螺桿式制冷壓縮機(jī)

螺桿式制冷壓縮機(jī)螺桿式制冷壓縮機(jī)

螺桿式制冷壓縮機(jī)是指用帶有螺旋槽的一個(gè)或兩個(gè)轉(zhuǎn)子（螺桿）在氣缸內(nèi)旋轉(zhuǎn)使氣體壓縮的制冷壓縮機(jī)。螺桿式制冷壓縮機(jī)屬于工作容積作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積型壓縮機(jī)，按照螺桿轉(zhuǎn)子數(shù)量的不同，螺桿式壓縮機(jī)有雙螺桿與單螺桿兩種。

陽轉(zhuǎn)子MaleRotor陰轉(zhuǎn)子FemaleRotor主動(dòng)轉(zhuǎn)子從動(dòng)轉(zhuǎn)子右旋螺紋左旋螺紋第一節(jié)螺桿式壓縮機(jī)的工作過程一、工作原理及工作過程1.組成螺桿式制冷壓縮機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、機(jī)殼（包括中部的氣缸體和兩端的吸、排氣端座等）、軸承、軸封、平衡活塞及輸氣量調(diào)節(jié)裝置組成。如圖為典型開啟螺桿式壓縮機(jī)的一對(duì)轉(zhuǎn)子、氣缸和兩端端座的外形圖。1—吸氣端座

2—陰轉(zhuǎn)子

3—?dú)飧?/p>

4—滑閥

5—排氣端座

6—陽轉(zhuǎn)子

2.工作原理螺桿式壓縮機(jī)的工作是依靠嚙合運(yùn)動(dòng)著的一個(gè)陽轉(zhuǎn)子與一個(gè)陰轉(zhuǎn)子，并借助于包圍這一對(duì)轉(zhuǎn)子四周的機(jī)殼內(nèi)壁的空間完成的。

3.工作過程圖為螺桿式壓縮機(jī)的工作過程示意圖。其中，a、b為一對(duì)轉(zhuǎn)子的俯視圖，c、d、e、f為一對(duì)轉(zhuǎn)子由下而上的仰視圖。

二、特點(diǎn)就壓縮氣體的原理而言，螺桿式制冷壓縮機(jī)與往復(fù)活塞式制冷壓縮機(jī)一樣，同屬于容積式壓縮機(jī)械，就其運(yùn)動(dòng)形式而言，螺桿式制冷壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子與離心式制冷壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子一樣，作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以螺桿式制冷壓縮機(jī)兼有二者的特點(diǎn)。1.優(yōu)點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)速較高、又有質(zhì)量輕、體積小，占地面積小等一系列優(yōu)點(diǎn)。（2）動(dòng)力平衡性能好，故基礎(chǔ)可以很小。（3）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易損件少，維修簡單，使用可靠，有利于實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化。（4）對(duì)液擊不敏感，單級(jí)壓力比高。（5）輸氣量幾乎不受排氣壓力的影響。在較寬的工況范圍內(nèi)，仍可保持較高的效率。2.缺點(diǎn)（1）噪聲大。（2）需要有專用設(shè)備和刀具來加工轉(zhuǎn)子。（3）輔助設(shè)備龐大。第二節(jié)結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)

一、主要零部件的結(jié)構(gòu)螺桿式制冷壓縮機(jī)的主要零部件包括機(jī)殼、轉(zhuǎn)子、軸承、平衡活塞、軸封及輸氣量調(diào)節(jié)裝置等。1.機(jī)殼螺桿式制冷壓縮機(jī)的機(jī)殼一般為剖分式。它由機(jī)體（氣缸體）、吸氣端座、排氣端座及兩端端蓋組成，如圖所示。1—吸氣端蓋2—吸氣端座3—機(jī)體4—排氣端座5—排氣端蓋2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是螺桿式制冷壓縮機(jī)的主要部件。如圖所示，常采用整體式結(jié)構(gòu)，將螺桿與軸做成一體。

1—陰螺桿2—陽螺桿二、基本參數(shù)1.轉(zhuǎn)子的齒形型面：主動(dòng)轉(zhuǎn)子和從動(dòng)轉(zhuǎn)子的齒面均為型面，是空間曲面.

齒形：型面在垂直于轉(zhuǎn)子軸線平面（端面）上的投影稱為轉(zhuǎn)子的齒形，是一條平面曲線。

嚙合線：陰、陽轉(zhuǎn)子齒形在端平面上嚙合運(yùn)動(dòng)的嚙合點(diǎn)軌跡，叫做齒形的嚙合線.

