回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機 螺桿壓縮機教材

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1、第三章 第三章 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機 第一節(jié) 第一節(jié) 概 述 回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機是工作容積作旋轉(zhuǎn)運動的容積式壓縮機。氣體壓縮和壓力變化是依靠容積變化來實現(xiàn)的，而容積的變化又是通過壓縮機的一個或幾個轉(zhuǎn)子在氣缸里作旋轉(zhuǎn)運動來達到的。與往復(fù)式壓縮機不同的是，其容積在周期性地擴大和縮小的同時，空間位置也在不斷變化。只要在氣缸上合理地配置吸氣和排氣孔口，就可以實現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣等基本工作過程。 就氣體壓力提高的原理而言，回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機與往復(fù)式制冷壓縮機相同，都屬于容積式壓縮機，即都是通過工作容積的變化而使氣體壓力變化。就主要機件(轉(zhuǎn)子)的運動形式而言，又與速度式壓縮機相同，所以回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機

2、同時兼有上述兩類機器的特點。 由于回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機沒有往復(fù)運動機構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕、零部件少(特別是易損件少)，可靠性高。它運轉(zhuǎn)時力矩變化小，動力平衡性好，轉(zhuǎn)速高，振動小，輸氣脈動小，同時操作簡便，易于實現(xiàn)自動化?；剞D(zhuǎn)式制冷壓縮機的型式和結(jié)構(gòu)類型較多，故有多種分類法。通常都按其結(jié)構(gòu)元件的特征來區(qū)分和命名。目前廣為使用的有螺桿式制冷壓縮機、滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機和渦旋式制冷壓縮機等，它們在各種冷凍、冷藏及空調(diào)裝置中得到了日益廣泛的應(yīng)用。其中，制冷量在1.1kW以下時，滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機效率較好；制冷量在1~15kW范圍內(nèi)，渦旋式制冷壓縮機效率最高；制冷量大于15kW時，螺桿式制冷

3、壓縮機效率最好。因此，回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機的應(yīng)用，已進入活塞式制冷壓縮機的世襲領(lǐng)地。 但是，回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機也有它的缺點，主要是它的運動機件表面多呈曲面形狀，這些曲面的加工及檢測均較復(fù)雜，有的還需使用專用設(shè)備。其次是回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機運動機件之間或運動機件與固定機件之間，常需保持一定的運動間隙，氣體通過間隙勢必引起泄漏，這就限制了回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機達到較大的壓力比，同時，為了不降低回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機的效率，又必須控制運動間隙盡可能小，勢必造成加工和裝配精度較高。另外，由于轉(zhuǎn)速高以及工作容積與吸、排氣孔口周期性地通斷，使螺桿式制冷壓縮機噪聲較高，故常需采用減噪消聲措施。 螺桿式壓縮機又分為雙螺桿和單螺

4、桿壓縮機。通常為簡化起見，也稱雙螺桿壓縮機為螺桿式壓縮機。單螺桿壓縮機，又稱蝸桿壓縮機，它由一根螺桿和兩個星輪組成。它在很多方面與雙螺桿壓縮機類似，而且具有更加理想的力平衡性，故在國內(nèi)外得到了較快的發(fā)展，不過目前在制冷方面使用還不廣泛。 第二節(jié) 螺桿式制冷壓縮機工作原理及特點 一、工作原理 螺桿式(即雙螺桿)制冷壓縮機具有一對互相嚙合、相反旋向的螺旋形齒的轉(zhuǎn)子。其齒面凸起的轉(zhuǎn)子稱為陽轉(zhuǎn)子，齒面凹下的轉(zhuǎn)子稱為陰轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的齒相當(dāng)于活塞，轉(zhuǎn)子的齒槽、機體的內(nèi)壁面和兩端端蓋等共同構(gòu)成的工作容積，相當(dāng)于氣缸。機體的兩端設(shè)有成對角線布置的吸、排氣孔口。隨著轉(zhuǎn)子在機體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動，使工作容積由

5、于齒的侵入或脫開而不斷發(fā)生變化，從而周期性地改變轉(zhuǎn)子每對齒槽間的容積，來達到吸氣、壓縮和排氣的目的。 互相嚙合的轉(zhuǎn)子，在每個運動周期內(nèi)，分別有若干個相同的工作容積依次進行相同的工作過程，這一工作容積，稱為基元容積。它由轉(zhuǎn)子中的一對齒面、機體內(nèi)壁面和端蓋所形成。只需研究其中一個工作容積的整個工作循環(huán)，就能了解壓縮機工作的全貌。 螺桿式制冷壓縮機的運轉(zhuǎn)過程從吸氣過程開始，然后氣體在密封的基元容積中被壓縮，最后由排氣孔口排出。陰、陽轉(zhuǎn)子和機體之間形成的呈“V”字型的一對齒間容積(基元容積)的大小，隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而變化，同時，其空間位置也不斷移動。圖3—1表示了基元容積的工作過程。 (1)吸氣

6、過程 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，陽轉(zhuǎn)子的一個齒連續(xù)地脫離陰轉(zhuǎn)子的一個齒槽，齒間容積逐漸擴大，并和吸氣孔口連通，氣體經(jīng)吸氣孔口進齒間容積，直到齒間容積達到最大值時，與吸氣孔口斷開，齒間容積封閉，吸氣過程結(jié)束，如圖3—1(a)所示。值得注意的是，此時陽和陰轉(zhuǎn)子的齒間容積彼此并不連通。 (2)壓縮過程 轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在陰、陽轉(zhuǎn)子齒間容積連通之前，陽轉(zhuǎn)子齒間容積中的氣體，受陰轉(zhuǎn)子齒的侵入先行壓縮；經(jīng)某一轉(zhuǎn)角后，陰、陽轉(zhuǎn)子齒間容積連通，形成“V”字形的齒間容積對(基元容積)，隨兩轉(zhuǎn)子齒的互相擠入，基元容積被逐漸推移，容積也逐漸縮小，實現(xiàn)氣體的壓縮過程，如圖3—1(b)所示。壓縮過程直到基元容積與排氣孔口相連通

7、時為止，如圖3—1(c)，此刻排氣過程開始。 (3)排氣過程 如圖3—1(d)所示，由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時基元容積不斷縮小，將壓縮后氣體送到排氣管，此過程一直延續(xù)到該容積最小時為止。 隨著轉(zhuǎn)子的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，上述吸氣、壓縮、排氣過程循環(huán)進行，各基元容積依次陸續(xù)工作，構(gòu)成了螺桿式制冷壓縮機的工作循環(huán)。 從以上過程的分析可知，兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向互相迎合的一側(cè)，即凸齒與凹齒彼此迎合嵌入的一側(cè)，氣體受壓縮并形成較高壓力，稱為高壓力區(qū)；相反，螺桿轉(zhuǎn)向彼此相背離的一側(cè)，即凸齒與凹齒彼此脫開的一側(cè)，齒間容積在擴大形成較低壓力，稱為低壓力區(qū)。此兩區(qū)域借助于機殼、轉(zhuǎn)子相互嚙合的接觸線而隔開，可以粗略地認為兩轉(zhuǎn)子的軸線平面是

8、高、低壓力區(qū)的分界面。另外，由于吸氣基元容積內(nèi)的氣體隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由吸氣端向排氣端作螺旋運動，因此吸氣、排氣孔口要成對角線布置，吸氣孔口位于低壓力區(qū)的端部，排氣孔口位于高壓力區(qū)的端部。 二、 工作特點 螺桿式制冷壓縮機作為回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機的一種，同時具有活塞式和動力式（速度式）兩者的特點。 1)與往復(fù)活塞式制冷壓縮機相比，螺桿式制冷壓縮機具有轉(zhuǎn)速高，重量輕，體積小，占地面積小以及排氣脈動低等一系列優(yōu)點。 2)螺桿式制冷壓縮機沒有往復(fù)質(zhì)量慣性力，動力平衡性能好，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，機座振動小，基礎(chǔ)可作得較小。 3)螺桿式制冷壓縮機結(jié)構(gòu)簡單，機件數(shù)量少，沒有像氣閥、活塞環(huán)等易損件，它的主要摩擦件

