螺杆式压缩机

压缩机第三节螺杆式压缩机螺杆式压缩机是回转式压缩机的一种。回转式压缩机的结构特点是具有不同形式的转子(即回转活塞)。一台机器可以由单个转子、双转子或多转子组成。回转式压缩机与往复式压缩机相比，优点是：结构简单、重量轻、体积小、零部件(特别是易损件)少、绝大多数机器没有控制液体或气体进出工作腔的阀门，且平衡性好、振动小、运行平稳可靠、转速高、流体压力脉动小、易于实现自动化等。缺点是：密封比较困难，热效率较低，由于密封与强度的关系，一般压力也较低；应用进、排气孔口的压缩机因机内压缩比固定，故当背压改变时要增加附加功耗；转子表面大多是复杂的曲面，加工及检验均较困难，有的还需要使用专用设备。石油矿场上应用较广泛的回转式压缩机是螺杆式压缩机。压缩机一、螺杆式压缩机的结构和工作原理1．结构如图所示。阴螺杆、阳螺杆在“∞”字形气缸中平行地配置，并按一定传动比反向旋转而又相互啮合。通常，凸齿的螺杆称为阳螺杆；凹齿的螺杆称为阴螺杆。一般阳螺杆与发动机相连，由阳螺杆或相互啮合或经过同步齿轮带动阴螺杆转动。利用阳、阴螺杆共轭齿形的相互填塞，使封闭在壳体与两端盖间的齿间容积大小发生周期性变化，并借助于壳体上呈对角线布置的吸、排气孔口，完成对气体的吸入、压缩与排出。螺杆式压缩机的主要零部件有：阴、阳螺杆、机体、轴承、同步齿轮(有时还有增速齿轮)以及密封组件等。压缩机2．类型(1)无油(干式)螺杆式压缩机螺杆之间并不直接接触，相互之间存在着一定的间隙，通过一对螺杆的高速旋转而达到密封气体、提高气体压力的目的。利用同步齿轮来传递运动、传输动力，并确保螺杆间的间隙及其分配。(2)喷油螺杆式压缩机喷入机体的大量的润滑油起着润滑、密封、冷却和降低噪音的作用。喷油螺杆式压缩机中不设同步齿轮，一对螺杆就象一对齿轮一样，由阳螺杆直接拖动阴螺杆转动；同时，由于油膜的密封作用，取代了轴封。所以，喷油螺杆式压缩机的结构更为简单。压缩机3．工作过程(1)吸气过程开始时气体经吸气孔口分别进入阴螺杆、阳螺杆的齿间容积，随着螺杆的回转，这两个齿间容积各自不断扩大。当这两个容积达到最大值时，齿间容积与吸气孔口断开，吸气过程结束。需要指出的是，此时阴螺杆、阳螺杆的齿间容积彼此并没有连通。压缩机(2)压缩过程螺杆继续回转。在阴螺杆、阳螺杆齿间容积彼此连通之前，阳螺杆齿间容积中的气体受阴螺杆齿的进入先行压缩。经某一转角后，阴螺杆、阳螺杆齿间容积连通，通常将此连通的阴螺杆、阳螺杆呈“V”字形的齿间容积称作齿间容积对，齿间容积对，因齿的互相挤入，其容积值逐渐减小，实现气体的压缩过程，直到该齿间容积对与排气孔口相连通时为止。压缩机(3)排气过程在齿间容积对与排气孔口连通后，排气过程开始。由于螺杆回转时容积的不断缩小，将压缩后具有一定压力的气体送至排气管。此过程一直延续到该容积对达最小值时为止。压缩机4、工作过程分析图示为螺杆压缩机中所指定的一个齿间容积对的工作过程。阴螺杆、阳螺杆转向互相迎合一侧的气体受压缩，这一侧面称为高压区；相反，螺杆转向彼此背离的一侧面，齿间容积在扩大并处在吸气阶段，称为低压区。这两个区域被阴螺杆、阳螺杆齿面间的接触线分隔开。可以近似地认为：两螺杆轴线所在平面是高、低压力区的分界面。压缩机压缩机压缩机设开始吸气时阳螺杆转角为00，当转至1800时容积达最大值，吸气过程结束；然后开始压缩，容积逐渐缩小，气体压力升高；当该容积与排气孔口相通后，排出气体。当阳螺杆旋转3600时完成一个循环，其容积与压力的变化关系如图(a)所示。压缩机内压缩比——压缩终了压力与初始压力之比。压力比——排气压力（背压力）与进气压力之比称。内压缩比为定值，压力比可以改变。当压力比与内压缩比不相等时，便要产生附加功耗。如图(b)所示，若内压缩比小于压力比，即内压缩压力尚未达到排气压力便与排气口接通，气体便要产生瞬时压缩，由此增加图中面积2’—3’—2的附加损失；若压缩比大于压力比，当内压缩压力超过背压力后方始与排气口相通，这时气体要产生瞬时膨胀，形成面积2—2’’—3’’的附加损失。