型線：組成轉(zhuǎn)子齒形的曲線稱為型線。

a)對(duì)稱圓弧齒形

b)非對(duì)稱圓弧齒形

（1）齒形的基本要求

1)較好的氣密性

泄漏途徑如圖3-10所示。接觸線方向的泄漏如圖3-11所示。

2)接觸線長度盡量短3)較大的面積利用系數(shù)。(p165)

如圖3-12所示，稱為泄漏三角形。

（2）典型齒形1)X齒形X齒形如圖3-13所示，它是由瑞典Atlascopco公司在圓弧擺線所組成的單邊不對(duì)稱齒形的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而成。

2)Sigma齒形Sigma齒形如圖3-14所示，它是由德國Kaeser壓縮機(jī)公司在圓弧擺線所組成的單邊不對(duì)稱齒形的基礎(chǔ)上研制成功的。3)CF齒形CF齒形如圖3-15所示，它是由德國GHH公司設(shè)計(jì)的。

2.轉(zhuǎn)子的齒數(shù)和扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子的齒數(shù)和壓縮機(jī)的輸氣量、效率及轉(zhuǎn)子的剛度有很大關(guān)系。通常轉(zhuǎn)子齒數(shù)越少，在相同的轉(zhuǎn)子長度和端面面積時(shí)，壓縮機(jī)有較大的輸氣量。(p166)轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)角是指轉(zhuǎn)子上的一個(gè)齒在轉(zhuǎn)子兩端端平面上投影的夾角，如圖3-17所示，它表示轉(zhuǎn)子上一個(gè)齒的扭曲程度。(p171)3.圓周速度和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子齒間圓周速度是影響壓縮機(jī)尺寸、質(zhì)量、效率及傳動(dòng)方式的一個(gè)重要因素。圓周速度大：

[1]在相同輸氣量的情況下，壓縮機(jī)的質(zhì)量及外形尺寸將減小；

[2]并且氣體通過壓縮機(jī)間隙的相對(duì)泄漏量將會(huì)減少；

[3]氣體在吸、排氣孔口及齒間內(nèi)的流動(dòng)阻力損失相應(yīng)增加。圓周速度確定后，螺桿轉(zhuǎn)速也隨之確定。

4.公稱直徑、長徑比螺桿直徑是關(guān)系到螺桿壓縮機(jī)系列化、零件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的一個(gè)重要參數(shù)。長徑比

:螺桿式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子螺旋部分的軸向長度L與其公稱直徑D0之比按我國機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)JB／T6906—1993《噴油螺桿式單級(jí)制冷壓縮機(jī)》中，推薦的螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)系列見表3-1。表3-1我國螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)陽轉(zhuǎn)子名義直徑/mm100

125

100

120

160200

250

315400

500陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速/（r/min）440029601450轉(zhuǎn)子長徑比1、1.5制冷劑R12、R22、R7175.級(jí)數(shù)與壓力比

對(duì)噴油螺桿式壓縮機(jī)，一般采用一級(jí)壓縮或二級(jí)壓縮。無油螺桿式壓縮機(jī)主要是根據(jù)許可的排氣溫度來決定壓力比和級(jí)數(shù).

6.間隙螺桿式壓縮機(jī)兩轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與機(jī)體之間要求留有適當(dāng)?shù)拈g隙。這不僅考慮制造和裝配誤差，也考慮了彎曲變形和熱變形的因素。第三節(jié)輸氣量與輸氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一、輸氣量的計(jì)算理論輸氣量為單位時(shí)間內(nèi)陰、陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的齒間容積之和，即壓縮機(jī)兩轉(zhuǎn)子的嚙合旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于齒輪的嚙合傳動(dòng)，因此

z1n1=z2n2又V1=A01L

V2=A02L則壓縮機(jī)理論輸氣量可寫成令則壓縮機(jī)理論輸氣量可寫成Cn

面積利用系數(shù)，是由轉(zhuǎn)子齒形和齒數(shù)所決定的常數(shù)。

表3-2幾種齒形的面積利用系數(shù)

齒形名稱SRM對(duì)稱齒形SRM不對(duì)稱齒形單邊不對(duì)稱齒形X齒形Sigma齒形CF齒形陰陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)比z2:zl6:46:46:46:46:56:5面積利用系數(shù)Cn0.4720.520.5210.560.4170.595

當(dāng)轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)角大到某—數(shù)值時(shí)，致使轉(zhuǎn)子的齒間容積不能完全充氣?？紤]這一因素對(duì)壓縮機(jī)輸氣量的影響，用扭角系數(shù)C

表征。表3-3列出了陽轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角

1與C

的對(duì)應(yīng)關(guān)系。表3-3陽轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角

1與C

的對(duì)應(yīng)值

扭轉(zhuǎn)角

1/（）240270300扭角系數(shù)C

0.9990.9890.971

由于泄漏、氣體受熱等，螺桿式制冷壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量，低于它的理論輸氣量，用輸氣系數(shù)表征影響吸氣量的損失。當(dāng)考慮到壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)

