圖94（a）。這個(gè)過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合圖94（b）。此時(shí)，齒間容積內(nèi)的氣體通過排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積的體積將變?yōu)榱?。圖94 螺桿壓縮機(jī)的排氣過程(a)

6、排氣過程中 (b)排氣過程結(jié)束從上述工作原理可以看出，螺桿壓縮機(jī)是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式氣體壓縮機(jī)械。氣體的壓縮依靠容積的變化來實(shí)現(xiàn)，而容積的變化又是借助壓縮機(jī)的一對(duì)轉(zhuǎn)子在機(jī)殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來達(dá)到目的。與活塞式壓縮機(jī)的區(qū)別，是它的工作容積在周期性擴(kuò)大和縮小的同時(shí)，其空間位置也在變更。只要在機(jī)殼上合理地配置吸、排氣孔口，就能實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的基本工作過程吸入、輸氣、壓縮及排氣過程。9.1.3 螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)、缺點(diǎn)就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)相同，都屬于容積式壓縮機(jī)。就主要部件的運(yùn)動(dòng)形式而言，又與透平壓縮機(jī)相似。所以，螺桿壓縮機(jī)同時(shí)兼有上述兩類壓縮機(jī)的特點(diǎn)。螺桿壓縮機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)

7、：(1)可靠性高。螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒有易損件，因而它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達(dá)48萬小時(shí)。(2)操作維護(hù)方便。操作人員不必經(jīng)過長時(shí)間的專業(yè)培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。(3)動(dòng)力平衡性好。螺桿壓縮機(jī)沒有不平衡慣性力，機(jī)器可平衡地高速工作，可實(shí)現(xiàn)無基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)，特別適合用作移動(dòng)式壓縮機(jī)，體積小、重量輕、占地面積小。(4)適應(yīng)性強(qiáng)。螺桿壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣的范圍內(nèi)能保護(hù)較高的效率。(5)多相混輸。螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面間實(shí)際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。螺桿壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)：(1)造價(jià)高。螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面是一空

8、間曲面，需利用特制的刀具，在價(jià)格昂貴的專用設(shè)備上進(jìn)行加工。另外，對(duì)螺桿壓縮機(jī)氣缸的加工精度也有較高的要求。所以，螺桿壓縮機(jī)的造價(jià)較高。(2)不能用于高壓場(chǎng)合。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面限制，螺桿壓縮機(jī)只能適用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不能超過4.5MPa。(3)不能制成微型機(jī)。螺桿壓縮機(jī)依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min時(shí)，螺桿壓縮機(jī)才具有優(yōu)越的性能。9.2 分類螺桿壓縮機(jī)有多種分類方法：按運(yùn)行方式的不同，分為無油壓縮機(jī)和噴油壓縮機(jī)兩類；按被壓縮氣體種類和用途的不同，分為空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)和工藝壓縮機(jī)三種；按結(jié)構(gòu)形式的不同，分為移動(dòng)式和固定式、開啟式和封閉

9、式等。常見的螺桿壓縮機(jī)分類見下面：上述每種螺桿壓縮機(jī)的工作原理完全相同，但在某個(gè)主要特征上又有顯著的區(qū)別。每一種螺桿壓縮機(jī)都有其固定特點(diǎn)，滿足一定的功能，并適用于一定的使用范圍。在無油螺桿壓縮機(jī)中，氣體在壓縮時(shí)不與潤滑油接觸。無油螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)可參考本章第1節(jié)圖91所示，無油機(jī)器的轉(zhuǎn)子并不直接接觸，相互間存在一定的間隙。陽轉(zhuǎn)子通過同步齒輪帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，同步齒輪在傳輸動(dòng)力的同時(shí)，還確保了轉(zhuǎn)子間的間隙。值得指出的是：所謂“無油”，指的是氣體在被壓縮過程中，完全不與油接觸，即壓縮機(jī)的壓縮腔或轉(zhuǎn)子之間沒有油潤滑。但壓縮機(jī)中的軸承、齒輪等零部件，仍是用普通潤滑方式進(jìn)行潤滑的，只是在這些潤滑部位和

10、壓縮腔之間，采取了有效的隔離軸封。在噴油螺桿壓縮機(jī)中，大量的潤滑油被噴入所壓縮的氣體介質(zhì)中，起著潤滑、密封、冷卻和降低噪聲的作用。圖95為噴油螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，噴油機(jī)器中不設(shè)同步齒輪，一對(duì)轉(zhuǎn)子就像一對(duì)齒輪一樣，由陽轉(zhuǎn)子直接帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。所以，噴油螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)更為簡單。9.3技術(shù)參數(shù)9.3.1型線種類轉(zhuǎn)子型線種類對(duì)螺桿壓縮機(jī)的性能具有重要的影響，型線種類的區(qū)別在于采用不同的組成齒曲線。第一代和第二代轉(zhuǎn)子型線通常是“線”密封的型線，即其組成齒曲線中含有“點(diǎn)”，這些點(diǎn)沿轉(zhuǎn)子的長度方向便形成了一條密封線。第三代和以后的各種新的不對(duì)稱型線，一般都是“帶”密封的型線，即其組成齒曲線中不再含有“點(diǎn)

11、”，而都是“曲線段”，這些曲線段沿轉(zhuǎn)子長度方向便形成了有一定寬度的密封帶。“帶”密封型線的性能明顯優(yōu)于“線”密封型線，特別是在高壓比工況或轉(zhuǎn)子直徑較小的中小型螺桿壓縮機(jī)中，這種“帶”密封型線的優(yōu)勢(shì)更為明顯。所以，在各種類型的螺桿壓縮機(jī)中，都盡量采用各具特色的“帶”密封線。9.3.2轉(zhuǎn)子齒數(shù)在通常的使用條件下，螺桿壓縮機(jī)陽/陰轉(zhuǎn)子的齒數(shù)一般在3/310/11之間，最常用的是3/4、4/5、4/6、5/6、5/7、6/8等。圖96示出3/4、4/6、和6/8的三種齒數(shù)組合。對(duì)于圖96a所示的3/4組合形式，其轉(zhuǎn)子直徑較小，因此具有泄漏線長度與容積量之比較小的優(yōu)點(diǎn)，可使壓縮機(jī)具用較高的效率，但其抗彎

12、剛度卻較差。在一般的螺桿壓縮機(jī)中，和陰轉(zhuǎn)子相比，陽轉(zhuǎn)子齒根圓直徑都較大，齒也比較寬厚。由于3/4組合形式的陰轉(zhuǎn)子直徑很小，當(dāng)壓差太大時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲變形，甚至與機(jī)體相接觸。所以，這種形式多用于壓差較小的應(yīng)用場(chǎng)合，如物料的氣力輸送、多級(jí)壓縮機(jī)的低壓級(jí)等，以便發(fā)揮其效率較高的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于其轉(zhuǎn)子齒數(shù)少、直徑小，因此還具有制造成本低、重量輕和尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。與3/4的形式正好相反，對(duì)于圖96c所示的6/8組合方案，轉(zhuǎn)子直徑較大，因此泄漏線長度也較長，導(dǎo)致壓縮機(jī)的效率較低。但另一方面，由于其陰轉(zhuǎn)子直徑較大，故抗彎能力較強(qiáng)。所以，這種形式可以適用于壓力差很大的場(chǎng)合，例如高壓差的螺桿工藝壓縮機(jī)和微