这一现象，所有利用孔口控制进、排气的回转式压缩机都存在。所以这类机器在设计与运行时应注意使两者很好协调。压缩机二、啮合线与接触线螺杆压缩机的一对齿间容积，在压缩过程与排气过程中都不应与相邻的低压区相通，因此一对齿形在端面上的啮合线也应是封闭的，图(a)。同时一对啮合的螺杆接触线也应连续，图(b)。接触线包括齿形的啮合部分与齿顶和齿根的接触部分，接触线长度以短为佳，但制造公差使两螺杆啮合面之间不可避免地存在间隙，后者乘以接触线长度便是泄漏面积，接触线长便意味着泄漏面积大。同时接触线长度与齿形有关。压缩机三、螺杆齿形1、对称圆弧齿形2、不对称圆弧—摆线齿形3、其他齿形图为原始不对称齿形，处于低压侧的齿形前段，仍沿用圆弧齿形。D1F1为普通外摆线，D2F2为长幅外摆线。由图可以看出，原始不对称齿形高压侧的齿形背段啮合的顶点与机体内圆交点H相重合，这就改善了对称圆弧齿形轴向气密性差的缺点。压缩机四、螺杆式压缩机的计算1．排气量的计算螺杆式压缩机的实际排气量可表示为：vLncfizfzQ22110式中zl、z2—阳螺杆、阴螺杆齿(槽)数；f1、f2—阳螺杆、阴螺杆齿间面积；i—齿(槽)数比；L—螺杆长度；n—转速；Cψ—扭角系数；ηV—容积效率，压缩机2．功率的计算与活塞式压缩机计算的方法相同压缩机五、螺杆式压缩机的特性1．螺杆式压缩机的特点螺杆式压缩机兼有速度型及容积型两者的特点优点：（1）螺杆式压缩机具有较高的齿顶线速度，转速高达每分钟万转以上，故常可与高速动力机直接相连。因而其单位排气量的体积、重量、占地面积以及排气脉动远比往复式压缩机为小。（2）螺杆式压缩机没有诸如气阀、活塞环等零件，因而它运转可靠、寿命长、易于实现远距离控制。此外，由于没有往复运动零部件，不存在不平衡惯性力(矩)，所以螺杆式压缩机基础小，甚至可以实现无基础运转。（3）无油螺杆式压缩机可保持气体洁净(不含油)；又由于阴螺杆、阳螺杆齿间实际上留有间隙，因而能耐液体冲击，可压送含液气体及粉尘气体等。此外，喷油螺杆式压缩机可获得高的单级压力比(最高达20—30)以及低的排气温度。（4）螺杆式压缩机具有强制输气的特点，即排气量几乎不受排气压力的影响；其内压力比与转速、密度几乎无关系，这一点与叶片式压缩机不同。（5）螺杆式压缩机在宽广的工况范围内，仍能保持较高的效率，没有叶片式压缩机在小排气量时出现的喘振现象。压缩机缺点：(1)由于齿间容积周期性地与吸、排气孔口连通，以及气体通过间隙的泄漏等原因，致使螺杆式压缩机产生很强的中、高频噪声，必须采取消音、减噪措施。(2)由于螺杆齿面为一空间曲面，且加工精度要求又高，故加工需特制的刀具及专用的设备。(3)由于机器是依靠间隙密封气体，以及螺杆刚度等方面的限制，螺杆式压缩机只适用于中、低压范围。压缩机2．螺杆式压缩机的特性曲线（1）压力比—排气量—转速关系压缩机2）效率、压力比关系压缩机压缩机(3)综合特性曲线该图说明螺杆式压缩机共同的两个特性：①在某一转速下，压力比增加时，压缩机的实际排气量略有下降。这是因为通过间隙的气体泄漏量随压力比的增高而增高，而且这种影响在低转速时较为明显；②在最高效率值附近，存在一个相当宽广的转速和压力比范围，此范围内压缩机效率的降低并不显著。压缩机六、螺杆式压缩机的排气量调节（1）变转速调节螺杆式压缩机的排气量和转速成正比关系。因此，改变压缩机的转速就可以达到调节排气量的目的。该调节方法的主要优点：整个压缩机机组的结构不需要作任何变动，而且在调节工况下，气体在压缩机中的工作过程基本相同。如果不考虑相对泄漏量(喷油机器还有相对击油损失)的变化，压缩机的功率下降是与排气量的减少成正比例的，因此，这种调节方法的经济性较好。通常的调速范围是额定转速的60％～100％。2)停转调节螺杆式压缩机用交流电机驱动且功率较小时，可以采用这种调节方法，对较大功率的螺杆式压缩机，一般采用电动机与压缩机脱开，电动机空转，压缩机停转的调节方式。