V時(shí)，其實(shí)際輸氣量qva為二、影響輸氣系數(shù)的主要因素1.泄漏氣體通過間隙的泄漏，可分為外泄漏和內(nèi)泄漏兩種，外泄漏影響輸氣系數(shù)，內(nèi)泄漏僅影響壓縮機(jī)的功耗。(p173)2.吸氣壓力損失氣體通過壓縮機(jī)吸氣管道和吸氣孔口時(shí)，產(chǎn)生氣體流動(dòng)損失，吸氣壓力降低，比體積增大，相應(yīng)地減少了壓縮機(jī)的吸氣量，降低了壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)。3.預(yù)熱損失在吸氣過程中，氣體受到吸氣管道、轉(zhuǎn)子和機(jī)殼的加熱而膨脹，相應(yīng)地減少了氣體的吸入量，降低了壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)。

三、輸氣量調(diào)節(jié)

螺桿式制冷壓縮機(jī)輸氣量調(diào)節(jié)的方法主要有吸入節(jié)流調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)停調(diào)節(jié)、變頻調(diào)節(jié)、滑閥調(diào)節(jié)、柱塞閥調(diào)節(jié)等。目前使用較多的為滑閥調(diào)節(jié)和塞柱閥調(diào)節(jié)。1.滑閥調(diào)節(jié)1)工作原理即通過改變轉(zhuǎn)子的有效工作長度，來達(dá)到輸氣量調(diào)節(jié)的目的。圖3-18為滑閥調(diào)節(jié)的原理圖。輸氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由三部分組成：第一部分包括滑閥、滑閥頂桿、油活塞、液壓缸、壓縮彈簧及端座；第二部分為輸氣量調(diào)節(jié)指示器；第三部分為油路及輸氣量調(diào)節(jié)控制閥。

2.塞柱閥調(diào)節(jié)圖3-21表示了塞柱閥調(diào)節(jié)輸氣量的工作原理。塞柱閥的啟閉是通過電磁閥控制液壓泵中油的進(jìn)出來實(shí)現(xiàn)的。塞柱閥調(diào)節(jié)輸氣量只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方法在小型、緊湊型螺桿壓縮機(jī)中常?？梢钥吹?。四、內(nèi)容積比調(diào)節(jié)由于壓縮機(jī)內(nèi)壓縮終了的壓力pcyd往往同排氣腔內(nèi)的壓力pdk不相等，造成了附加功損失。為此，有必要進(jìn)行內(nèi)容積比調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)pcyd等于pdk，以適應(yīng)壓縮機(jī)在不同工況下的高效運(yùn)行。內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的目的：就是通過改變徑向排氣孔口的位置來改變內(nèi)容積比，以適應(yīng)不同的運(yùn)行工況。一般生產(chǎn)廠根據(jù)壓縮機(jī)應(yīng)用中的常用工況要求，提供不同內(nèi)容積比的壓縮機(jī)供選擇，以適應(yīng)不同的內(nèi)容積比的要求。我國內(nèi)容積比推薦值有2.6、3.6、5三種，以適應(yīng)高溫、中溫及低溫等不同蒸發(fā)溫度的要求。另外，對(duì)于工況變化范圍大的機(jī)組，有必要實(shí)現(xiàn)內(nèi)容積比隨工況變化進(jìn)行無級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)。雙螺桿轉(zhuǎn)子的齒間容積隨著轉(zhuǎn)子容積的縮小而壓縮齒間容積內(nèi)的氣體，直到工作容積與排氣口邊緣相連通止，這一過程稱為內(nèi)壓縮過程。壓縮終了工作容積內(nèi)的氣體壓力，稱為壓縮終了壓力。當(dāng)壓縮過程終了，排氣過程剛剛開始時(shí)，由于在某些工況下排氣壓力和壓縮終了壓力不相等而引起工作容積內(nèi)氣體壓力突然降低或增高，即產(chǎn)生等容膨脹或等容壓縮，使壓力等于背壓（油分內(nèi)壓力）時(shí)再進(jìn)行排氣過程。螺桿式制冷壓縮機(jī)內(nèi)壓縮終了壓力pi

，取決于壓縮機(jī)內(nèi)容積比(排氣口位置)和吸氣壓力。因此，螺桿式制冷壓縮機(jī)內(nèi)壓縮終了壓力pi

，不一定等于排氣腔內(nèi)壓力pd

（背壓）。若pi≠pd

，工作容積與排氣口連通時(shí)，工作容積中的氣體將進(jìn)行定容壓縮或定容膨脹，使其壓力與排氣腔壓力pd

趨于平衡，從而產(chǎn)生額外功耗損失。1—輸氣量調(diào)節(jié)滑閥2—彈簧3—內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥4、7—油活塞5、6、8—進(jìn)出油孔a)調(diào)節(jié)滑閥推上b)調(diào)節(jié)滑閥退下1—控制活塞機(jī)構(gòu)2—油活塞3—內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥第四節(jié)螺桿式壓縮機(jī)總體結(jié)構(gòu)

一、開啟螺桿式壓縮機(jī)