13、小型的螺桿制冷壓縮機(jī)等。圖96b所示的4/6組合形式轉(zhuǎn)子剛度適中，并且陰陽轉(zhuǎn)子的剛度相近，壓縮機(jī)的效率也較高。因此獲得了較為廣泛的應(yīng)用。應(yīng)指出的是，在一般的螺桿空氣壓縮機(jī)中，新的不對(duì)稱型線趨于采用5/6的齒數(shù)組合，而在常規(guī)的螺桿制冷壓縮機(jī)中，新的不對(duì)稱型線則趨于采用5/7的組合形式。實(shí)測(cè)性能表明，這兩種形式在剛度上也是足夠的，并且可比4/6組合形式具有更高的效率。圖96 不同的轉(zhuǎn)子齒數(shù)組合a)3/4組合 b)4/6組合 c)6/8組合9.3.3齒高半徑隨著轉(zhuǎn)子齒高半徑的增大，面積利用系數(shù)也增加，但如圖97所示，過分大的齒高半徑，往往會(huì)使陰轉(zhuǎn)子齒根寬度不足，以致加工齒面時(shí)，因齒的剛度不足而達(dá)不到

14、預(yù)期的加工精度。在一般情況下，齒高半徑與轉(zhuǎn)子中心距的比值R/A應(yīng)在0.150.35的范圍內(nèi)。圖97 齒高半徑對(duì)陰轉(zhuǎn)子齒根部寬度的影響9.3.4齒頂高轉(zhuǎn)子齒頂高太大時(shí)，過大的泄漏三角形面積會(huì)使壓縮機(jī)的效率降低。當(dāng)齒頂高不當(dāng)時(shí)，會(huì)使作用在陰轉(zhuǎn)子上的合力矩太小，在工況變動(dòng)時(shí)，有可能使合力矩的方向發(fā)生改變，從而產(chǎn)生異常的噪聲和振動(dòng)。圖98示出了轉(zhuǎn)子齒頂高對(duì)壓縮機(jī)熱力性能和動(dòng)力特性的影響。在一般的雙邊型線中，齒機(jī)高H與轉(zhuǎn)子中心距A的比值H/A應(yīng)在0.0050.05的范圍內(nèi)。圖98齒頂高對(duì)壓縮機(jī)熱力性能和礬力特性的影響9.3.5轉(zhuǎn)子嚙合間隙在螺桿壓縮機(jī)中，陰陽轉(zhuǎn)子間沿接觸線的嚙合間隙，對(duì)壓縮機(jī)的性能具有重

15、要的影響。這是因?yàn)榻佑|線兩側(cè)的壓力差較大，通過此泄漏通道的泄漏，占了整個(gè)泄漏損失的絕大部分。圖99示出不同陽轉(zhuǎn)子齒頂速度Vm時(shí)，壓縮機(jī)的容積效率v和絕熱效率ad隨轉(zhuǎn)子嚙合間隙的變化情況。從中可以看出，隨著嚙合間隙的增大，兩種效率都呈線性下降。特別是在齒頂速度低的情況下，效率下降更快。一般情況下，嚙合間隙每增大0.01mm，容積效率就要下降1%3%。嚙合間隙的具體數(shù)值主要取決于轉(zhuǎn)子的尺寸和材料，一般可按0.03%0.08%D選?。―為轉(zhuǎn)子外徑）。圖99 容積效率和絕熱效率與嚙合間隙的關(guān)系(a) 容積效率與嚙合間隙的關(guān)系 ； (b) 絕熱效率與嚙合間隙的關(guān)系直線表示v40m/s ; 點(diǎn)劃線表示v3

16、0m/s ; 虛線表示v20m/s9.3.6轉(zhuǎn)子端面間隙和齒頂間隙在螺桿壓縮機(jī)中，吸氣端面基本不存在壓力差，因此吸氣端的間隙顯得相對(duì)無關(guān)緊要。但在排氣端面卻有從排氣壓力到吸氣壓力的壓力差，這意味著排氣端間隙對(duì)螺桿壓縮機(jī)來說非常重要。所以在螺桿壓縮機(jī)裝配中，所有為防止熱膨脹而預(yù)留的間隙都放在吸氣端，以便把這種膨脹對(duì)排氣端間隙的影響減到最小。起軸向定位作用的推力軸承一般總是放在排氣端，因此影響排氣端面間隙的只是排氣端面與推力軸承間一段軸的膨脹。隨著加工精度的不斷提高，螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的排氣端面間隙越來越小。在噴油螺桿壓縮機(jī)中，當(dāng)排氣端面間隙太小時(shí)，由于轉(zhuǎn)子端面與排氣端板之間油的粘性摩擦損失較大，反而

17、會(huì)使壓縮機(jī)的性能下降。轉(zhuǎn)子排氣端面間隙的一般取值范圍為0.010.1mm。另外，在螺桿壓縮機(jī)中，陰陽轉(zhuǎn)子的齒頂與其氣缸孔之間也要留有一定的間隙，以補(bǔ)償轉(zhuǎn)子變形和加工誤差。這種齒頂間隙對(duì)螺桿壓縮機(jī)性能的影響，與排氣端面間隙類似，其數(shù)值通常也應(yīng)在0.010.1mm之間。9.3.7壓力比和壓力差壓力比和壓力差是影響螺桿壓縮機(jī)尺寸、重量和性能主要參數(shù)，當(dāng)壓力比和壓力差太大時(shí)，就需采用多級(jí)壓縮的配置形式。排氣溫度是限制壓縮機(jī)壓力比的主要因素。例如，在無油螺桿壓縮機(jī)中，假設(shè)從常溫、常壓下吸入雙原子氣體，如果壓力比為4，則壓縮機(jī)的排氣溫度將高達(dá)200以上。此時(shí)轉(zhuǎn)子的熱變形會(huì)很大，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接觸損傷，造成嚴(yán)

18、重事故。而且，過高的排氣溫度，使整機(jī)溫度升高，對(duì)密封件和潤滑系統(tǒng)的工作都會(huì)帶來不利。所以，無油機(jī)器單級(jí)的壓力比一般應(yīng)小于4。若壓縮介質(zhì)有易燃、易爆、易裂解、易聚合等特性時(shí)，就應(yīng)根據(jù)其特性作更嚴(yán)格的限制。壓力差也是限制壓力比提高的又一重要因素，在無油機(jī)器的高壓級(jí)或增壓螺桿壓縮機(jī)中，雖然壓力比一般小于2，因而氣體壓縮終溫并不算高，但這時(shí)吸、排氣壓力差值卻很大。在噴油螺桿壓縮機(jī)中，噴入的油起著極其良好的內(nèi)冷卻作用，級(jí)的壓力比通常為810，個(gè)別高達(dá)20以上，但排氣溫度也不超過110。在以上兩種情況下，往往轉(zhuǎn)子隨高壓差的作用，轉(zhuǎn)子的剛度會(huì)明顯不足，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不允許的機(jī)械變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚙合部位咬死等事