9、如轉(zhuǎn)子、軸承等，強度和耐磨程度都比較高，而且潤滑條件良好，因而機加工量少，材料消耗低，運行周期長，使用比較可靠，維修簡單，有利于實現(xiàn)操縱自動化。 4)與速度式壓縮機相比，螺桿式壓縮機具有強制輸氣的特點，即排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在小排氣量時不發(fā)生喘振現(xiàn)象，在寬廣的工況范圍內(nèi)，仍可保持較高的效率。 5)采用了滑閥調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)能量無級調(diào)節(jié)。 6)螺桿壓縮機對進液不敏感，可以采用噴油冷卻，故在相同的壓力比下，排溫比活塞式低得多，因此單級壓力比高。 7)沒有余隙容積，因而容積效率高。 螺桿式制冷壓縮機尚存在以下缺陷： 1)制冷劑氣體周期性地高速通過吸、排氣孔口，通過縫隙的泄漏等原因，

10、使壓縮機有很大噪聲，需要采取消音減噪措施。 2)螺旋形轉(zhuǎn)子的空間曲面的加工精度要求高，需用專用設(shè)備和刀具來加工。 3)由于間隙密封和轉(zhuǎn)子剛度等的限制，目前螺桿式壓縮機還不能像往復(fù)式壓縮機那樣達到較高的終了壓力。 近年來，螺桿式制冷壓縮機發(fā)展很快，其制冷系數(shù)、噪聲級等等指標已接近或達到活塞式壓縮機的水平，在中等制冷量范圍內(nèi)的應(yīng)用取得了信譽。而且機組逐漸更新，品種日益增加，制冷量向更低與更高的范圍內(nèi)延伸，不斷地擴大了使用范圍，并向不同的領(lǐng)域擴張，已發(fā)展成為制冷機的主要型式之一。為了保證螺桿式制冷壓縮機的正常運轉(zhuǎn)，必須配置相應(yīng)的輔助機構(gòu)，如潤滑油的分離和冷卻，能量的調(diào)節(jié)控制裝置，安全，保護

11、裝置和監(jiān)控儀表等。通常生產(chǎn)廠多將壓縮機、驅(qū)動電機及上述輔助機構(gòu)組裝成機組，稱為螺桿式制冷壓縮機組。圖3—2是一個單級螺桿式制冷壓縮機組。它包括氣路、油路、電路及能量調(diào)節(jié)裝置等。 螺桿式制冷壓縮機由于噴油使制冷機的性能大大改善，故螺桿式制冷壓縮機絕大部分為噴油式。噴油的優(yōu)點如下： 1)降低排氣溫度。 2)減少工質(zhì)泄漏，提高密封效果。 3)增強對零部件的潤滑，提高零部件壽命。 4)對聲能和聲波有吸收和阻尼作用，可以降低噪聲。 5)沖洗掉機械雜質(zhì)，減少磨損。 但由于噴油量較大，所以螺桿裝置中必須增設(shè)油的處理設(shè)備，如油分離器、油冷卻器、油過濾器、油壓調(diào)節(jié)閥和油泵等，這將增大機組的體積和復(fù)

12、雜性。 三、帶經(jīng)濟器的螺桿式制冷壓縮機 螺桿式制冷壓縮機雖具有單級壓力比高的優(yōu)點，但隨著壓力比的增大，泄漏損失急速地增加，因此，低溫工況下運行時效率顯著降低。為了擴大其使用范圍，改善低溫工況的性能，提高效率，可利用螺桿制冷壓縮機吸氣、壓縮、排氣單向進行的特點，在機殼或端蓋的適當(dāng)位置開設(shè)補氣口，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)性氣體通過補氣口進入基元容積中。這樣，單級螺桿壓縮機按雙級制冷循環(huán)工作，達到節(jié)能的效果。此增設(shè)的中間容器稱為經(jīng)濟器。 帶經(jīng)濟器的制冷系統(tǒng)有一級節(jié)流與二級節(jié)流兩種形式。圖3—3(a)為帶經(jīng)濟器的一級節(jié)流制冷系統(tǒng)圖。

13、來自貯液器D的制冷劑液體分為兩支；一小支流經(jīng)節(jié)流閥Gl降壓，到經(jīng)濟器E中吸熱而產(chǎn)生閃發(fā)性氣體，經(jīng)中間補氣口進入正處在壓縮初始階段的基元容積中，與原有氣體混合繼續(xù)被壓縮；另一支主流流過經(jīng)濟器E中盤形管放熱而過冷，然后經(jīng)節(jié)流閥G，節(jié)流進入蒸發(fā)器F中制冷。進入蒸發(fā)器的主流制冷劑液體只經(jīng)一次節(jié)流，且節(jié)流前與進入補氣口的氣體存在溫差△t。系統(tǒng)的P—H圖如圖3—3(b)所示。 圖3—4為帶經(jīng)濟器的二級節(jié)流制冷系統(tǒng)。來自貯液器D的制冷劑液體，經(jīng)節(jié)流閥G1至經(jīng)濟器E中，上部產(chǎn)生的閃發(fā)氣體，通過補氣口進入處在壓縮階段的基元容積中，與原有氣體混合繼續(xù)被壓縮；下部的液體經(jīng)節(jié)流閥G2第二次節(jié)流后，進入蒸發(fā)器F中制冷

14、。進入蒸發(fā)器的制冷劑液體，經(jīng)過二次節(jié)流，且二次節(jié)流前與進入補氣口的氣體的溫度相同。無論是一次節(jié)流還是二次節(jié)流，都是使進入蒸發(fā)器的制冷劑過冷，因而制冷量增加。同時補氣后使基元容積中氣體質(zhì)量增加，壓縮功也有一定的增大。但增大速率比制冷量增加得慢，所以制冷系數(shù)提高，具有節(jié)能效果。節(jié)能效益的大小與工質(zhì)性質(zhì)及工況有關(guān)，用R502最好，其次是R12及R22，而R717最小；低溫工況下的節(jié)能效果十分顯著，當(dāng)冷凝溫度不變，蒸發(fā)溫度越低時，其循環(huán)的制冷系數(shù)提高得越多。據(jù)有關(guān)文獻介紹，對于蒸發(fā)溫度在－15～－40℃范圍內(nèi)的低溫工況，制冷量增大19％~44％，制冷系數(shù)提高7％~30％。 另外，帶經(jīng)濟器的螺桿制冷機

15、有較寬的運轉(zhuǎn)條件，單級壓力比大，卸載運行時能實現(xiàn)最佳運行；加工基本與單級螺桿相同，制冷系統(tǒng)中閥門和設(shè)備增加不多，故目前應(yīng)用越來越廣泛。 第三節(jié) 螺桿式制冷壓縮機的構(gòu)造及工作參數(shù) 一、 總體結(jié)構(gòu) 目前應(yīng)用于制冷系統(tǒng)上的多為噴油式螺桿壓縮機，且大都采用單級開啟式結(jié)構(gòu)形式。有些小型氟利昂螺桿壓縮機采用半封閉式或全封閉式的結(jié)構(gòu)。 螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)如圖3—5所示。它的主要組成部分是轉(zhuǎn)子、機體、軸承、軸封、平衡活塞及能量調(diào)節(jié)裝置等。 (1)機殼 由機體、吸氣端座和排氣端座組成，是壓縮機的主要組成部分。機體2是連接各零部件的中心

16、部件，它為各零部件提供正確的裝配位置，保證陰、陽轉(zhuǎn)子3和7在氣缸內(nèi)嚙合，可靠地進行工作。其端面形狀為∞形，這與兩個嚙合轉(zhuǎn)子的外圓柱面相適應(yīng)，使轉(zhuǎn)子精確地裝入機體內(nèi)。在機體內(nèi)壁面設(shè)有符合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角要求的徑向吸氣孔口9，保證轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)中順利實現(xiàn)吸氣過程。供調(diào)節(jié)能量用的卸載活塞10和卸載滑閥12，可根據(jù)實際需要實現(xiàn)輸氣量調(diào)節(jié)。機體上還鉆有回油孔，以便及時把潤滑軸承、軸封和平衡活塞流出的油、以及二次油分離器和能量調(diào)節(jié)機構(gòu)的回油等輸送回氣缸，隨排氣帶走或停機后放掉。 吸、排氣端座是位于機體前后兩端的密封連接件，它除作機體的端面密封外，更重要的是提供了陰、陽轉(zhuǎn)子和支承轉(zhuǎn)子的軸承裝配位置；軸向的吸、排氣孔口