開啟螺桿式制冷壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工、制藥、輕紡、科研方面的低溫試驗(yàn)；應(yīng)用于食品、水產(chǎn)、商業(yè)的低溫加工貯藏和運(yùn)輸；應(yīng)用于工廠、醫(yī)院及公共場所等大型建筑的空氣調(diào)節(jié)等。

1.優(yōu)點(diǎn)（1）壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)相分離，使壓縮機(jī)的適用范圍更廣。（2）同一臺(tái)壓縮機(jī)，可以適應(yīng)不同制冷劑，除了采用鹵代烴制冷劑外，通過更改部分零件的材質(zhì)，還可采用氨作制冷劑。（3）可根據(jù)不同的制冷劑和使用工況條件，配用不同容量的電動(dòng)機(jī)。2.發(fā)展趨勢和研究成果開啟螺桿式制冷壓縮機(jī)存在噪聲大、制冷劑較易泄漏、油路系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)。因此，除了在使用氨工質(zhì)或電力無法供應(yīng)的情況下，中小型螺桿式制冷壓縮機(jī)的發(fā)展方向是封閉式機(jī)型。近十幾年以來，開啟螺桿式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)制造方面有了很大改進(jìn)，概括起來有以下幾個(gè)方面：

(1)普遍采用內(nèi)容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圖3-25所示是按三種內(nèi)容積比Vi=2.6、3.5、5開設(shè)的排氣孔口，在工況變化時(shí)，通過內(nèi)容積比調(diào)節(jié)所得到的壓縮機(jī)在全負(fù)荷時(shí)軸功率的提高率。

（2）采用單機(jī)雙級(jí)壓縮制冷裝置采用兩級(jí)壓縮系統(tǒng)，設(shè)備費(fèi)用較高，因此，如日本日立制作所、瑞典Stals等公司研制了單機(jī)雙級(jí)螺桿式壓縮機(jī)，如圖3-26所示。（3）開啟螺桿式壓縮機(jī)的小型化

1)改進(jìn)齒形2)優(yōu)化供油量和油質(zhì)3)采用滾動(dòng)軸承和無液壓泵系統(tǒng)4)采用水冷式電動(dòng)機(jī)5)采用經(jīng)濟(jì)器系統(tǒng)

二、半封閉螺桿式壓縮機(jī)

半封閉螺桿式制冷壓縮機(jī)的額定功率一般在10

100kW，在使用R134a工質(zhì)時(shí)，其冷凝溫度可達(dá)70℃，使用R404A或R407C工質(zhì)時(shí)，單級(jí)蒸發(fā)溫度最低可達(dá)

45℃。因此，由于它在冷凝壓力和排氣溫度很高，尤其在壓力差很大的苛刻工況下也能安全可靠地運(yùn)行，近幾年得到了長足的發(fā)展。

半封閉螺桿式制冷壓縮機(jī)的特點(diǎn)是：

1）壓縮機(jī)的陰陽轉(zhuǎn)子都采用6:5或7:5齒數(shù)，主要提高轉(zhuǎn)子圓周速度和陰陽轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度差。2）油分離器與主機(jī)可做成一體化。圖3-27所示壓縮機(jī)組的油分離器設(shè)置在壓縮機(jī)機(jī)體內(nèi)，使得機(jī)組裝置緊湊。

3）內(nèi)置電動(dòng)機(jī)靠制冷劑氣體冷卻，電動(dòng)機(jī)效率大大提高，而且，電動(dòng)機(jī)有較大的過載能力，其尺寸也相應(yīng)縮小。4）壓差供油壓5）無油冷卻系統(tǒng)。6）采用噴射液體制冷劑進(jìn)行冷卻降溫。7）微型半封閉螺桿式壓縮機(jī)應(yīng)用變頻器調(diào)節(jié)輸氣量。同時(shí)，除了少量微型半封閉螺桿式壓縮機(jī)，大多數(shù)半封閉螺桿式壓縮機(jī)都設(shè)置內(nèi)容積比有級(jí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

1—壓差閥2—止回閥3—油過濾器4—排溫控制探頭5—內(nèi)容積比控制機(jī)構(gòu)6—電動(dòng)機(jī)7—滾動(dòng)軸承8—陽轉(zhuǎn)子9—輸氣量控制器10—油分離器11—陰轉(zhuǎn)子12—電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置13—接線盒1—排氣溫度傳感器2—溫控噴液閥3—視鏡4—電磁閥5—噴油入口

1—內(nèi)容積比調(diào)節(jié)閥2—排氣口3—輸氣量調(diào)節(jié)活塞4—吸氣口5—經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣孔口

三、全封閉螺桿式壓縮機(jī)