19、故。同時(shí)，軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來不利。此外，高的壓差使氣體的泄漏量大為增加，容積率隨之降低。螺桿壓縮機(jī)所能承受的壓力差，主要取決于轉(zhuǎn)子長徑比和陰陽轉(zhuǎn)子的齒數(shù)組合。對(duì)于常用的陰陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)分別為6和4壓縮機(jī)，當(dāng)長徑比2.2時(shí)，只能承受1.0MPa的壓差。當(dāng)長徑比減小為1.1時(shí)，就能承受3.5 MPa的壓差。當(dāng)陰陽轉(zhuǎn)子的齒數(shù)分別增大到8和6時(shí)，轉(zhuǎn)子長徑比為1.1的螺桿壓縮機(jī)所能承受的壓差就可達(dá)到5.0 MPa。9.3.8排氣壓力和吸氣壓力螺桿壓縮機(jī)可以達(dá)到的排氣壓力主要取決于其機(jī)體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子長徑比及所用材料等因素。對(duì)于陰陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)分別為6和4的壓縮機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)子長徑比為1.65，機(jī)體材料為普通灰鑄鐵時(shí)，可以達(dá)到

20、2.5 MPa的排氣壓力。若將轉(zhuǎn)子長徑比減小1.1，機(jī)體材料變?yōu)榍蚰T鐵或鑄鋼時(shí)，就可以達(dá)到4.5MPa的排氣壓力。近年來在開發(fā)高壓噴油螺桿壓縮機(jī)方面已取得了較大的進(jìn)展，已有機(jī)器能達(dá)到9.0MPa排氣壓力。作為一種新型工藝流程壓縮機(jī)，這種高壓噴油螺桿壓縮機(jī)已獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，特別適合于天然氣的管道輸送和各種化工流程。螺桿壓縮機(jī)既可作為真空泵，又可作為多級(jí)壓縮機(jī)的高壓級(jí)，因此其吸氣壓力可以在很大的范圍內(nèi)變化。但螺桿壓縮機(jī)通常都具有固定的內(nèi)容積比，當(dāng)吸氣壓力升高時(shí)，其內(nèi)壓縮終了壓力可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的排氣壓力，從而導(dǎo)致各種故障的產(chǎn)生。所以螺桿壓縮機(jī)的最大吸氣壓力應(yīng)根據(jù)其所能承受的排氣壓力、內(nèi)

21、容積比以及被壓縮介質(zhì)進(jìn)行確定。在一般情況下，螺桿壓縮機(jī)的吸氣壓力應(yīng)小于3.0 MPa。9.3.9齒頂速度和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子齒頂圓周速度是影響螺桿壓縮機(jī)尺寸、重量、效率及傳動(dòng)方式的一個(gè)重要因素。習(xí)慣上，常用陽轉(zhuǎn)子齒頂圓周速度值來表征。提高齒頂速度，壓縮機(jī)的重量及外形尺寸指標(biāo)均將得到改善，通過壓縮機(jī)各間隙處的氣體相對(duì)泄漏量將會(huì)減少，同時(shí)也就提高了壓縮機(jī)的容積效率和絕熱效率。與此同時(shí)，它使氣體在吸排氣孔口及齒間容積內(nèi)的流動(dòng)損失、轉(zhuǎn)子摩擦損失、鼓風(fēng)損失、噴油機(jī)器的擊油損失相應(yīng)增加，致使絕熱效率降低。從理論上講，只在某一最佳齒頂速度下，總損失最小，其時(shí)壓縮機(jī)效率取得最高值。實(shí)際上，最佳齒頂速度的具體數(shù)值受眾多因

22、素的影響，它與轉(zhuǎn)子型線、運(yùn)行方式、壓力差、壓力比、容積流量、氣體性質(zhì)、間隙等因素有關(guān)。此外，機(jī)器結(jié)構(gòu)、氣體流動(dòng)表面的粗糙度等，也對(duì)最佳齒速度值有影響。無油螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒頂速度對(duì)壓縮機(jī)絕熱效率的影響如圖9-10所示，轉(zhuǎn)子齒頂速度的范圍大約為50100m/s。這個(gè)齒頂速度范圍并不是從機(jī)械方面考慮而作出的限制，如果齒頂速度超出這個(gè)范圍，并不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械破壞和失效，但將導(dǎo)致壓縮機(jī)效率降低，噪聲和振動(dòng)增大。圖910 無油螺桿壓縮機(jī)齒頂速度對(duì)絕熱效率的影響1有泄漏、無摩擦 ； 2有摩擦、無泄漏； 3有摩擦、有泄漏在噴油螺桿壓縮機(jī)中，轉(zhuǎn)子齒頂速度所受到的限制，在原理上是與無油螺桿壓縮機(jī)一樣，只是具體數(shù)據(jù)的

23、大小不同。由于油在壓縮機(jī)內(nèi)可以起到有效的密封作用，使泄漏量減小，因此保持相同效率所需的最低速度也會(huì)相應(yīng)降低。另一方面，噴入的油在隨轉(zhuǎn)子快速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，轉(zhuǎn)子之間及轉(zhuǎn)子齒頂與機(jī)殼之間，都會(huì)產(chǎn)生一定的粘性摩擦損失。這些損失隨著齒頂速度的提高而增大，效率也隨之降低。因此，噴油螺桿壓縮機(jī)齒頂速度的最大值也要相應(yīng)減少。在噴油螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，齒頂速度的取值范圍通常為1050m/s。另外，螺桿壓縮機(jī)的最佳齒頂圓周速度還與被壓縮氣體的種類有關(guān)。對(duì)于重氣體介質(zhì)，其聲速較低，因此泄漏量相對(duì)較少，可采用較低的齒頂速度。對(duì)于輕氣體介質(zhì)，由于其聲速度高，因此泄漏的影響相對(duì)較大，需采用較高的齒頂速度。齒頂速度確定后，轉(zhuǎn)速

24、也隨之而定。容積流量相同時(shí)，不對(duì)稱型線的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于對(duì)稱型線的轉(zhuǎn)速。通常，噴油機(jī)器的轉(zhuǎn)速范圍為70010000r/min，無油機(jī)器的轉(zhuǎn)速范圍為300020000r/min。在一些螺桿壓縮機(jī)中，機(jī)器的轉(zhuǎn)速還會(huì)受到軸承、軸封、齒輪或傳動(dòng)帶等的限制。當(dāng)這些零部件所能承受的最高速度低于壓縮機(jī)效率所限制的最高轉(zhuǎn)速時(shí)，便要給予優(yōu)先考慮。9.4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)9.4.1機(jī)體機(jī)體是螺桿壓縮機(jī)的主要部件。它由中間部分的氣缸及兩端的端蓋組成。為了制造方便，轉(zhuǎn)子直徑較小時(shí)，常將排氣側(cè)端蓋或吸氣側(cè)端蓋與氣缸鑄成一體，制成帶端蓋的整體結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子順軸向裝入氣缸。在較大的機(jī)器中，氣缸與吸氣和排蓋端蓋常常是分開的。有的大型螺桿壓縮機(jī)還