17、9和13以及壓縮機與管道系統(tǒng)的連接安裝位置。它也是壓縮機氣體輸入和輸出的重要通道。另外，吸氣端座還容納和支承著移動能量調(diào)節(jié)機構(gòu)的卸荷油缸、平衡轉(zhuǎn)子軸向力的平衡活塞和油缸、油腔、內(nèi)油道及回油孔等；排氣端座容納和支承著軸封、滑閥位移腔、油腔、內(nèi)油道及回油孔等。吸、排氣端座的端面為平面，與轉(zhuǎn)子的端面貼合形成端面密封，而與機體端平面的密封采用密封膠或O形環(huán)來達到的，連接用螺釘來實現(xiàn)。 由于機體有內(nèi)部噴油，可直接降低缸體內(nèi)部溫度，所以無需冷卻水夾套，而是在機殼外設(shè)肋，既加強機殼強度，也附有散熱作用。 機殼常用灰鑄鐵如HT200等鑄成。 (2)轉(zhuǎn)子 它是實現(xiàn)變?nèi)菔綁嚎s的主要部件，由陰、陽轉(zhuǎn)子3

18、和7組成，材料常用球墨鑄鐵如QT600—3。轉(zhuǎn)子齒形是用高精度的專用機床、專用刀具加工而成，是壓縮機的關(guān)鍵零件之一。轉(zhuǎn)子型線常為單邊非對稱擺線——圓弧型線，陽轉(zhuǎn)子4個齒，陰轉(zhuǎn)子6個齒，以使兩轉(zhuǎn)子的抗彎強度大致相等。一般陽轉(zhuǎn)子與電動機聯(lián)接為主動轉(zhuǎn)子，傳遞轉(zhuǎn)矩，同時、通過嚙合關(guān)系帶動陰轉(zhuǎn)子(從動轉(zhuǎn)子)旋轉(zhuǎn)。兩轉(zhuǎn)子的徑向負荷由兩對主軸承承擔(dān)，陰轉(zhuǎn)子的軸向負荷由一對角接觸球軸承承擔(dān)，陽轉(zhuǎn)子的軸向負荷較大，由一對角接觸球軸承和平衡活塞共同承擔(dān)。 (3)軸承 軸承是支承陰、陽轉(zhuǎn)子，并保證轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的零件。完成上述功能的這種軸承叫主軸承，其結(jié)構(gòu)型式一般為滑動軸承。其次，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)并壓縮氣體時，會產(chǎn)生

19、一種軸向推力，為了克服這種軸向力，還必須有推力軸承(滾動軸承)。這種軸承叫副軸承，它除克服轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的軸向力之外，還可以承受部分徑向力。所以，主、副軸承在螺桿式壓縮機中必不可少，它們使轉(zhuǎn)子始終處在正常工作位置。 主軸承是經(jīng)精密加工的鋼背耐磨合金制成，有進油孔、油槽及泄油槽。正確地安裝在吸、排氣端座內(nèi)，并用柱銷固定位置。副軸承裝在排氣側(cè)，在陰、陽轉(zhuǎn)子上各裝兩只。為了保持轉(zhuǎn)子的排氣端面與排氣端座之間有必要的間隙；在副軸承的一側(cè)裝有調(diào)整塊。 (4)平衡活塞 平衡活塞位于陽轉(zhuǎn)子吸氣端的主軸頸尾部，用來減輕由于排氣側(cè)與吸氣側(cè)之間的壓力差，引起對主軸承端面的負荷，減輕副軸承所承受的軸向力。采用平衡活

20、塞來平衡軸向力，可大大減小推力軸承的負荷和幾何尺寸，節(jié)省金屬消耗量。它是利用高壓油注入活塞頂部的油腔內(nèi)，產(chǎn)生與軸向力相反的壓力，使軸向力得以平衡。 (5)軸封 采用摩擦環(huán)式機械密封結(jié)構(gòu)，采用標準產(chǎn)品裝在主動轉(zhuǎn)子靠聯(lián)軸器的伸出端上，它是由隨軸轉(zhuǎn)動的動環(huán)與裝在軸封蓋上的靜環(huán)以彈力相互摩擦作為徑向密封，聚四氟乙烯及耐油橡膠O形環(huán)作為軸向密封。 軸封的冷卻及潤滑均由高壓油來完成。由于軸封是在較高的壓力下工作，所用摩擦材料應(yīng)具有足夠的剛性和強度，常選用耐壓強度較高的鋼制動環(huán)，和彈性模數(shù)較大、導(dǎo)熱性良好的石墨為靜環(huán)，其密封口經(jīng)研磨及拋光加工，使表面粗糙度達Ra＝0.2／μm以上，O形環(huán)對氨機用丁晴

21、耐油橡膠，氟機用氯醇橡膠。 (6)能量調(diào)節(jié)機構(gòu) 由滑閥、油缸、油活塞、連接件、復(fù)位彈簧、四通換向閥(也可用四通電磁換向閥)、油管路及能量指示器等組成，它起調(diào)節(jié)制冷量的作用。 由鑄鐵制成的滑閥裝在轉(zhuǎn)子與機體的下部銜接處，可以在與氣缸軸線平行方向上，由卸載油缸中的活塞帶動作往復(fù)運動?；y和閥桿是中空的，構(gòu)成向氣缸內(nèi)噴油的輸油管。輸油管與活塞、油缸等相連?；y靠近壓縮腔一側(cè)鉆有噴油孔，以便在壓縮機工作時，向壓縮腔噴入潤滑油?；鄣撞块_有導(dǎo)向槽，該槽與機體上的導(dǎo)向塊配合，使滑閥平穩(wěn)地往復(fù)運動。 壓縮機的徑向排氣口設(shè)在滑閥上，根據(jù)使用工況不同(即內(nèi)壓縮比不同)，分別設(shè)置幾組滑閥，其上所開徑向排

22、氣口與各工況下的容積比相對應(yīng)，用戶可根據(jù)使用工況選用其中一組滑閥裝入機器上即可。 利用滑閥可以實現(xiàn)制冷量的無級調(diào)節(jié)，冷量在10％～100％的范圍內(nèi)，均可以使壓縮機正常運轉(zhuǎn)。 能量調(diào)節(jié)是用改變滑閥位置來實現(xiàn)的，而滑閥的位置是由油活塞的位置決定。油活塞的位置則由四通閥控制，可由自動或手動來完成?；y移動時，裝在滑閥導(dǎo)管內(nèi)的螺旋機構(gòu)將滑閥的移動變?yōu)橹羔樀霓D(zhuǎn)動，指示出滑閥所處位置。故能量指示標牌數(shù)值僅表示滑閥位移百分數(shù)，并不代表能量的百分數(shù)。 四通換向閥或四通電磁換向閥裝在靠近壓縮機的機架上，閥的一側(cè)兩個接頭接進油與排油管，另一側(cè)的兩個接頭接油缸的兩端。 (7)消聲器 噪聲來源于壓縮氣體動力

23、噪聲、旋轉(zhuǎn)噪聲和電動機噪聲等。最常用的消聲方法是采用消聲器。消聲器有擴張室消聲器。(共振腔式消聲器)和吸收式消聲器等。 在螺桿制冷壓縮機組中，采用共振腔式消聲器安裝在組合式多功能油分離器內(nèi)，可以較大幅度降低排氣噪聲。同時，用于降低吸氣噪聲的吸氣消聲器裝在吸氣管道中，也具有較好的消聲效果。 二、轉(zhuǎn)子及端面齒形 螺桿式制冷壓縮機的主要工作零件是一對具有螺旋形齒的陰、陽轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的齒面又稱型面。型面為螺旋形的空間曲面，兩齒嚙合，其型面的接觸線為空間曲線。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，接觸線由吸入端向排出端推移，完成基元容積的吸入、壓縮、排出的工作過程。所以接觸線是基元容積的活動邊界，它把齒間容積分成為兩