由于制造和安裝技術(shù)要求高，全封閉螺桿式壓縮機(jī)是近年才得到開發(fā)的。圖3-30是美國頓漢—布什（Dunham—Bush）公司用于儲(chǔ)水、冷凍冷藏和空調(diào)的全封閉式螺桿制冷壓縮機(jī)。1—排氣孔口2—內(nèi)置電動(dòng)機(jī)3—吸氣截止閥4—吸氣口5—吸氣止回閥6—吸氣過濾網(wǎng)7—過濾器8—輸氣量調(diào)節(jié)油活塞9—調(diào)節(jié)滑閥10—陰陽轉(zhuǎn)子11—主軸承12—油分離器13—擋油板圖3-31是比澤爾公司VSK型系列的全封閉螺桿式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)配用功率10

20kW，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是臥式布置，輸氣量調(diào)節(jié)不設(shè)滑閥，采用電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)。

第五節(jié)螺桿式壓縮機(jī)裝置系統(tǒng)一、機(jī)組二、帶經(jīng)濟(jì)器的螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)

在機(jī)殼或端蓋的適當(dāng)位置開設(shè)補(bǔ)氣口，使轉(zhuǎn)子基元容積在壓縮過程的某一轉(zhuǎn)角范圍，與補(bǔ)氣口相通，使系統(tǒng)中增設(shè)的中間容器內(nèi)的閃發(fā)性氣體，通過補(bǔ)氣口進(jìn)入基元容積中。這樣，單級(jí)螺桿式制冷壓縮機(jī)按雙級(jí)制冷循環(huán)工作，達(dá)到節(jié)能的效果。此增設(shè)的中間容器稱為經(jīng)濟(jì)器。

a)一級(jí)節(jié)流制冷系統(tǒng)b)二級(jí)節(jié)流制冷系統(tǒng)1—壓縮機(jī)2—油分離器3—冷凝器4—貯液器5—經(jīng)濟(jì)器6—蒸發(fā)器7、8—節(jié)流閥9—油冷卻器三、噴液螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)

螺桿式壓縮機(jī)噴液或噴油，是利用了它對(duì)濕行程不敏感，即不怕帶液運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)而實(shí)施的。因此，人們開發(fā)了在壓縮機(jī)壓縮過程中用噴射制冷劑液體代替噴油，借此省去油冷卻器，縮小油分離器，并且噴液冷卻能使排氣溫度下降，防止封閉式壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)因排氣溫度過高引起保護(hù)裝置動(dòng)作而停機(jī)。

1—壓縮機(jī)2—油分離器3—冷凝器4—儲(chǔ)液器5—調(diào)節(jié)閥6—節(jié)流閥7—蒸發(fā)器四、多臺(tái)主機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)單螺桿壓縮機(jī)因其優(yōu)異的性能被美國海軍視為當(dāng)今最好的壓縮機(jī),其它國家則將它作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略產(chǎn)品并對(duì)我國封鎖技術(shù),是我國惟一未能引進(jìn)技術(shù)的機(jī)種。單螺桿壓縮機(jī)中的螺桿與星輪看似簡單,然而國內(nèi)某些專家研制近30年,至今未能解決星輪壽命與比功率偏大的事實(shí)。與屬于平面嚙合的雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子不一樣,螺桿與星輪是一對(duì)空間嚙合副,嚙合理論與加工技術(shù)都比平面嚙合困難,因此能真正掌握它的企業(yè)較少。國外單螺桿壓縮機(jī)的生產(chǎn)成本與售價(jià)都比雙螺桿壓縮機(jī)高,盡管它在性能上有一定優(yōu)勢,高售價(jià)也使它的市場份額遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雙螺桿壓縮機(jī)。

第六節(jié)單螺桿壓縮機(jī)單螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀1955年英國的的“壓能變換裝置”專利。1960年法國的B.Zimmern首先提出單螺桿壓縮機(jī)的設(shè)想，并取得發(fā)明專利。1963年B.Zimmern試制出第一臺(tái)單螺桿空氣壓縮機(jī)樣機(jī)并批量生產(chǎn)。此后，日本三井精機(jī)等引進(jìn)專利，進(jìn)行系列化生產(chǎn)。70年代中期荷蘭的Grasso公司和英國的APVHall公司將單螺桿壓縮機(jī)應(yīng)用于制冷空調(diào)領(lǐng)域。并開始由噴油機(jī)型發(fā)展為噴水、噴制冷劑的新機(jī)型。主要的生產(chǎn)廠家：荷蘭的Grasso公司、英國的APVHall公司、美國的Dresser－rand、Grimmerschmidt、日本的三井精機(jī)、三菱、大金公司等。目前，只有美、日、法、英、荷蘭能夠生產(chǎn)單螺桿壓縮機(jī)。國內(nèi)：上海施奈德、飛和、樂清、順德正力精工等。佛山市順德區(qū)正力精密機(jī)械