25、在轉(zhuǎn)子軸線平面設(shè)水平剖分面，這種結(jié)構(gòu)便于機(jī)器的拆裝和間隙的調(diào)整。具有吸氣通道或排氣通道的端蓋，有整體式結(jié)構(gòu)的，也有中分式結(jié)構(gòu)的。通常端蓋內(nèi)置有軸封、軸承，有的端蓋同時(shí)還兼作增速齒輪或同步齒輪的箱體。如前所述，螺桿壓縮機(jī)中氣體的流動(dòng)大致呈對(duì)角線方向。但是，在外形上吸、排氣通道卻不一定按對(duì)角線方向布置，它可按機(jī)組尺寸和附屬設(shè)置進(jìn)行配置。只要通過適當(dāng)安排轉(zhuǎn)子的螺旋旋向和機(jī)體上的吸排氣孔口，幾乎可以在任何位置安排吸、排氣通道。對(duì)吸、排氣通道的要求是平滑過渡和流速低。以期減少流動(dòng)的損失。氣體在吸、排氣通道的流速范圍通常為2835m/s。如圖911所示，吸氣端的機(jī)體可以設(shè)計(jì)成讓吸入氣體從頂部或底部進(jìn)入，沿

26、徑向進(jìn)入機(jī)體。如果需要，當(dāng)然也可以采用軸向吸氣。與吸氣類似，排氣也可設(shè)計(jì)在機(jī)體的頂部或底部，可采用軸向或徑向排氣。實(shí)際中采用何種布置方案，往往視總體設(shè)計(jì)及產(chǎn)品系列化的要求而定。圖911 機(jī)體上吸排氣通道的布置干式螺桿壓縮機(jī)的氣缸及排氣側(cè)端蓋通常制成雙層壁結(jié)構(gòu)，夾層內(nèi)通以冷卻水或其它冷卻液體，以保證氣缸的形狀不發(fā)生改變。在排氣溫度小于100的情況下，機(jī)體并不需要專門的冷卻裝置，向空氣的散熱即足以保證機(jī)體幾何尺寸不發(fā)生改變，故也可采用單層壁結(jié)構(gòu)。但為了增強(qiáng)自然對(duì)流冷卻效果，要在外壁上順氣流方向設(shè)有冷卻翅片。另外，這種冷卻翅片還可使機(jī)體的剛性增加。噴油螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體多采用如圖912所示的單層結(jié)構(gòu)。

27、在這種結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子包含在機(jī)體中，機(jī)體的外側(cè)即為大氣。為給進(jìn)氣和排氣留下氣體流動(dòng)的空間，機(jī)體需向外作必要的延伸。在螺桿空氣壓縮機(jī)中，這樣的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已足夠，因而不需要進(jìn)一步的加強(qiáng)措施。對(duì)制冷和工藝壓縮機(jī)，由于它們工作在壓力較高的工況下，因而必須以加強(qiáng)肋的形式對(duì)機(jī)體外部進(jìn)行加強(qiáng)，以避免發(fā)生變形或開裂。 圖912 單層壁結(jié)構(gòu)機(jī)體噴油螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體有時(shí)也采用如圖913所示的雙層壁結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，外壁為隨全部壓力的密閉殼，由于它是圓柱形的，因而并不會(huì)因壓力而產(chǎn)生變形，也就不需要特別的加強(qiáng)措施。另外，外壁還承受著聯(lián)接法蘭的負(fù)荷，使之不會(huì)傳遞到內(nèi)部轉(zhuǎn)子的氣缸體上。雙層壁結(jié)構(gòu)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是第二層壁同時(shí)又

28、是一個(gè)隔音板，它能使傳播到機(jī)器外的噪聲有所降低。雙層壁結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)多用于高壓力的場(chǎng)合，用于低壓力工況時(shí)，它也具有上述其它優(yōu)點(diǎn)。圖913 雙層壁結(jié)構(gòu)機(jī)體特別是在如圖914所示的封閉式螺桿壓縮機(jī)中，通常將潤滑油的油箱內(nèi)置于雙層壁的機(jī)體之內(nèi)，更能使機(jī)器的噪聲大幅度下降。無論何種結(jié)構(gòu)的機(jī)體，都應(yīng)具有良好的剛度。為此，在機(jī)體的外表面、底座，甚至在吸、排氣通道內(nèi)合理布置加強(qiáng)肋，以確保氣缸、軸承、軸封等部分的同心度、平行度，以保證轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)之需要。 圖914 封閉式壓縮機(jī)的雙層壁結(jié)構(gòu)機(jī)體機(jī)體的材料主要取決于所要達(dá)到的排氣壓力和被壓縮氣體的性質(zhì)。當(dāng)排氣壓力小于2.5MPa時(shí)，可采普通灰鑄鐵；當(dāng)排氣壓力大于2

29、.5MPa時(shí)，就應(yīng)采用鑄鋼或球墨鑄鐵。另外，普通灰鑄鐵可用于空氣等惰性氣體，鑄鋼或球墨鑄鐵可用于碳?xì)浠衔锖鸵恍┹p微腐蝕性氣體。對(duì)于腐蝕性氣體、酸性氣體和含水氣體，就要采用高合金鋼或不銹鋼。對(duì)于腐蝕性氣體介質(zhì)，也可采用在普通鑄鐵材料上噴涂或刷鍍一層防腐材料的方法，達(dá)到防腐的目的。9.4.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是螺桿壓縮機(jī)的主要零件，其結(jié)構(gòu)有整體式與組合式兩類。當(dāng)轉(zhuǎn)子直徑較小時(shí)，通常采用整體式結(jié)構(gòu)圖9-15（a）。而當(dāng)轉(zhuǎn)子直徑大于350mm時(shí)，為節(jié)省材料和減輕重量，轉(zhuǎn)子常采用組合式結(jié)構(gòu)圖9-15（b）、（c）、（d）。當(dāng)排氣溫度較高時(shí)，為了減少轉(zhuǎn)子的變形，干式螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子有時(shí)采用內(nèi)部冷卻的結(jié)構(gòu)。圖9-1

30、6所示為一種無油壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部冷卻系統(tǒng)圖。 圖915 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖916 轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)在螺桿壓縮機(jī)中，有時(shí)在陰、陽轉(zhuǎn)子的齒頂設(shè)有密封齒，并在陽轉(zhuǎn)子齒根圓的相應(yīng)部分開密封槽，如圖917所示。密封齒數(shù)及其位置，有多種形式。以陰轉(zhuǎn)子為例，圖918中示出、共三種方案。另外，有時(shí)還在轉(zhuǎn)子的端面，特別是排氣端面，加工成許多密封肋，其形狀如圖917中A-A、B-B剖視圖所示。這種密封齒可與轉(zhuǎn)子作為一體，也可以鑲嵌在銑制的窄槽內(nèi)。大多數(shù)的干式螺桿式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子齒頂設(shè)有密封齒，其目的是使壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)行工況下間隙盡可能小。由于這些密封齒的橫截面積很小，因而能在不產(chǎn)生太多熱量的情況下，在剛開始運(yùn)行后的一段時(shí)間內(nèi)“磨合