此时，在压缩机和电动机之间必须加装离合器。压缩机3）控制吸入调节利用压缩机吸气管上的进气调节阀进行调节。控制吸入调节又分为停止吸入和节流吸入两种。停止吸入时，压缩机空转，因而只能进行间断调节，其示功图如图中虚线所示。这种调节方法在活塞式压缩机中使用广泛，而在螺杆式压缩机中由于等容压缩段6—7致使空载功率较大，达额定功率的50％～60％，所以较少采用。压缩机节流吸入时，降低了气体的吸入压力和密度，理论上可以进行连续的无级调节。然而，在排气量降低、排出压力不变的情况下，压力比反而增加，功率并不下降，甚至更高，同时排气温度也上升，其示功图如图4—45中虚线所示。这种调节方法较少采用，只限于小型机器及工况基本稳定的机组。压缩机4）进、排气管连通调节此调节方法只需在排出管道上安装一调节阀。调节工况时，压缩的气体沿旁通管道经此调节阀流回吸入口，其示功图如图所示。图中1—2—3—4—1为正常工况时的示功图，而1—2—3—5—1为进、排气管连通调节时的示功图。面积2—3—5表示调节工况时的空转耗功。显然，机器的内压力比越高，这部分功也就越大。所以，此种调节方法适用于内压力比低的机器。调节阀开度不同时，排气量有所变化，但幅度并不大。压缩机(5)空转调节它实际上是停止吸入和进、排气管连通调节联合使用的一种综合调节方法，采用一种在截断吸入的同时，能使进、排气管连通的减荷阀。空转调节的示功图如图所示。它可在停止吸入调节示功图的基础上，考虑将气体经安装在压缩机排气止回阀前的连通管向进气管道即大气排放而得到。5—6—7—8—5为相应的调节工况时的示功图；低内压力比时的示功图为5—6—7’—8’—8—5。比较两种调节工况的示功图得知，低内压力比时空转调节的功耗反而要比高压力比时多消耗相当于面积7—7’—8’—8的功。这就是说，空转调节用于高压力比机器较为经济。必须指出，采用这种调节方法，对可燃性气体、高纯度气体以及其他不允许与空气混合的气体，不能采用。压缩机(6)滑阀调节滑阀调节与活塞式压缩机部分行程压开吸气阀调节的基本原理相同，它是使齿间容积在接触线从吸入端向排出端移动的前一段时间内仍与吸气孔口相通，并使这部分气体回流到吸气孔口。也就是说减短了螺杆的有效轴向长度，以达到调节排气量的目的。该调节方法是在螺杆式压缩机机体上位于排气一侧机体两内圆的交点处装一简称滑阀的滑动调节阀，且能在气缸轴线平行方向上来回移动。滑阀的运动是由与它连成一体的油压活塞推动进行连续无级调节，如图所示。一些结构中，启动时，滑阀是由电机经减速后驱动的。滑阀的背面在非调节工况时与机体固定部分紧贴，而在调节工况时与固定部分脱离，离开的距离取决于欲调节排气量的大小。滑阀的前缘形成径向排气孔口，当滑阀移动时，径向排气孔口一起移动。压缩机滑阀调节的特点是：调节范围广，可在100％～10％的排气量范围内进行无级自动调节；调节方便，适用于工况变动频繁的场合，特别适用于制冷、空调螺杆机组中；调节的经济性好，在100％～50％的排气量调节范围内，动力机消耗的功率几乎可与压缩．机排气量的减少成正比例地下降；可实现卸载启动，特别是在闭式系统中；使压缩机的结构及其自动调节系统复杂化，这是它的主要缺点。压缩机七、螺杆式压缩机的使用与维护1．启动（1）起动前的准备：导通流程，各阀开关位置正确,特别注意出口阀的状态；①确认电源正确；②检查油气分离器液位，必要时排放分离器内冷凝水；③手动盘车，直到可用一只手轻松盘动为止；④再次检查滑油液位，此时应该保证在高、低液位刻度线中间。压缩机（2）启动：①将远程联控盘的主机选择开关打到“开”位置；②机旁控制面板及联控报警盘复位，检查LAMPTEST；③将正常禁用－加载旋钮打到正常禁用状态；④联系MCC和CCR准备起机；⑤按起动按钮，起动压缩机；⑥检查滑油液位，此时液位仍旧保持在高、低液位刻度线中间，检查电流；⑦当排气压力上升到0.2Mpa以上，排气温度超过40℃时，将正常禁用－加载旋钮打到加载位置；⑧干燥机送