1965年華中理工大學(xué)機(jī)械系畢業(yè)后長期從事特種齒輪刀具及新齒廓的研究工作,對(duì)高精度嚙合副的工藝、機(jī)床、量儀等有較多的研究。創(chuàng)立并在世界上首次公開報(bào)道一個(gè)齒上同時(shí)有3條嚙合線的新齒廓理論,在實(shí)踐中研究了該理論的正確性,使嚙合副壽命提高5倍,解決了這種齒廓的高精度加工技術(shù)和全套工藝裝備;突破了國內(nèi)20多年來未能解決的單螺桿高精度專用機(jī)床、星輪刀具及其工藝等一系列世界上只有個(gè)別國家能掌握的難題。在此基礎(chǔ)上發(fā)明的單螺桿壓縮機(jī)已經(jīng)獲得中、美、英、法多國發(fā)明專利。第六節(jié)單螺桿式壓縮機(jī)

一、單螺桿壓縮機(jī)的工作原理單螺桿壓縮機(jī)是利用形似渦輪截面的星輪，與蝸桿轉(zhuǎn)子（又稱螺桿轉(zhuǎn)子）相嚙合，故又有蝸桿壓縮機(jī)之稱。其開啟式結(jié)構(gòu)如圖3-38所示。圖中由螺桿轉(zhuǎn)子1的齒間凹槽、星輪3和氣缸內(nèi)壁組成一獨(dú)立的基元容積，猶如往復(fù)式壓縮機(jī)的氣缸容積，轉(zhuǎn)動(dòng)的星輪齒片作為活塞，隨著轉(zhuǎn)子和星輪不斷地移動(dòng)，基元容積的大小發(fā)生周期性的變化。1—螺桿轉(zhuǎn)子2—內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥3—星輪4—軸封5—輸氣量調(diào)節(jié)滑閥6—軸承

單螺桿壓縮機(jī)的主要零部件：a)吸氣過程b)壓縮過程c)排氣過程

由上述工作原理可知，單螺桿壓縮機(jī)的一個(gè)基元容積在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)，完成了兩次吸氣、壓縮和排氣循環(huán)。

二、結(jié)構(gòu)參數(shù)1.轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)和星輪齒數(shù)轉(zhuǎn)子的齒槽數(shù)zl取決于所要求的內(nèi)容積比。星輪齒片數(shù)z2與轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)zl相比互為質(zhì)數(shù)，如此選擇的目的是嚙合運(yùn)動(dòng)中齒片與齒槽的磨損均勻。2.星輪齒形單螺桿式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速較高，星輪齒片和轉(zhuǎn)子齒槽相對(duì)滑動(dòng)速度大，因此必須選擇潤滑性能良好的星輪齒形，減少星輪齒片的磨損，對(duì)提高壓縮機(jī)的效率影響很大。星輪的齒形有：（1）平面直齒形（2）柱面齒形（3）平面直齒反包絡(luò)齒形基本型線類型辛麥恩第一類型線（直線包絡(luò)）：加工簡單、泄漏少、磨損快辛麥恩第二類型線（圓柱包絡(luò)）：加工螺桿簡單、效率高（可以用回轉(zhuǎn)刀具加工）；接觸線不斷變化，磨損?。恍孤┛纵^大，容積效率下降。辛麥恩第二類型線（圓臺(tái)包絡(luò)）：泄漏孔面積減小二次包絡(luò)型線：以螺桿作刀具包絡(luò)出的共軛曲面作為星輪齒側(cè)工作面。二次包絡(luò)型線嚙合時(shí)，在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)存在兩條瞬時(shí)接觸線。潤滑好。3.星輪直徑D2與轉(zhuǎn)子直徑D1（見圖3-40）之比

D一般情況下比值

D為1，即4.中心距B（見圖3-40）星輪中心與轉(zhuǎn)子軸線之間間距B與轉(zhuǎn)子直徑D1間的關(guān)系為B=

D16.嚙合角

（見圖3-40）星輪任一齒片從全都進(jìn)人并封閉轉(zhuǎn)子齒槽開始，到該齒片全部轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)子齒糟為止，所掃過的角度稱為嚙合角。

5.星輪齒片齒寬b和轉(zhuǎn)子齒尖寬c（見圖3-41）材料選擇：（主要考慮嚙合副間的摩擦系數(shù)）螺桿：球墨鑄鐵、鑄鋁合金、青銅等。星輪：球墨鑄鐵、復(fù)合塑料或鑄鋼外面模塑尼龍或酚醛樹脂。彈性星輪的鑲嵌齒采用耐高溫的熱塑性工程塑料三、輸氣量和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)1.輸氣量調(diào)節(jié)單螺桿式制冷壓縮機(jī)的輸氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要有轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)式和滑閥式兩種，它們都是采用將基元容積中的部分工質(zhì)回流到吸氣腔的方法，來減少基元容積值（推遲壓縮過程的起始位置），從而實(shí)現(xiàn)輸氣量的無級(jí)調(diào)節(jié)。

1)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)式輸氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理如圖3-42所示

.a)滿負(fù)荷b)部分負(fù)荷

2)滑閥式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)滑閥式輸氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理如圖3-43所示。