31、”到最佳的尺寸，能對(duì)加工誤差、轉(zhuǎn)子變形和熱膨脹進(jìn)行補(bǔ)償。從而使壓縮機(jī)在工作時(shí)，能保持非常小的均勻間隙，使泄漏量盡量減少。圖917 轉(zhuǎn)子密封齒 圖918 密封齒形式從上面的分析可知，當(dāng)干式螺桿壓縮機(jī)被逐步加載到額定的運(yùn)行工況和相應(yīng)的排氣溫度時(shí)，可以得到壓縮機(jī)在該工況下的最高效率。當(dāng)壓縮機(jī)在更高排氣溫度下運(yùn)行一段時(shí)間后，再在低排氣溫度工況下運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)的效率將降低一些。這是因?yàn)槊芊恺X在過高的溫度下會(huì)產(chǎn)生更多的磨損，從而導(dǎo)致運(yùn)行在較低溫度工況時(shí)，泄漏量增大。另外，非正常情況下，這些密封齒還能起到應(yīng)急保護(hù)作用。如當(dāng)轉(zhuǎn)子振動(dòng)、軸承損壞，致使轉(zhuǎn)子與氣缸接觸時(shí)，密封齒可防止引起大面積的咬傷，避免出現(xiàn)嚴(yán)重事

32、故。齒頂密封齒的設(shè)置，會(huì)導(dǎo)致螺桿壓縮機(jī)的泄漏三角形面積增大。另外，齒頂和端面密封齒的設(shè)置，還給加工帶來了困難，加大了制造費(fèi)用。因此，在噴油螺桿壓縮機(jī)中，由于排氣溫度較低，轉(zhuǎn)子熱脹較小，一般認(rèn)為以不設(shè)置密封齒為宜。當(dāng)螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線的齒頂圓附近截面足夠小時(shí)，型線本身就可以起到齒頂密封齒的作用。螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的毛壞常為鍛件，一般多采用中碳鋼，如45鋼等。有特殊要求時(shí)，也有用40Cr等合金鋼或鋁合金的。目前，不少轉(zhuǎn)子采用球墨鑄鐵，既便于加工，又降低了成本。常用的球墨鑄鐵牌號(hào)為QT600-3等。轉(zhuǎn)子精加工后，應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)。校驗(yàn)時(shí)，允許在吸入端面較厚的部分取重。允許的不平衡力矩，因機(jī)器的尺寸和轉(zhuǎn)數(shù)

33、不同，通常是（0.051.0）N·m，可近似地取作（0.10.2）G×10-3 N·m（G為轉(zhuǎn)子重量，單位：N）。尺寸小、轉(zhuǎn)速高的機(jī)器應(yīng)取偏低值。9.4.3軸承在螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子上，作用有軸向力和徑向力。軸向力是由于轉(zhuǎn)子兩側(cè)所受壓力不同而產(chǎn)生的，其大小與轉(zhuǎn)子直徑、長徑比、內(nèi)壓比及運(yùn)行工況有關(guān)，由于轉(zhuǎn)子一端是吸氣壓力，另一端是排氣壓力，再加上內(nèi)壓縮過程的影響，以及一個(gè)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)另一轉(zhuǎn)子等因素，便產(chǎn)生了軸向力。軸向力的大小是轉(zhuǎn)子直徑、內(nèi)壓比及運(yùn)行工況的函數(shù)。另外，由于內(nèi)壓縮的存在，排氣端的徑向力要比吸氣端大。由于轉(zhuǎn)子的形狀及壓力作用面積不同，兩轉(zhuǎn)子所受的徑向力大小也不一

34、樣，實(shí)際上陰轉(zhuǎn)子的徑向力較大。軸向力之間的差別比徑向力的差加別大得多，陽轉(zhuǎn)子所受軸向力大約是陰轉(zhuǎn)子的四倍。螺桿壓縮機(jī)常用的軸承有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種。由于氣體力引起的軸承負(fù)荷很大，因此，氣體軸承和磁懸浮軸承等并不適用于螺桿壓縮機(jī)。向心軸承分為球軸承和滾子軸承，包括深溝球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承和圓錐滾子軸承。滾動(dòng)軸承游隙小，摩擦損耗小，維護(hù)也比較簡單，有利于提高壓縮機(jī)的效率。但這些軸承都有一個(gè)工作壽命，它是根據(jù)軸承的負(fù)荷、速度、結(jié)構(gòu)材料、溫度和潤滑狀況而計(jì)算出來的數(shù)值。此外，由于每個(gè)軸承內(nèi)的所有工作元件并不是絕對(duì)均勻的，因而，一個(gè)滾球或滾柱稍微比其它滾珠或滾柱大一點(diǎn)，就會(huì)承

35、受大部分的載荷 ，從而使之很快失效。同樣，如果某個(gè)元件比其它元件稍小，它就會(huì)承受很少的載荷，從而其它組件承受的載荷增大，導(dǎo)致它們壽命的降低。在滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算中，考慮了上述的所有因素。它是對(duì)大量工作在額定工況下的軸承壽命作數(shù)值統(tǒng)計(jì)后，得出的統(tǒng)計(jì)平均值。因而有的軸承壽命會(huì)比計(jì)算壽命長，有些會(huì)比計(jì)算壽命短。描述滾動(dòng)軸承壽命值的標(biāo)準(zhǔn)方法為“L10”壽命，它通常用運(yùn)行小時(shí)數(shù)來表示，但當(dāng)運(yùn)行速度是變化的時(shí)候，也可用轉(zhuǎn)數(shù)來表示。這個(gè)數(shù)值很容易被誤解，它并不是所有的軸承所能持續(xù)的壽命，而是10%的軸承發(fā)生失效時(shí)的壽命值，L10中的10也即此意。因此，螺桿壓縮機(jī)采用滾動(dòng)軸承時(shí)，一般應(yīng)使選用軸承的計(jì)算壽命為5

36、0000h以上，以保證在合理的工作時(shí)間內(nèi)，很少發(fā)生軸承失效的故障。滾動(dòng)軸承的承載能力隨軸承直徑的增大而增大，但是它沒有軸向載荷隨轉(zhuǎn)子直徑的增大速度快。這意味著在中小型螺桿壓縮機(jī)中，滾動(dòng)軸承的壽命較長。在大型螺桿壓縮機(jī)中，由于壽命太短，有時(shí)不宜采用滾動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承又稱為流體動(dòng)力軸承，是指軸被油膜支撐起來。軸承內(nèi)油膜的形式取決于軸承的結(jié)構(gòu)形狀。既然軸運(yùn)行在油膜之上，因而也不存在機(jī)械磨損部件，也無所謂軸承壽命。所以，只要軸承被充以適當(dāng)粘度和品質(zhì)的潤滑油，工作在適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟认拢⑶矣捅缓芎玫倪^濾，滑動(dòng)軸承將永遠(yuǎn)工作下去。另外很重要的一點(diǎn)是，這類軸承不易受速度變化的影響。但滑動(dòng)軸承的加工和裝配都不

37、及滾動(dòng)軸承方便，較大的游隙也要求壓縮機(jī)的各處間隙增大，導(dǎo)致泄漏量增多，壓縮機(jī)效率降低。在螺桿壓縮機(jī)應(yīng)用中，無論采用何種形式的軸承，都應(yīng)確保轉(zhuǎn)子的一端固定，另一端能夠伸縮。一般情況下，轉(zhuǎn)子在排出側(cè)軸向定位，在吸入側(cè)留有較大的軸向間隙，讓其自然膨脹，以便保持排出端有不變的最小間隙值，使氣體泄漏為最小，并避免端面磨損。在無油螺桿空氣壓縮機(jī)中，通常采用高精度的滾動(dòng)軸承，以便得到高的安裝精度，使壓縮機(jī)獲得良好的性能。由于無油螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，在選擇滾動(dòng)軸承時(shí)，應(yīng)保證其有足夠長的壽命。無油螺桿壓縮機(jī)工作在中壓或高壓工況里，滾動(dòng)軸承的計(jì)算壽命往往較低，因此無油螺桿壓縮機(jī)的軸向或徑向軸承有時(shí)也采用滑動(dòng)軸承