24、個不同的壓力區(qū)，起到隔離基元容積的作用。 垂直于轉(zhuǎn)子軸線的端部平面與型面的截交線稱為端面齒形(簡稱齒形)，是一條平面曲線，它作螺旋運動就形成了螺桿齒面。陰、陽轉(zhuǎn)子齒形在端平面上嚙合運動的嚙合點軌跡，叫做齒形的嚙合線，它也是平面曲線。顯然，嚙合線是接觸線在端平面上的投影。 為了保障螺桿式制冷壓縮機的性能，螺桿齒形除應(yīng)滿足一般嚙合運動的要求，保證轉(zhuǎn)子連續(xù)穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)外，還應(yīng)滿足以下幾點基本要求： 1)螺桿齒形在嚙合過程中，要求壓縮、排出和吸入?yún)^(qū)之間的氣密，或稱為橫向氣密性。這可通過確保接觸線連續(xù)來保證。如前所述，在端平面上表現(xiàn)為嚙合線應(yīng)是連續(xù)封閉曲線； 2)螺桿齒形在嚙合過程中，應(yīng)具有基元容

25、積之間的氣密性，或稱為軸向氣密性。這可通過嚙合線的頂點與兩螺桿外圓周交點重合來保證。 3)兩轉(zhuǎn)子應(yīng)具有盡可能短的接觸線長度，以保證最小的總間隙面積。因為在實際壓縮機中，型面往往并不接觸，而保證一定間隙δ方，總間隙面積，即為轉(zhuǎn)子實際接觸線長度與間隙值δ的乘積。 4)螺桿齒形應(yīng)具有較大的面積利用系數(shù)，以提高輸氣量。 此外，從制造、運轉(zhuǎn)角度考慮，螺桿齒面要有足夠的強度和剛度，以及良好的工藝性等。 螺桿式壓縮機按照齒形的型線，可分為對稱圓弧型線和非對稱圓弧型線兩種。前者制造較簡單，后者則排量大、效率高。通常把齒頂中心線兩邊的齒形完全相同的型線，稱為對稱型線；反之，齒頂中心線兩邊的齒

26、形不同的型線稱為非對稱型線。只在轉(zhuǎn)子節(jié)圓的內(nèi)側(cè)或外側(cè)一邊具有型線，稱為單邊型線；節(jié)圓內(nèi)外均具有型線則稱為雙邊型線。 在實際運用中，常采用圓弧、擺線以及橢圓等多段特殊曲段，組成螺桿式壓縮機轉(zhuǎn)子的各種型線。 國產(chǎn)螺桿式制冷壓縮機多采用單邊不對稱擺線—圓弧型線，如圖3—6所示。其中陰轉(zhuǎn)子齒形型線由下列各段組成ab—徑向直線；bc—圓弧，圓心在節(jié)圓上，半徑R;cd—伸長外擺線；d—點；de--直線(修正段)；el—圓弧，圓心在o2上，直徑D2j。 陽轉(zhuǎn)子齒形型線由下列各段形成：fg—正常外擺線，它與直線ab形成共軛；gh—圓弧，圓心在節(jié)圓上，半徑R,它與圓弧bc形成共軛；h—點，它與外擺線cd形

27、成共軛；hi—縮短外擺線，它與點d形成共軛;ij—正常外擺線，它與直線de形成共軛；jk—圓弧，圓心在o1上，直徑D1j，它與圓弧el形成共軛。 三、 輸氣量調(diào)節(jié)裝置 螺桿制冷壓縮機常用滑閥調(diào)節(jié)能量，即在兩個轉(zhuǎn)子高壓側(cè)，裝上一個能夠軸向移動的滑閥，來調(diào)節(jié)能量和卸荷啟動。 滑閥調(diào)節(jié)能量的原理，是利用滑閥在螺桿的軸向移動，以改變螺桿的有效軸向工作長度，使能量在100％和l0％之間連續(xù)無級調(diào)節(jié)。 能量調(diào)節(jié)主要與轉(zhuǎn)子有效的工作長度有關(guān)。圖3—7為滑閥的移動與能量調(diào)節(jié)的原理圖。圖(a)示出全負荷時滑閥的位置。當(dāng)滑閥尚未移動時，滑閥的后緣與機體上滑閥滑動缺口的底邊緊貼，滑閥的前緣則與滑

28、動缺口的剩余面積組成徑向排氣口。此時，基元容積中，充氣最大。由吸入端吸入的氣體經(jīng)轉(zhuǎn)子壓縮后，從排氣口全部排出，其能量為100％，如圖3—7(b)實線所示。當(dāng)高壓油推動油活塞和滑閥向排出端方向移動時，滑閥后緣隨之被推離固定的滑動缺口的底邊，形成一個通向徑向吸氣孔口的、可為壓縮過程中氣體的泄逸孔道，如圖3—7(c)所示，減少了螺桿的工作長度，即減少了吸入氣體的基元容積，如圖(b)中虛線所示，排出氣體減少，而吸進的氣體，未進行壓縮(此時接觸線尚未封閉)就通過旁通口進入壓縮機的吸氣側(cè)，因此減少了吸氣量和制冷劑的流量，起到了能量調(diào)節(jié)的作用。泄逸通道的大小取決于所需要的排氣量大小。滑閥前緣與滑動缺口形成的

29、排氣口面積(即徑向孔口)同時縮小，達到改變排氣量的目的。此時，調(diào)節(jié)指示器指針指出相應(yīng)的改變排量的百分比。 當(dāng)滑閥繼續(xù)向排出端移動時，制冷量隨排量的減少而連續(xù)地降低。因而能量便可進行無級調(diào)節(jié)。當(dāng)泄逸孔道接近排氣孔口時，螺桿工作長度接近于零，便能起到卸載啟動的目的。 能量調(diào)節(jié)分手動和自動，但控制的基本原理都是采用油驅(qū)動調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)基本上由三部分構(gòu)成：供油、控制和執(zhí)行機構(gòu)。供油機構(gòu)有油泵及壓力調(diào)節(jié)閥；控制機構(gòu)有四通電磁閥或油分配閥；執(zhí)行機構(gòu)有滑閥、油活塞及油缸等。 (1)手動能量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng) 它是常用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其工作原理如圖3—8所示。當(dāng)螺桿壓縮機需要卸載時，轉(zhuǎn)動油分配閥，使1，4接

30、通，供油系統(tǒng)通過油泵D，將高壓油經(jīng)1～4管路向油缸左側(cè)供油，高壓油推動油活塞A向右側(cè)移動，此時油活塞右側(cè)的油被活塞擠壓，經(jīng)3～2孔道流入低壓側(cè)，進入壓縮機，然后返回油箱E。油活塞A帶動滑閥，離開機體上滑動缺口的底部，實現(xiàn)了減荷控 制。反之，若轉(zhuǎn)動油分配閥，接通1～3和2～4，則高壓油進入油活塞A的右側(cè)，推動活塞左移，促成滑閥的反向動作，即實現(xiàn)增荷控制。 手動操作的缺點是：需要操作人員嚴密控制，工人勞動強度增大，而且能量增減難以保證及時、準確。 (2)四通電磁閥控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)是采用四通電磁閥取代用人工操作的手動油分配閥，便于實現(xiàn)能量調(diào)節(jié)的半自動或自動控制，其控制系統(tǒng)見圖3—9所示。

31、 減荷時，電磁閥D和C開啟，由油泵3來的高壓油，經(jīng)電磁閥C被送到油活塞1左側(cè)，推動活塞向右移動，帶動滑閥向排氣端移動，達到減少負荷的目的。同時，油活塞右移，油缸內(nèi)的油經(jīng)電磁閥D被排回油箱。 增荷時，電磁閥B和A開啟，油活塞1右側(cè)獲得高壓油，活塞左移，得到增荷調(diào)節(jié)。需要滑閥停留在某一定位置時，只要在此位置不接通電磁閥或油分配閥即可。油缸兩邊的油既不能流進，也不能流出，滑閥此時不會，左右移動而處在一定位置上，即相應(yīng)某一固定的能量。 第四節(jié) 螺桿式制冷壓縮機的性能 一、 輸氣系數(shù) 輸氣系數(shù)也稱容積效率，是換算到吸入狀態(tài)時的實際排氣量與理論排氣量之比。輸氣系數(shù)表示壓縮