2.內(nèi)容積比調(diào)節(jié)單螺桿式壓縮機(jī)內(nèi)容積比調(diào)節(jié)原理如圖3-43所示。a)滑閥1、2分別處于輸氣量最大和內(nèi)容積比最小位置b)滑閥1、2分別處于輸氣量減小和內(nèi)容積比增大位置1—輸氣量調(diào)節(jié)滑閥2—內(nèi)容積調(diào)節(jié)滑閥四、單螺桿壓縮機(jī)及機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）降低了噪聲和氣體通過管道系統(tǒng)傳遞的振動(dòng)。而且，轉(zhuǎn)子與星輪齒片磨損均勻。（2）使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，軸承受力小，并且減少了轉(zhuǎn)子彎曲所造成的轉(zhuǎn)子與殼體間的泄漏。（3）排氣孔口呈徑向，可使轉(zhuǎn)子前后端均處于低壓，軸向力可得到平衡。（4）可用密封性能和潤滑性能好的樹脂材料。（5）壓縮速度快，泄漏時(shí)間短，有利于提高容積效率，減小壓力脈動(dòng)。（6）機(jī)組結(jié)構(gòu)簡化。為了簡化結(jié)構(gòu)，可采用如圖3-44所示的半封閉單螺桿式壓縮機(jī)。（7）單螺桿壓縮機(jī)同雙螺桿壓縮機(jī)一樣，在壓縮過程中能進(jìn)行中間補(bǔ)氣，增大制冷量，提高性能系數(shù)。

1—吸氣口2—星輪3—排氣口4—油回收裝置5—轉(zhuǎn)子6—電動(dòng)機(jī)單、雙螺桿壓縮機(jī)的比較力平衡方面

單螺桿壓縮機(jī)：螺桿承受的徑向和軸向氣體力可以自動(dòng)平衡，星輪齒承受氣體力，要求星輪齒具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

雙螺桿壓縮機(jī)：螺桿轉(zhuǎn)子承受較大的徑向和軸向氣體力，要求螺桿具有足夠的強(qiáng)度和剛度。驅(qū)動(dòng)方式

單螺桿壓縮機(jī)：與電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)或加帶輪。

螺桿壓縮機(jī)：與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)或加帶輪，轉(zhuǎn)速較高時(shí)須加增速齒輪

單、雙螺桿壓縮機(jī)的比較可靠性方面

單螺桿壓縮機(jī)：單螺桿壓縮機(jī)的星輪是易損部件，除對(duì)星輪材料有較高要求外，星輪還需定期更換。

雙螺桿壓縮機(jī)：雙螺桿壓縮機(jī)中沒有易損件，無故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)4～8萬小時(shí)。效率方面

單螺桿壓縮機(jī)：中速（1500～3500r/min）時(shí)效率高，直聯(lián)，比功率5.9～6.4KW/（m/min）雙螺桿壓縮機(jī)：高速（3000～7000r/min）時(shí)效率高，加增速齒輪，比功率6.0～6.6KW/(m/min)

。隨著運(yùn)行時(shí)間增加，單螺桿壓縮機(jī)的星輪磨損將導(dǎo)致氣量減少和效率降低。單、雙螺桿壓縮機(jī)的比較噪音和振動(dòng)方面

單螺桿壓縮機(jī)：力平衡性好、振動(dòng)小、噪聲低，一般為60～68dB。

雙螺桿壓縮機(jī)：力平衡性差、金屬螺桿嚙合時(shí)有高頻噪聲，64～78dB。加工設(shè)備方面

單螺桿壓縮機(jī)：沒有成熟的專用加工設(shè)備，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品的性能不是很穩(wěn)定。

雙螺桿壓縮機(jī)：已有成熟的螺桿專用銑床和磨床，可確保產(chǎn)品性能穩(wěn)定。單、雙螺桿壓縮機(jī)的比較維修性

單螺桿壓縮機(jī)：主機(jī)機(jī)殼采用整體結(jié)構(gòu)后，星輪側(cè)有大窗口，維修方便

。

雙螺桿壓縮機(jī)：轉(zhuǎn)子軸承壽命較短，更換時(shí)須打開機(jī)殼，工作量大

。

適用性方面

單螺桿壓縮機(jī)：由于螺桿受力完全平衡，單螺桿壓縮機(jī)能在高壓下工作，適合用于高排氣壓力的場合，如高壓空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)和天然氣壓縮機(jī)等。美國海軍認(rèn)為對(duì)于高壓無油壓縮機(jī)而言，單螺桿壓縮機(jī)是唯一的選擇。目前美國是世界唯一擁有高壓無油單螺桿壓縮機(jī)的國家。