38、。在噴油螺桿空氣壓縮機(jī)中，由于軸向力及徑向力都不大，故都采用滾動(dòng)軸承。承受軸向力的軸承放在排氣端，以獲得最小的排氣端面間隙。通常，用分別安裝在轉(zhuǎn)子兩端的圓柱滾子軸承承受轉(zhuǎn)子的徑向載荷，用安裝在排氣端的一個(gè)角接觸球軸承承受軸向載荷，并向轉(zhuǎn)子進(jìn)行雙向定位。在一些機(jī)器中，也用一對(duì)背靠背安裝的圓滾子軸承或角接觸球軸承同時(shí)承受徑向和軸向載荷。螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)的載荷可以比空壓機(jī)小得多，也可能比它大得多，這是因?yàn)檫@類壓縮機(jī)的吸氣壓力及排氣壓力的變化范圍都非常大。在小載荷的螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)中，特別是半封閉螺桿制冷壓縮機(jī)和普通的螺桿制冷壓縮機(jī)中，都采用滾動(dòng)軸承承受徑向力和軸向力，并對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，

39、從而使各處泄漏間隙減少到最小，使壓縮機(jī)的效率得到提高。在大載荷的螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)中，由于使用滾動(dòng)軸承壽命太短，往往采用滑動(dòng)軸承，值得指出的是，雖然螺桿壓縮機(jī)中的徑向力無法消除，必須全部由軸承來承受，但部分或全部軸向力卻是可以消除的。通常用一個(gè)平衡活塞或類似裝置，在它兩邊施加一定的壓差，來達(dá)到這一目的。一般用高壓油提供所需壓力，也可由高壓氣體來提供所需壓力。由于軸向力不一樣，兩轉(zhuǎn)子所用的平衡活塞直徑也不一樣，或者有時(shí)只在陽轉(zhuǎn)子上設(shè)平衡活塞。圖919所示為一個(gè)油壓平衡活塞的結(jié)構(gòu)。圖919 油壓平衡活塞結(jié)構(gòu)在中小型制冷和工藝壓縮機(jī)中，采用軸向滑動(dòng)軸承時(shí)，由于游隙較大，會(huì)導(dǎo)致排氣端面間隙過分增大，

40、進(jìn)而影響壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行在高載荷時(shí)，這個(gè)問題顯得更為突出。故通常采用平衡活塞的結(jié)構(gòu)，從而使軸向軸承仍可采用滾動(dòng)軸承，而徑向力則還是由重載巴氏合金制做的滑動(dòng)軸承來承擔(dān)，圖920示出這種形式。圖920 滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承的組合結(jié)構(gòu)對(duì)于大型制冷和工藝壓縮機(jī)，排氣端面間隙就顯得不那么重要了。因?yàn)閷?duì)于給定的長徑比，泄漏通道的面積與轉(zhuǎn)子直徑成正比，而齒間容積則與轉(zhuǎn)子直徑的平方成正比。所以，大型噴油螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)，多采用滑動(dòng)軸承作為軸向推力軸承。由于不存在壽命問題，承載能力也較大，此時(shí)一般不需要軸向力平衡活塞。9.4.4軸封1.無油螺桿壓縮機(jī)軸封在無油螺桿壓縮機(jī)中，壓縮過程是在一個(gè)完全無油

41、的環(huán)境中進(jìn)行的，這就要求在壓縮機(jī)的潤滑區(qū)與氣體區(qū)之間設(shè)置可靠的軸封。軸封不僅需要能在高圓周速度之下有效的工作，并且必須有一定的彈性，以適應(yīng)采用滑動(dòng)推力軸承時(shí)轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生的軸向移動(dòng)。另外，軸封的材料還必須能耐壓縮機(jī)所壓縮氣體的化學(xué)腐蝕。目前，無油螺桿壓縮機(jī)的軸封主要有石墨環(huán)式、迷宮式和機(jī)械式三種。圖921示出最常用的石墨環(huán)式油封，這種軸封包括一組密封盒，密封盒的數(shù)量隨密封壓力的不同而不同，一般為45個(gè)，且排氣側(cè)的密封盒數(shù)多于吸氣側(cè)的密封盒數(shù)。石墨環(huán)4在軸向靠波紋彈簧2壓緊在密封盒5和保護(hù)圈1的側(cè)面上，以防止氣體經(jīng)石墨環(huán)的兩側(cè)面泄漏。圖921 石墨環(huán)式軸封1.保護(hù)圈 2.波紋彈簧 3.引氣環(huán) 4.整

42、圈石墨環(huán) 5.密封盒石墨環(huán)式軸封的密封環(huán)由摩擦系數(shù)較低的石墨制成，由于石墨具有良好的自潤滑性，即使石墨環(huán)與軸頸接觸也無妨礙。為了保證強(qiáng)度和使環(huán)孔的熱膨脹率與轉(zhuǎn)子軸材料的熱膨脹率相同，在密封環(huán)上往往還裝有鋼制支撐環(huán)。這樣，就可使密封環(huán)和軸之間的間隙很小，以達(dá)到好的密封效果，并且在一個(gè)寬的工作溫度范圍內(nèi)也可正常工作。石墨環(huán)式軸封采用環(huán)狀波紋彈簧，把密封環(huán)壓向密封表面，以防止氣體經(jīng)石墨環(huán)的兩側(cè)面泄漏。當(dāng)軸的旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生變化時(shí)，借助于環(huán)孔和彈簧的作用，密封環(huán)也移動(dòng)到新的位置并保持在這一位置，從而防止了磨損現(xiàn)象的產(chǎn)生。氣體經(jīng)石墨環(huán)式軸封的泄漏量與間隙值、壓差、密封環(huán)數(shù)目有密切的關(guān)系。除了高壓場(chǎng)合以外，通

43、過四道軸封環(huán)聯(lián)合作用的氣體泄漏量將少于0.4%。當(dāng)然，如果向軸封內(nèi)充入氣體，壓縮機(jī)的氣體泄漏量將為零。圖922所示為無油螺桿壓縮機(jī)中采用的迷宮式軸封。在這種軸封中，密封齒和密封面之間有很小的間隙，并形成曲折的流道，使氣體從高壓側(cè)向低壓側(cè)流動(dòng)產(chǎn)生很大的阻力，以阻止氣體的泄漏。密封齒可以做在軸上，與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以做成具有內(nèi)密封齒的密封環(huán)，固定在機(jī)體上。多數(shù)情況下，密封齒是加工在與軸固定的一個(gè)軸套上，當(dāng)密封齒損壞時(shí)便于更換。圖922 迷宮式軸封在無油螺桿壓縮機(jī)中，無論采用石墨式軸封，還是迷宮式軸封，密封單元之間的引氣孔都可以有多種形式。如果被壓縮氣體可漏入大氣，例如空氣、氮?dú)饣蚨趸嫉?，則所有