32、機轉(zhuǎn)子齒間容積利用的程度，是衡量機器設(shè)計制造優(yōu)劣的重要指標。 對于螺桿式制冷壓縮機，工況不同時，輸氣系數(shù)不同，大致為0.7～0.92，小輸氣量高壓比時取下限，大輸氣量低壓比時取上限。 由于螺桿壓縮機無進、排氣閥和余隙容積，新齒形的應(yīng)用和噴油使密封和冷卻效果大大改善，故其輸氣系數(shù)比活塞式及其它類型的回轉(zhuǎn)式壓縮機都高，而且變化平坦。 影響輸氣系數(shù)的因素主要有： 1)泄漏 氣體通過間隙泄漏，有外泄漏與內(nèi)泄漏之分。外泄漏為高壓氣體向吸氣管道或正在吸氣的齒腔的泄漏；內(nèi)泄漏為與吸氣管隔離的基元容積間的泄漏。外泄漏才對容積效率有影響，而內(nèi)泄漏只增加功耗。 2)吸入損失 氣體經(jīng)吸入管道和孔口產(chǎn)生

33、的動力損失，使吸入壓力降低，減少了吸入氣體的密度，相應(yīng)地減少了壓縮，機吸入的氣體量。 3)加熱損失 轉(zhuǎn)子和機體受到被壓縮后高溫氣體的加熱，具有比吸入氣體高得多的溫度。在吸氣過程中，低溫氣體受到吸氣管、轉(zhuǎn)子、機體以及噴入油的加熱而膨脹，相應(yīng)減少了壓縮機吸入的氣體量。 4)封閉容積以及氣體隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)受到的離心力，也會影響氣體吸入量。 影響容積效率的諸因素中，最主要的是泄漏。而泄漏的大小又與工況、噴油狀態(tài)、圓周速度、齒形、間隙大小以及制造精度等有關(guān)。 二、內(nèi)壓縮與功率 (1)內(nèi)壓縮與附加損失 螺桿壓縮機是無氣閥的容積型回轉(zhuǎn)式壓縮機，吸排氣孔口的啟閉完全為幾何結(jié)構(gòu)所定，以

34、控制吸氣、壓縮、排氣和所需要的內(nèi)壓縮壓力。當(dāng)齒間容積與吸氣孔口聯(lián)通時，容積擴大而吸氣；當(dāng)與吸氣孔口隔絕后，容積縮小，壓力升高；而與排氣孔口連通后，容積繼續(xù)縮小而排氣。故對于任一臺螺桿壓縮機，由于其結(jié)構(gòu)已定，就具有固定的內(nèi)容積比，這與活塞式壓縮機是有很大區(qū)別的。 氣體的壓縮是在基元容積與吸、排氣孔口隔絕的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)進行的，其間的壓力稱為內(nèi)壓縮壓力。將基元容積與排氣孔口連通瞬間的氣體壓力，稱為內(nèi)壓縮終了壓力，并將此值與吸氣壓力的比值，稱為內(nèi)壓力比。稱排氣接管內(nèi)的氣體壓力為外壓力，外壓力與吸氣壓力之比值稱為外壓力比。圖3—10示出了齒間容積和壓力隨轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。 螺桿式制冷壓縮機的內(nèi)壓力比，與

35、外壓力比可以相等，也可能不相等，這完全取決于壓縮機的運行工況與設(shè)計工況是否相符合。螺桿壓縮機的內(nèi)壓力比取決于孔口的位置，即取決于壓縮機的固定容積比，而外壓力比取決于運行。一般力求內(nèi)壓力比與外壓力比相等或接近，以求高效率。因此，在吸氣壓力不變的情況下，螺桿式壓縮機的示功圖就可能有三種情況，如圖3—11所示。第Ⅰ種情況：當(dāng)外壓力大于內(nèi)壓縮終了壓力時，基元容積中的氣體壓力Pi小于外壓力Pd，當(dāng)兩者連通的瞬時，排氣孔口中的氣體將迅速倒流入基元容積中，使其中的壓力Pi突然上升至Pd，然后，隨著基元容積的不斷縮小，排出氣體。此時要造成附加損失，如圖中面積CGE所示。 第Ⅲ種情況：當(dāng)外壓力小于內(nèi)壓縮終

36、了壓力時，連通的瞬間，在壓力差(Pi—Pd)的作用下，部分氣體迅速地流至排氣孔口中，使基元容積中的氣體壓力突降至Pd，然后由于基元容積的繼續(xù)縮小，才將其余氣體排出。但Pi>Pd時也要產(chǎn)生附加損失，如圖中面積CGE。 第Ⅱ種情況：Pi＝Pd時，此時不存在附加損失。 由此可見，內(nèi)、外壓力比不相等時，總是造成附加能量損失。 內(nèi)容積比為吸入基元容積的氣體體積與壓縮終了氣體容積之比。因此，對于確定的螺桿壓縮機，結(jié)構(gòu)已定，則內(nèi)容積比固定。內(nèi)容積比ε確定后，內(nèi)壓力比也就確定了，因兩者關(guān)系是： τi＝εm (3—1) 式中 m——多方

37、壓縮指數(shù)。 為了減少附加能量損失，應(yīng)盡可能使內(nèi)、外壓力比相等，但工況是千變?nèi)f化的，因此在螺桿制冷機系列產(chǎn)品中推薦了內(nèi)容積比s為5，3.6，2.6的三種滑閥，以便用戶根據(jù)工況來選用適當(dāng)?shù)膬?nèi)容積比滑閥。 (2)絕熱效率與指示效率 螺桿式壓縮機的經(jīng)濟性常用絕熱效率來表示。表征機器中機械功轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鰵怏w的壓力能的完善程度，其定義是： (3—2) 式中 —理論絕熱壓縮所需的功率(kW)； —壓縮機的軸功率，即實際消耗功率(kW)。 而 (3—3)

38、 其中 G—壓縮機實際制冷劑質(zhì)量流量(kg／h)； hdk—在規(guī)定吸氣狀態(tài)下，等熵壓縮到排氣壓力時的焓值(kJ／kg)； hso—在壓縮機規(guī)定吸入狀態(tài)(吸氣溫度、吸氣壓力)下，制冷劑蒸氣的焓值(kJ／kg)。 通常＝0.72～0.85。影響的因素有： 1)排出壓力 只有在某一排出壓力下；沒有附加功損失，才能獲得最佳的絕熱效率。 2)轉(zhuǎn)速 動力損失與轉(zhuǎn)速平方成正比，而泄漏損失隨轉(zhuǎn)速的增加而減少，因此在某一特定轉(zhuǎn)速下仙達到最大值。 3) 還與工質(zhì)、制造質(zhì)量等有關(guān)。 也可用壓縮機指示效率來評價壓縮機內(nèi)部工作過程的完善程度，

39、 (3—4) 式中 Pi—壓縮機的指示功率，它等于軸功率減去機械摩擦功率。 影響的主要因素是： 1)動力損失 氣體流動所產(chǎn)生的動力損失與螺桿轉(zhuǎn)子外圓周線速度平方成正比。所以，隨著圓周速度的提高，動力損失顯著增加，ηi下降。 2)泄漏損失 轉(zhuǎn)速提高、泄漏面積減小(接觸線長度減小或間隙尺寸減少)，均會使相對泄漏量減少，ηi提高。 3)內(nèi)、外壓力比不等時的附加損失 壓縮機排出壓力Pd與內(nèi)壓縮終了壓力Pi不等時，產(chǎn)生附加損失，使ηi降低。 壓縮機指示效率ηi與絕熱效率之間關(guān)系為

40、 (3—5) 式中 ηm——螺桿式壓縮機的機械效率，通常為0.95—0.98。 第五節(jié) 滾動轉(zhuǎn)子式制冷壓縮機 一、工作原理及特點 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機又稱滾動活塞壓縮機，或固定滑片壓縮機，是回轉(zhuǎn)式壓縮機的一種。它是利用一個偏心圓筒形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動來改變工作容積，以實現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排出，因而也屬于容積式壓縮機。圖3—12為它的簡圖。在圓筒形氣缸1內(nèi)，偏心配置一個轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子是在偏心輪7上套裝一個可以轉(zhuǎn)動的套筒2而組成。轉(zhuǎn)子圍繞旋轉(zhuǎn)中心O(與氣缸中心重合)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的套筒2在氣缸1的內(nèi)表面上滾動，兩者具有一條接觸直線(實際上往往留有很小間隙)，這就是兩圓柱面的切線。由此，氣缸內(nèi)