雙螺桿壓縮機(jī)：由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承負(fù)荷等方面的限制，雙螺桿壓縮機(jī)只能適用于中、低壓范圍，如動(dòng)力用空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)和低壓天然氣壓縮機(jī)等，排氣壓力一般不能超過4.5MPa單、雙螺桿壓縮機(jī)的比較由于雙螺桿壓縮機(jī)在受到較大的徑向負(fù)載，因此只能選擇摩擦阻力較大滑動(dòng)軸承作為螺桿的支撐。而且兩螺桿間的緊湊間距限制了軸承型號(hào)的選擇范圍。單螺桿壓縮機(jī)由于螺桿受到的負(fù)載為零，而且也沒有布置上的局限，可以選用摩擦阻力小的滾動(dòng)軸承，使得軸承的壽命為雙螺桿壓縮機(jī)軸承壽命的二倍以上，達(dá)到10萬小時(shí)。雙螺桿壓縮機(jī)兩螺桿間金屬和金屬嚙合壓縮，轉(zhuǎn)子嚙合的間隙處容易發(fā)生氣體泄漏，需要充足的潤滑，密封和降溫才能夠正常的運(yùn)行。且整個(gè)壓縮機(jī)系統(tǒng)需要油分離器，油冷卻器和油泵等復(fù)雜的系統(tǒng)來保證噴油量的充足，機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定。大金的單螺桿壓縮機(jī)中的門轉(zhuǎn)子使用了大金獨(dú)立研制的高性能工程塑料，具有良好的氣密性和自身潤滑性。少量的噴油就能使機(jī)器長期穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)系統(tǒng)也無需油冷卻器和油泵，高效的階梯狀的油分離器使系統(tǒng)更為簡化。

螺桿式、活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式四種壓縮機(jī)性能比較分析1.螺桿式壓縮機(jī)的性能分析

20世紀(jì)70年代以來，螺桿式壓縮機(jī)的工作可靠性不斷改進(jìn)，因此在中等制冷量范圍內(nèi)的制冷空調(diào)工程中得到了比較普遍的應(yīng)用、并且依靠較高的可靠性和效率，成功地?cái)D入原來活塞式壓縮機(jī)所主宰的較小制冷范圍內(nèi)（750ＫＷ以下）。

(1).螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速較高（通常在3000r/min以上），而且體積小、質(zhì)量輕、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，因而經(jīng)濟(jì)性好

(2).螺桿式壓縮機(jī)沒有往復(fù)質(zhì)量慣性力，動(dòng)力平衡性能好，故基礎(chǔ)可以很小

(3).螺桿式壓縮機(jī)、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易損件少，沒有吸氣閥和排氣閥

，所以運(yùn)行周期長，使用可靠，有利于實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化。

(4).螺桿式壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，既輸氣量幾乎不受壓力的影響。在較寬的工作范圍內(nèi)，仍可保持較高的效率。

一、壓縮機(jī)性能的分析螺桿式、活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式四種壓縮機(jī)性能比較分析2．活塞式壓縮機(jī)性能的分析活塞式壓縮機(jī)迄今還是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)型,雖然它的市場份額已被其他形式的壓縮機(jī)占去一部分,但是在小制冷量應(yīng)用場合,活塞式壓縮機(jī)還會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展其占有的的市場。下面就對(duì)活塞是壓縮機(jī)的性能進(jìn)行分析。

(1)．由于余隙容積、吸氣和排氣壓力損失，氣體與汽缸壁之間的熱量交換以及泄露等因素的影響。壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量重視小于它的理論輸氣量。

(2)．由于活塞、活塞環(huán)、與汽缸壁面的摩擦及驅(qū)動(dòng)潤滑油泵的功率等損失，使得壓縮機(jī)的機(jī)械效率一般在之間。

(3)．壓縮機(jī)排氣過熱會(huì)使壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)降低和功耗增加，會(huì)導(dǎo)致活塞的過分膨脹而卡死在汽缸內(nèi)，以及封閉式壓縮機(jī)的內(nèi)置壓縮機(jī)被燒毀，影響壓縮機(jī)的壽命。對(duì)于R717和R22的排氣溫度應(yīng)低于150℃，對(duì)于R12應(yīng)低于130℃。

(4)．由于壓縮機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)阻力、機(jī)械摩擦力和熱交換的存在，壓縮過程并不是等熵過程，而是多變過程。螺桿式、活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式四種壓縮機(jī)性能比較分析3．滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)性能的分析滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)如今廣泛應(yīng)用于家電冰箱和空調(diào)器中，其中大中型滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)也運(yùn)用于冷庫。分析它的性能。

(1)．零部件少，結(jié)構(gòu)簡單，易損零件少，運(yùn)行可靠。

(2)．沒有吸氣閥片，余隙容積小，輸氣系數(shù)較高。在相同制冷量情況下，壓縮機(jī)體積小，重量輕，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。

(3)．加工精度要求較高。

(4)．密封線較長，密封性能較差，泄露損失較大。

(5)．滑片與汽缸壁面之間的泄露、摩擦和磨損較大，限制了它的工作壽命和效率的提高。

螺桿式、活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式四種壓縮機(jī)性能比較分析4.渦旋式壓縮機(jī)的性能

渦旋式壓縮機(jī)是