44、密封單元可以連續(xù)布置，只是最后一個(gè)通向大氣。如果被壓縮氣體有毒、易燃、易爆或十分貴重，則可將泄漏的氣體引回至吸氣管。有時(shí)還可用壓力稍高于壓縮機(jī)內(nèi)氣體壓力的惰性氣體充入軸封內(nèi)，以阻止高壓氣體向外界泄漏。當(dāng)無油螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時(shí)，還可以采用如圖923所示的有油潤滑的機(jī)械密封，這種軸封工作可靠、密封性好。然而，這種軸封需要少量的潤滑油流過密封表面，這些潤滑油可能會(huì)混入所壓縮的氣體中。如果所壓縮氣體不允許有這種少量的污染，則需在軸封和壓縮機(jī)腔之間開一個(gè)排油槽。在無油螺桿壓縮機(jī)的工作轉(zhuǎn)速下，采用有油潤滑的機(jī)械密封時(shí)，所消耗的功是比較大的。在許多場(chǎng)合，單個(gè)軸封的摩擦功耗就可以達(dá)到數(shù)千瓦。而無油螺桿壓縮

45、機(jī)中，要采用四個(gè)軸封，因而必須考慮軸封的功耗這一因素。雖然螺桿壓縮機(jī)對(duì)被壓縮氣體中帶有液體不敏感，但如果有大量的液體長時(shí)間進(jìn)入無油螺桿壓縮機(jī)，需要注意軸封的效果。在液體存在的情況下，軸封會(huì)與軸一起旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生磨損，液體會(huì)順著軸與軸封間的間隙流入到潤滑區(qū)域，破壞潤滑油的特性，影響軸承及齒輪的正常潤滑。圖923 無油螺桿壓縮機(jī)的機(jī)械式軸封2.噴油螺桿壓縮機(jī)的軸封噴油螺桿壓縮機(jī)中有兩種不同的軸封：（1）與壓縮腔緊鄰的轉(zhuǎn)子軸段的軸封，特別是在排氣端，這種軸封更為重要；（2）伸出壓縮機(jī)端蓋外的軸段也必須有軸封，與大氣隔開。由于壓縮介質(zhì)和運(yùn)行工況的不同，噴油螺桿空氣壓縮機(jī)的軸封與螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)的軸封有

46、很大的不同。 （1）噴油螺桿空氣壓縮機(jī)軸封 這類壓縮機(jī)都采用滾動(dòng)軸承，為了防止壓縮腔的氣體通過轉(zhuǎn)子軸向外泄漏，必須在排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間加一個(gè)軸封。這種軸封形式可以非常簡單，如圖924所示，只要在與軸頸相應(yīng)的機(jī)體處開設(shè)特定的油槽，通入具有一定壓力的密封油，即可達(dá)到有效的軸向密封。在螺性壓縮機(jī)正常工作時(shí)，吸入端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間幾乎沒有壓差，當(dāng)利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的氣量時(shí)，此處也僅可能會(huì)有一個(gè)大氣壓力的壓差。所以，在吸氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間，只用間隙密封就能滿足要求，沒有必要再提供密封油。圖924 轉(zhuǎn)子排氣端軸封示意圖噴油螺桿空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外伸軸通常都設(shè)計(jì)在吸氣側(cè)，只有

47、在利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的氣量時(shí)，外伸軸上的軸封兩側(cè)才可能會(huì)有一個(gè)大氣壓力的壓差。但由于此處的軸封必須防止?jié)櫥偷穆┏龊臀催^濾空氣的漏入，故在小型空壓機(jī)中，通常采用簡單的唇形密封。在大中型空壓機(jī)中，往往采用如圖925所示的有油潤滑機(jī)械密封。 圖925 螺桿空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子外伸軸處的軸封（2）噴油螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)的軸封 當(dāng)噴油螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)采用滾動(dòng)軸承受徑向力時(shí)，其轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間的軸封，可采用與前述螺桿空氣壓縮機(jī)相同的結(jié)構(gòu)。采用滑動(dòng)軸承承受徑向力時(shí)，滑動(dòng)軸承本身就自動(dòng)起到了軸封的作用。但必須給滑動(dòng)軸承提供壓力高于所密封氣體壓力的潤滑油，以使軸承沿長度方向布滿油，有效地起到密封

48、的作用。圖926 彈簧式機(jī)械密封12傳動(dòng)銷 ； 3傳動(dòng)套 ； 4彈簧座 ； 5彈簧 ； 6動(dòng)環(huán)密封圈 ； 7動(dòng)環(huán) ； 8卡環(huán) ； 9靜環(huán) ； 10靜環(huán)密封圈 ； 11防轉(zhuǎn)銷圖927 波紋管式機(jī)械密封1鎖緊螺母 ； 2密封墊片 ； 3螺釘； 4傳動(dòng)套 ； 5波紋管 ； 6動(dòng)環(huán)； 7靜環(huán)密封圈 ； 8靜環(huán) ； 9防轉(zhuǎn)銷同螺桿空氣壓縮機(jī)相比，工藝壓縮機(jī)與大氣之間的密封就復(fù)雜多了。主要原因是：壓縮機(jī)內(nèi)要密封的不是空氣，而有可能是有毒的或易燃?xì)怏w，并且通常都很貴重；它可能不允許被從外面漏入的空氣污染或沖淡；軸封一側(cè)的壓縮機(jī)內(nèi)壓力可能是不同程度的真空，也可能是達(dá)1MPa的高壓，并且停機(jī)時(shí)需密封的壓力可能會(huì)

49、更高。所以，在噴油螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子外伸軸處，通常都采用復(fù)雜的面接觸式機(jī)械密封，主要有彈簧式和波紋管式兩種，分別如圖926和圖927所示，并且需向此軸封處供以高于壓縮機(jī)內(nèi)部壓力的潤滑油，以保證在密封面上形成穩(wěn)定的油膜。軸封中有關(guān)零部件的材料要能耐壓縮氣體的腐蝕。9.4.5同步齒輪圖928 可調(diào)式同步齒輪1小齒圈 ； 2大齒圈 ； 3輪轂 ； 4圓錐銷 ； 5螺母 ； 6防松墊片在無油螺桿壓縮機(jī)中，轉(zhuǎn)子間的間隙和驅(qū)動(dòng)靠同步齒輪來實(shí)現(xiàn)。同步齒輪有可調(diào)式及不可調(diào)式兩種結(jié)構(gòu)，通常都采用圖928所示的可調(diào)式結(jié)構(gòu)。小齒圈1及大齒圈2都套在輪轂3上，調(diào)整小齒圈1，使之與大齒圈2錯(cuò)開一個(gè)微小角度，就可

50、減少與主動(dòng)齒輪之間的嚙合間隙，如圖所示。間隙調(diào)整適當(dāng)以后，將小齒圈1、大齒圈2與輪轂3用圓錐銷4定位，再用螺栓5將大小齒圈及輪轂固定。為防止螺母松動(dòng)，螺母5之間用防松墊片6連接。螺桿壓縮機(jī)同步齒輪的齒圈材料可用40CrMo鋼，輪轂材料通常為40中碳鋼。大小齒圈應(yīng)組合在一起加工，齒面須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為230270HB為宜。9.4.6容量調(diào)節(jié)滑閥容量調(diào)節(jié)滑閥是螺桿壓縮機(jī)中用來調(diào)節(jié)容積流量的一種結(jié)構(gòu)元件，雖然螺桿壓縮機(jī)的容積流量調(diào)節(jié)方法有多種，但采用滑閥的調(diào)節(jié)方法獲得廣泛的應(yīng)用，特別是在噴油螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)中，應(yīng)用尤為普遍。如圖929所示，這種調(diào)節(jié)方法是在螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體上裝一個(gè)調(diào)節(jié)滑閥，成為