41、表面與轉(zhuǎn)子外表面之間構(gòu)成一個月牙形空間，它的兩端被氣缸蓋封閉，這就是氣缸的工作腔，其位置隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角而變化。在氣缸的吸氣孔與排氣孔之間開有一個徑向槽，槽中裝有一個滑片4，滑片頂部裝有彈簧5。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，滑片作徑向往復(fù)運動，而其下端始終緊貼在轉(zhuǎn)子表面上?；瑢⒃卵佬慰臻g分成兩個部分，一部分與吸氣孔口6相通，稱為吸氣腔；另一部分通過排氣閥3與排氣腔相通，稱為排氣腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，吸、排氣腔的容積都在不斷變化，吸氣腔不斷增大，排氣腔不斷縮小，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到最高點時，吸氣腔達最大值，而排氣腔縮小為零。 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的工作容積中，基元容積由氣缸內(nèi)圓、轉(zhuǎn)子外圓、滑片以及轉(zhuǎn)子與氣缸切線(點)構(gòu)成。基元面

42、積的位置與大小隨切點位置而變，而切點又隨轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運動。所以基元面積的大小是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角φ的函數(shù)。 圖3—13是滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機工作過程示意圖。圖3—14是相應(yīng)的基元容積及氣體壓力隨轉(zhuǎn)角的變化曲線。令切點T(或氣缸與轉(zhuǎn)子連心線OO1)在滑片位置為轉(zhuǎn)角始點。隨切點T順著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，在的范圍內(nèi)，基元面積擴大而不與任何孔口相通，則與該面積相應(yīng)的容積稱吸氣封閉容積。此容積內(nèi)氣體的膨脹有可能達到比吸氣更低的壓力，壓力變化曲線為1～2。一旦切點到達吸氣孔口A點，基元面積與吸氣孔口相通，其壓力恢復(fù)到吸氣壓力Ps，壓力變化曲線為2—3；在的范圍內(nèi)，基元面積不斷擴大，不斷從吸氣孔口吸氣，因此是吸氣過程。若不計

43、壓力損失，基元面積內(nèi)氣體壓力與吸氣壓力相同，其壓力變化曲線為直線3～4。在時(切點T到達滑片位置)，基元面積達最大值。 自轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過第二轉(zhuǎn)(φ=2π)，在φ=2π~2π+β時，因仍與吸氣孔口相通，最大基元面積內(nèi)氣體因面積縮小，又部分地倒流回吸氣腔，氣體壓力仍為A(直線4～5)，且在切點T越過吸氣孔口前邊緣點B（φ=2π+β）以后，基元面積與吸氣孔口脫開，其內(nèi)氣體因面積的縮小而受到壓縮，因此是壓縮過程。 轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，基元容積內(nèi)氣體壓力升高，當(dāng)切點T達到φ=2π+θ時，其壓力已稍高于排氣孔口氣體壓力，當(dāng)其壓差足以克服排氣閥阻力時，排氣閥開始打開，壓縮過程結(jié)束，壓力增長曲線5～6。轉(zhuǎn)角φ=2

44、π+θ~4π~γ為排氣過程，縮小的基元面積在開啟的排氣閥狀態(tài)下，將壓縮氣體排出排氣腔，若不計壓力損失，這過程的氣體壓力恒為排氣壓力Pd(直線6~7)。一旦切點T達到排氣孔口后邊緣C(φ=4π-γ)時，排氣過程結(jié)束，此時相應(yīng)的容積為余隙容積。該基元面積(處于排氣壓力)與其后的基元面積(處于吸氣壓力)經(jīng)排氣孔口相互聯(lián)通，該基元容積內(nèi)的壓縮氣體壓力迅速降低，使排氣閥關(guān)閉，排氣過程結(jié)束。當(dāng)余隙容積與低壓基元容積連通時，余隙容積內(nèi)高壓氣體(排氣壓力Pd)膨脹至吸氣壓力Ps，使吸入的氣體減少，且此高壓氣體膨脹但不對轉(zhuǎn)子作功，因而滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的余隙容積既影響排氣量，又不能回收膨脹功，這是與其它壓縮機所不

45、同的，余隙容積膨脹的轉(zhuǎn)角范圍是φ=4π-γ~4π-δ，壓力變化曲線為7—8。 當(dāng)切點T達到排氣孔口前邊緣D時(φ=4π-δ)，形成排氣封閉容積。在φ=4π-δ~4π的轉(zhuǎn)角范圍，排氣封閉容積內(nèi)殘存的氣體再度受到壓縮，理論上其壓力要達到無窮大，既要消耗功，又要損傷機件，實際上壓力上升到一有限值，壓力變化曲線為8—10。 從以上分析可以看出，滾動轉(zhuǎn)子壓縮機轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)兩周(φ=4π)，完成一個完整的工作循環(huán)，即一定量氣體的吸氣、壓縮、排氣是在曲軸的兩轉(zhuǎn)中完成的，但由于切點T或滑片的兩側(cè)，吸氣和壓縮、排氣是同時進行的，因而實際上仍是每轉(zhuǎn)一周完成吸氣、壓縮、排氣循環(huán)一次。特征角α、β、γ、δ對壓縮機的性

46、能有影響，α和δ角分別決定吸、排氣封閉容積的大??；β角直接影響排氣量，它的存在使達最大基元面積(φ=2π)后，基元面積在與吸氣孔口相連通的情況下再次縮小(φ=2π~2π+β)，產(chǎn)生吸氣倒流；γ角表示余隙容積的大小，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計可能的前提下，α、β、γ、δ都應(yīng)盡可能小。 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的特點是：1)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，同活塞式壓縮機比較，體積可減小40％～50％，重量也可減輕40％～50％；2)零部件少，特別是易損件少，同時相對運動部件之間的摩擦損失少，因而可靠性較高；3)僅滑片有較小的往復(fù)慣性力，旋轉(zhuǎn)慣性力可完全平衡，因此振動小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；4)沒有吸氣閥，吸氣時間長，余隙容積小，

47、并且直接吸氣，減小了吸氣有害過熱，所以其效率高。但其加工及裝配精度要求高。 近年來，在電冰箱中使用小型滾動轉(zhuǎn)子壓縮機的越來越多，而在空調(diào)器中有完全取代活塞式壓縮機的趨勢。 二、結(jié)構(gòu) 目前生產(chǎn)的滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機主要有兩種形式：1)大型開啟式壓縮機，多用氨為工質(zhì)，只有瑞士埃希爾韋斯公司生產(chǎn)；2)小型全封閉式壓縮機，一般標準制冷量多為3kW以下，廣泛應(yīng)用于小型冷凍、冷藏與空調(diào)裝置中。 小型滾動轉(zhuǎn)子壓縮機分為臥式和立式兩種。目前冰箱和冷柜中使用的是臥式，空調(diào)器中大都采用立式。如圖3—15所示，吸氣由機殼下部的接管直接進入氣缸，吸氣管上裝有液體收集器，潤滑油經(jīng)下部彎管小孔被吸入氣缸。高壓氣體

48、直接排入機殼中。外殼還裝有過載繼電器，它的感應(yīng)元件置于殼體內(nèi)，內(nèi)部無減振機構(gòu)，而潤滑系統(tǒng)靠離心和壓差供油。 目前，國內(nèi)上海冰箱壓縮機廠已從日本三菱公司引進技術(shù)，生產(chǎn)冰箱用滾動轉(zhuǎn)子壓縮機；西安慶安宇航設(shè)備公司從日本大金公司引進技術(shù)，生產(chǎn)空調(diào)用滾動轉(zhuǎn)子壓縮機。 三、 輸氣量及軸功率的計算 (1)輸氣量的計算 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的輸氣量也可按活塞式壓縮機那樣表示為 m3／s (3—6) 式中 qvt——壓縮機理論輸氣量，m3／s； qVr——壓縮機實際輸氣量，m3／s； λ——輸氣系數(shù)。 而理論輸氣量可用下式求得

49、： (3—7) 式中 R——氣缸內(nèi)半徑，m； 　L ——氣缸軸向長度，m； 　n——轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，r／min； ε——相對偏心距ε＝e／R，而e是偏心距，m。 只要壓縮機的主要參數(shù)，R，e，L，n確定下來，qvt便可求出。故qvr的計算主要是λ的計算。 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機因余隙容積很小，而且吸氣過程阻力很小(因吸氣速度小，又無吸氣閥)，因而輸氣系數(shù)比同容量的活塞式壓縮機高20％左右，試驗也證明了這一點。 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的輸氣系數(shù)可以表示為如下的乘積： (3—8) 其中分別稱

50、為容積系數(shù)、壓力損失系數(shù)、加熱系數(shù)及泄漏系數(shù)。現(xiàn)分別討論如下： 1)容積系數(shù)λv同活塞式壓縮機一樣，也可按下式計算： (3—9) 式中 c——相對余隙容積； pk，po——分別為冷凝壓力和蒸發(fā)壓力，MPa； k——工質(zhì)絕熱指數(shù)。 2)壓力損失系數(shù)λp 壓力損失系數(shù)可表示為 (3—10) 它主要取決于吸氣壓力相對損失△po／po，而滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機由于沒有吸氣閥故這一值很小，大約只有0.005左右，因此可以認為λp＝1。 3)加熱系數(shù)λt 全封閉滾動轉(zhuǎn)子

51、式壓縮機盡管是吸氣管直接接至氣缸而直接吸氣，但由于機體全部浸在殼體中的高壓、高溫氣體中，因此吸入氣體流經(jīng)通道及氣缸仍被加熱，加熱系數(shù)很小。對于小型全封閉滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機用試驗方法得出如下經(jīng)驗公式： λt＝ATk－B(Tl－To) (3—11) 其中TK，To及Tl是冷凝溫度、蒸發(fā)溫度及壓縮機前吸氣溫度(K)，A，B為常數(shù)。 通常，當(dāng)壓力比τ＝2～8時，λt≈0.95～0.82 4)泄漏系數(shù)λl 泄漏系數(shù)在滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機中具有重要的影響。這是由于其壓縮腔間隙的長度較長，因此滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的泄漏系數(shù)比活塞式小得多，而且隨間隙大

52、小和潤滑油量而變。當(dāng)精心設(shè)計選用較小間隙值時，凡約在0.98～0.92之間，而當(dāng)選用中等間隙時，隨著to從5℃降至－25℃，或者TK從30℃升至50℃，λl約減小3％～6％。在設(shè)計時對于標準工況可近似取λl＝λv?；蛘弋?dāng)轉(zhuǎn)速n＝50r／s時，λl＝0.82—0.92。 利用上述討論和給出的計算公式，即可計算小型全封閉滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的輸氣系數(shù)，但影響λ的因素較多，計算結(jié)果會有些出入，特別是對空調(diào)器所用滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機，按以上式計算的輸氣系數(shù)偏小很多，這種壓縮機的輸氣系數(shù)有些已高達0.9以上，所以有關(guān)滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機輸氣系數(shù)的計算方法，還只能在實際試驗研究中不斷完善。 (2)壓縮機效率與電

53、動機功率 實際壓縮機由于能量損失功耗增加，常用壓縮機的效率來鑒別壓縮機的好壞。 小型全封閉滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機能量損失主要是電動機的電氣損失，熱力、氣動損失及機械損失?？偟哪芰繐p失可用電效率ηel表示，即理論壓縮機所需功率PT與實際壓縮機所需功率pel之比， ηel＝PT／Pel (3—12) 像輸氣系數(shù)一樣電效率也可表示為幾個效率的乘積： ηel =ηiηtηlηmηm0 (3—13) 1)指示效率ηi 表示在壓縮氣體時氣動損失及壓縮

54、過程熱交換損失的相對大小?？山朴孟率接嬎悖? (3—14) 式中 v1——吸入點氣體比容，m3／kg； ε——壓力比； △psm,△pdm——吸、排氣閥平均壓力降，Pa； h1，h2——壓縮開始及終了時的比焓，kJ／kg； k——工質(zhì)的絕熱指數(shù)。 2)加熱效率ηt 是表示吸氣過程的加熱損失。當(dāng)吸入蒸氣被加熱時，被壓縮氣量減少，而指示功率不變，即單位壓縮功隨氣體的絕對溫度的增加而增加。計算時可近似?。? ηt =λt

55、 (3—15) 3)泄漏效率ηl 表示氣缸漏氣引起的能量損失。泄漏效率接近于泄漏系數(shù)，即 ηl＝λl (3—16) 4)機械效率ηm 機械摩擦損失主要取決于油和氟利昂混合物的粘性，即與混合物的溫度、濃度有關(guān)。此量難以定量計算。對于中溫全封閉滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機ηm＝0.7~0.85；而冰箱壓縮機ηm=0.4~0.7。高轉(zhuǎn)速小制冷量壓縮機ηm取小值，反之則取大值。 5)電動機效率ηmo 電動機的電氣損失主要為轉(zhuǎn)子鐵損和定子繞組銅損，而這些損失既與原始設(shè)計參數(shù)有關(guān)，又與電機運行工況、冷卻介質(zhì)、安裝結(jié)構(gòu)有關(guān)。

56、通常ηmo可在下列范圍誰?。? 小冰箱 ηmo≤0.65 商用制冷機ηmo≤0.8 6)電效率ηel 全封閉滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的電效率是比較低的，通常ηel≈0.4~0.55。確定了電效率即可計算壓縮機所需的功率。但選配內(nèi)置電動機時不應(yīng)按實際所需功率的大小來選配，而應(yīng)考慮到內(nèi)置電動機有一定的過載能力這個特點，故所選配電動機的名義功率比實際所需的功率應(yīng)小一些。 第六節(jié) 渦旋式制冷壓縮機 一、工作原理 渦旋式壓縮機是回轉(zhuǎn)式壓縮機的一種。它發(fā)明于1905年，但直到80年代初才在日本首次應(yīng)用到制冷及空調(diào)領(lǐng)域中。因此，目前還是一種較為新型的制冷壓

57、縮機。 渦旋壓縮機主要由兩個渦旋盤相錯180o對置而成，其中一個是固定渦旋盤，而另一個是旋轉(zhuǎn)渦旋盤，它們在幾條直線(在橫截面上則是幾個點)上接觸并形成一系列月牙形容積。 旋轉(zhuǎn)渦旋盤由一個偏心距很小的曲柄軸驅(qū)動，繞固定渦旋盤平動，兩者間的接觸線在運轉(zhuǎn)中沿渦旋曲面移動。它們之間的相對位置，借安裝在旋轉(zhuǎn)渦旋盤與固定部件間的十字滑環(huán)來保證。 渦旋壓縮機的工作過程如圖3—16所示。吸氣口設(shè)在固定渦旋盤的外側(cè)面，由于曲柄的轉(zhuǎn)動(順時針)，氣體由邊緣吸入，并被封閉在月牙形容積內(nèi)，隨著接觸線沿渦旋面向中心推進，月牙形容積逐漸縮小而壓縮氣體。而高壓氣體則通過固定渦旋盤上的軸向中心孔排出。圖3—16(a

58、)表示正好吸入完了的位置，圖3—16(b)示出了渦旋外圍為吸入過程，中間為壓縮過程，中心處為排氣過程，圖3—16(c，d)示出了連續(xù)而同時進行著吸入和壓縮過程。在曲柄軸的每一轉(zhuǎn)中，都形成一個新的吸氣容積，所以上述過程不斷重復(fù)，依次完成。 二、結(jié)構(gòu) 目前僅有小型全封閉及開啟式兩種機型。都以氟利昂為工質(zhì)，主要應(yīng)用在汽車空調(diào)及2.2～4.4kW的家用熱泵型空調(diào)器中。 圖3—17示出了3.75kW全封閉渦旋式壓縮機剖面圖。壓縮機主要由固定渦旋盤、旋轉(zhuǎn)渦旋盤、十字滑環(huán)、曲軸、支架、機殼等組成。固定渦旋盤5和電動機定子安裝在機殼內(nèi)壁上。十字滑環(huán)18是上、下兩面設(shè)置互相垂直的兩對凸鍵的圓環(huán)，上面凸鍵裝