51、壓縮機(jī)的機(jī)體的一部分。它位于機(jī)體高壓側(cè)兩內(nèi)圓的交點(diǎn)處，且能在與氣缸軸線平行的方向上來回移動(dòng)。 圖929 容量調(diào)節(jié)滑閥示意圖一般無油螺桿壓縮機(jī)并不采用調(diào)節(jié)滑閥的容量調(diào)節(jié)裝置，這是因?yàn)檫@類壓縮機(jī)的壓縮腔不但無油，而且處于高溫之下。因而，任何容量調(diào)節(jié)系統(tǒng)也必須同樣無油，并且能承受高溫，這使得調(diào)節(jié)滑閥裝置的采用在技術(shù)上有很多困難。在噴油螺桿空氣壓縮機(jī)中，由于壓縮介質(zhì)不變和運(yùn)行工況固定，通常也不采用調(diào)節(jié)滑閥的容量調(diào)節(jié)裝置，以使壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)盡量簡單，適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要。在噴油螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)中，普遍采用容量調(diào)節(jié)滑閥來調(diào)節(jié)螺桿壓縮機(jī)的容積流量。這種排氣量調(diào)節(jié)方式雖然比較復(fù)雜，但可以對(duì)排氣量進(jìn)行連續(xù)的無級(jí)

52、調(diào)節(jié)，并且效率也較高。容量調(diào)節(jié)滑閥調(diào)節(jié)螺桿壓縮機(jī)容積流量的原理，是基于螺桿壓縮機(jī)的工作特點(diǎn)。如圖930a所示，在螺桿壓縮機(jī)中，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，被壓縮氣體的壓力沿轉(zhuǎn)子的軸線方向逐漸升高，在空間位置上，是從壓縮機(jī)的吸氣端逐漸移向排氣端。圖930b所示，在機(jī)體的高壓側(cè)開口后，則當(dāng)兩轉(zhuǎn)子開始嚙合并試圖提高氣體壓力時(shí)，其中有些氣體便會(huì)通過開口處旁通掉。顯然，旁通的氣體量與開口的長度有關(guān)。當(dāng)接觸線移動(dòng)到開口的末端時(shí)，剩下的氣體就被完全封閉起來，內(nèi)壓縮過程就從這一點(diǎn)開始。從以上分析可以看出，壓縮機(jī)對(duì)從開口處旁通氣體所做的功，僅是用來將其排出，因此壓縮機(jī)的耗功主要是壓縮最終排出的氣體所做的功和機(jī)械摩擦功之和。

53、所以，當(dāng)用容量調(diào)節(jié)滑閥調(diào)節(jié)螺桿壓縮機(jī)容積流量時(shí)，可使壓縮機(jī)在調(diào)節(jié)工況下保持較高的效率。圖930 容量調(diào)節(jié)滑閥原理a)正常工況下壓縮過程 b)調(diào)節(jié)工況下壓縮過程滑閥可以按控制系統(tǒng)的要求朝任一方向移動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)方式有多種，最常見的是采用液壓缸的方式，由壓縮機(jī)本身的油路系統(tǒng)提供所需的油壓。在少數(shù)機(jī)器中，滑閥是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)的。圖931示出一種簡單的滑閥形式，氣缸壁上開有與轉(zhuǎn)子螺旋形狀相對(duì)應(yīng)的旁通孔，當(dāng)這些孔沒有被蓋住時(shí)，氣體可以從這些孔中排出。所用滑閥為“轉(zhuǎn)動(dòng)閥”，閥體是螺旋形的，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，便可蓋住或打開與壓縮腔相連的旁通孔。由于此時(shí)滑閥只需轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮機(jī)總體長度便可減小很多。這種形式有效地提供

54、連續(xù)的容量調(diào)節(jié)。但由于其排氣孔口大小不變，故從一開始卸載時(shí)，內(nèi)壓比就要下降。同時(shí)，由于氣缸壁上旁通孔的存在，形成了一定量的“余隙容積”。此容積內(nèi)的氣體將反復(fù)經(jīng)歷壓縮和膨脹過程，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)容積效率和絕熱效率降低。圖931 轉(zhuǎn)動(dòng)滑閥結(jié)構(gòu)圖932示出另外一種簡單的滑閥結(jié)構(gòu)。在小型半封閉螺桿制冷壓縮機(jī)中廣泛應(yīng)用。它利用多個(gè)獨(dú)立的旁通孔，調(diào)節(jié)螺桿壓縮機(jī)的容積流量。所有滑閥為“塞狀閥”，由于閥體可以做成恰好與氣缸內(nèi)壁平齊，因而不會(huì)產(chǎn)生“余隙容積”。由于這種調(diào)節(jié)方式不改變排氣孔口的大小，因此卸載一開始，內(nèi)壓比就要下降。另外，由于旁通孔一般為二到三個(gè)，故不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)地?zé)o級(jí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的容積流量，還會(huì)導(dǎo)致卸載

55、工況下壓縮機(jī)排氣溫度越來越高，嚴(yán)重時(shí)能導(dǎo)致半封閉螺桿制冷壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)損壞。圖932 塞狀滑閥結(jié)構(gòu)9.4.7內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥螺桿壓縮機(jī)工作過程的重要特點(diǎn)之一是具有內(nèi)壓縮過程，壓縮機(jī)的最佳工況是內(nèi)壓比等于外壓比。若二者不等，無論是欠壓縮還是過壓縮，經(jīng)濟(jì)性都會(huì)降低。增大或減小排氣孔口的尺寸，將改變齒間容積內(nèi)氣體同排氣孔口連通的位置，從而改變內(nèi)壓比。如圖933所示，通過一種滑閥調(diào)節(jié)，就可以獲得變化的排氣孔口，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)容積比和內(nèi)壓比的調(diào)節(jié)。移動(dòng)圖933中的滑閥，并不會(huì)改變壓縮機(jī)的容積流量，只會(huì)影響它的內(nèi)容積比和內(nèi)壓比。當(dāng)內(nèi)壓比太大時(shí)，由于以下兩個(gè)原因，將會(huì)降低壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)性：1.當(dāng)排氣孔口很小時(shí)，圖933 內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥示意圖油和氣體通過排氣孔口的節(jié)流損失將會(huì)變大；2.氣體體積很小時(shí)，單位容積的泄漏線長度會(huì)變得很大，導(dǎo)致泄漏量增加和壓縮效率降低。在螺桿壓縮機(jī)的實(shí)際使用中，有時(shí)還要求同時(shí)調(diào)節(jié)容積流量和內(nèi)容積比。如圖934所示，此時(shí)在轉(zhuǎn)子下部的孔中，移動(dòng)的是兩個(gè)滑閥，即前述容量調(diào)節(jié)滑閥中的固定塊也變成了移動(dòng)的。兩個(gè)滑閥之間沒有機(jī)械聯(lián)系，分別由各自的液壓缸驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)液壓缸可以布置在壓