59、在旋轉(zhuǎn)渦旋盤7背面的鍵槽內(nèi)，下面的凸鍵裝在支架10的鍵槽內(nèi)。十字滑環(huán)的作用是防止旋轉(zhuǎn)渦旋盤傾斜和自轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)渦旋盤7下設(shè)有一個背壓腔8，背壓腔由旋轉(zhuǎn)渦旋7底盤上的小孔引入中壓氣流自動充氣，使氣腔壓力支撐著旋轉(zhuǎn)渦旋盤，同時在旋轉(zhuǎn)渦旋盤頂部裝有可調(diào)軸向密封，使得旋轉(zhuǎn)渦旋盤可以軸向移動這樣便可補償運行中的逐漸磨損，并且也能防止液擊或壓縮腔中潤滑油過多時引起的過載。 在曲柄銷軸承處和曲軸通過支架的地方，裝有轉(zhuǎn)動密封，以保持背壓腔與機殼之間的氣密性。軸承的潤滑油是利用排氣壓力和中間壓力的壓差，由密封殼體的底部經(jīng)曲軸上加工的油道來供給的，并最終由背壓腔流向壓縮腔以潤滑渦旋面，然后同壓縮氣體一起排出，在機

60、殼中將油分離，然后流至底部。再者，在固定渦旋盤外有油流，由這里給渦旋盤摩擦部位供油。渦旋壓縮機停止運轉(zhuǎn)后會逆轉(zhuǎn)，為此在固定渦旋盤上的吸氣管內(nèi)裝有止逆閥。 吸入氣體從腔上部被直接導(dǎo)入渦旋板的四周，封在月牙形容積中，然后被壓縮，并由固定渦旋盤的中心排入機殼內(nèi)，最后由排氣管19出。 三、 特點 從結(jié)構(gòu)及工作原理看，小型渦旋式壓縮機具有如下的特點： 1)效率高 渦旋壓縮機吸氣、壓縮、排氣連續(xù)單向進行，直接吸氣，因而吸入氣體有害過熱??；沒有余隙容積中氣體的膨脹過程，因而輸氣系數(shù)高。同時，兩相鄰壓縮腔中的壓差小，氣體泄漏少。另外，旋轉(zhuǎn)渦旋盤上所有接觸線轉(zhuǎn)動半徑小，摩擦速度低，損失

61、小，加之吸、排氣閥流動損失小，因而效率高。 2)力矩變化小、振動小、噪聲低 渦旋壓縮機壓縮過程較慢，并可同時進行兩三個壓縮過程，機器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，而且曲軸轉(zhuǎn)動力矩變化??；其次，氣體基本連續(xù)流動，吸、排氣壓力脈動小。 3)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，運動零部件少；沒有吸、排氣閥，易損件少，可靠性好 渦旋式壓縮機同活塞式壓縮機相比，體積小40％，重量減輕15％，效率高10％，噪聲低5dB(A)。 但其制造需高精度的加工設(shè)備及精確的調(diào)心裝配技術(shù)，這就限制了它的制造及應(yīng)用。 四、輸氣量和軸功率 ①輸氣量 渦旋式壓縮機的實際輸氣量為 (3—27)

62、 式中 Vs——實際輸氣量，m3／min; λ——輸氣系數(shù)，且λ=λpλTλl； n——轉(zhuǎn)速，r／min。 渦旋式壓縮機的余隙對輸氣量無影響。相對于往復(fù)式壓縮機而言，渦旋式壓縮機無吸氣閥，吸氣壓力損失小，故有較高的壓力系數(shù)λp。此外，中心室與吸氣室通過中間壓縮室隔開，余隙中的高溫氣體不會回流到吸氣室加熱吸入氣體，加之轉(zhuǎn)速高，因此溫度系數(shù)λT較高。泄漏量受軸向和徑向間隙大小的影響，尤其是軸向間隙的影響較大，在輸氣系數(shù)中，泄漏 系數(shù)相對較小。一般講渦旋式壓縮機的輸氣系數(shù)較高。 ②軸功率 如不計壓縮過程熱交換、吸排氣過程壓力損失，并認為壓縮機的內(nèi)

63、、外壓力比相等，則指示功ωi可表示成： (3—28) 式中 k——氣體絕熱指數(shù)； n——多變過程指數(shù)； ps——吸氣壓力，kPa。 當(dāng)內(nèi)、外壓力比不等時，需考慮由此產(chǎn)生的附加功。當(dāng)內(nèi)壓比τi大于外壓比τo，即過壓縮時的附加功；當(dāng)內(nèi)壓比小于外壓比，即壓縮不足時的附加功。計及附加功(等容積膨脹功或等容積壓縮功)，式(3—28)改寫成： (3—29) 式中：pd——排氣壓力，kPa 于是可獲得指示功率Pi Pi＝ωiVs／60，kW

64、 (3—30) 式中 Vs——輸氣量，m3／min。 軸功率Pe Pe＝ωiVs／(60ηm)，kW (3—31) 式中 ηm——機械效率。 五、影響渦旋式壓縮機性能的主要因素 （一） （一） 電機輸入功率 造成全封閉式渦旋壓縮機電機輸入功率偏大的原因,在壓縮機實際工作過程中是非常復(fù)雜的,但主要有:電機損耗過大,包括銅損、鐵損,這與電機材料和加工工藝有關(guān)(本文不作詳細分析);壓縮機工作過程引起的功率消耗。從以上分析可知,影響渦旋壓縮機性能的主要因素有: 1、機械摩擦 當(dāng)壓縮機工作時

65、,動、定盤之間,防自轉(zhuǎn)滑環(huán)與配合鍵槽之間,曲軸與各被驅(qū)動面(軸承)之間接觸并發(fā)生相對滑動等,不可避免的產(chǎn)生摩擦損失。 ①動盤與定盤之間的摩擦損失 動、定盤間的摩擦損失,即是壓縮機工作腔內(nèi)的摩擦損失,若動定盤的渦旋線、齒頂、底面,或鏡板面因加工精度、平面度、位置度等沒有達到要求,則會在這些地方產(chǎn)生異常摩擦;或者壓縮機整機含塵量較高,又或者固體塵埃(如焊渣、加工余屑等)顆粒直徑過大也會造成壓縮機工作腔內(nèi)異常摩擦,嚴重時甚至影響壓縮機正常工作。 ②防自轉(zhuǎn)滑環(huán)與各配合鍵槽之間的摩擦損失 防自轉(zhuǎn)滑環(huán)主要用于防止動盤的自轉(zhuǎn)運動,在壓縮機工作過程中,防自轉(zhuǎn)滑環(huán)在機架和動盤上分別沿垂直方向上與鍵槽滑

66、動配合,在滑動過程中產(chǎn)生滑動摩擦損失。若十字鍵或鍵槽的垂直度、平行度、光潔度、平面度超差較大時,則會增大摩擦,加大功耗。另外,因為對立式渦旋壓縮機防自轉(zhuǎn)滑環(huán)是直接與機架上的支撐面接觸的,在運動過程中,也不可避免產(chǎn)生摩擦損失。 ③曲軸與各驅(qū)動面間的摩擦損失 電動機驅(qū)動力是通過曲軸轉(zhuǎn)動,從而帶動動盤旋轉(zhuǎn)來完成吸氣、壓縮、排氣的過程。由于曲軸中心線與滑動軸承的中心線重合是非常困難的,而且由于加工誤差和裝配誤差的影響,軸和軸承常常是偏心的,由此而產(chǎn)生的摩擦損失也是必然的,另外止推軸承與主軸承內(nèi)圈之間也存在摩擦損失。 ④潤滑油的影響 以上各摩擦面、嚙合面都必須有足夠的潤滑,才能保證壓縮機安全、可靠、高效的工作。在制冷壓縮機中,不論是強制冷卻或是自然風(fēng)冷,潤滑油總是在降溫后由上油孔或上油管進入各摩擦面,吸收十字環(huán)、工作腔、軸承等處的熱,隨高壓氣體經(jīng)排氣口排出,從而保證壓縮機正常工作。但是如果潤滑油量過多時,則會隨排氣進入系統(tǒng)且滯留在冷凝器、蒸發(fā)器等存油彎,影響兩器換熱,嚴重時會影響壓縮