螺杆式製冷壓縮機的工作原理及結構
第一節 螺杆式製冷壓縮機的工作原理
1、螺杆式製冷壓縮機的特點
與活塞壓縮機的往複容積式不同,螺杆式壓縮機是一種回轉容積式壓縮機。與活塞壓縮機相比,螺杆式製冷壓縮機有以下優點:
a.體積小重量輕,結構簡單,零部件少,隻相當於活塞壓縮機的1/3~1/2;
b.轉速高,單機製冷量大;
c.易損件少,使用維護方便;
d.運轉平穩,振動小;
e.單級壓比大,可以在較低蒸發溫度下使用;
f.排氣溫度低,可以在高壓比下工作;
g.對濕行程不敏感;
h.製冷量可以在10%~100%之間無級調節;
i.操作方便,便於實現自動控製;
j.體積小,便於實現機組化。
缺點:
轉子、機體等部件加工精度要求高,裝配要求比較嚴格;
油路係統及輔助設備比較複雜;因為轉速高,所以噪聲比較大。
2、螺杆式製冷壓縮機工作原理
雙螺杆(壓縮機)是由一對相互齧合、旋向相反的陰、陽轉子,陰轉子為凹型,陽轉子為凸型。隨著轉子按照一定的傳動比旋轉,轉子基元容積由於陰陽轉子相繼侵入而發生改變。侵入段(齧合線)向排氣端推移,於是封閉在溝槽內的氣體容積逐漸縮小,壓力逐漸升高,壓力升高到一定值(或者說轉子旋轉到一定位置)時,齒槽(密閉容積)與排氣孔相通,高壓氣體排出壓縮機,進入油分離器。吸氣、壓縮、排氣過程見示意圖。
3、內壓比與螺杆壓縮機經濟性的關係
螺杆壓縮機是沒有氣閥的容積型回轉式壓縮機,吸、排氣孔的打開和關閉完全為幾何結構決定的,即吸氣終了的體積和壓縮結束時的體積是固定的,即內容積比是固定的。而活塞壓縮機的吸、排氣閥片的打開是由吸、排氣腔的壓力決定的。
內容積比:Vi=VS/Vd
VS—吸氣終了時的容積,Vd—壓縮終了時的容積
內壓力比:Za = Pd / P0
Pd—壓縮終了壓力,P0—吸入壓力
可見,內壓比是由內容積比決定的。所以,壓縮終了壓力Pd是由吸氣壓力和內容積比決定的。
外壓力比:Zy = Py / P0
Py—排氣背壓力,或者說冷凝壓力
外壓比是由蒸發溫度和冷凝溫度決定的,即由運行工況所決定的。
當壓縮機內壓比小於外壓比時(內容積比小),壓縮終了壓力小於冷凝壓力,氣體進入排氣口後不能排出壓縮機,會受到下一個齒槽排出的氣體繼續壓縮(等容壓縮),直到壓力達到冷凝壓力時,才會排出排氣口,進入排氣管路;當壓縮機內壓比大於外壓比時(內容積比大),
壓縮終了壓力大於冷凝壓力,氣體進入排氣口後壓力迅速降低至冷凝壓力(等容膨脹)。不論是等容壓縮還是等容膨脹,都會使壓縮機功耗增加。
因為一台壓縮機的內壓比一般都是固定的,而工況的變化會導致內、外壓比不一致。所以在選用壓縮機時,應選用內壓比與使用工況對應的外壓比相同或接近的,才能獲得節能。
2)轉子部件
轉子部件由主動轉子(一般為陽轉子)、從動轉子(一般為陰轉子)、主軸承、止推軸承、軸承壓蓋、平衡活塞以及平衡活塞套等零件組成。
陰、陽轉子是螺杆壓縮機中最核心的零件。轉子的加工精度、形位公差要求都很高,精加工後還必須做動平衡試驗方可使用。主動轉子通過聯軸器與電機直聯,並帶動從動轉子旋轉。
主軸承一般采用滑動軸承,又叫主軸瓦,是支撐轉子、承擔徑向力。主軸承內表麵襯有一層耐磨合金,磨損較大或拉毛、拉傷時應更換。主軸承在工作中靠潤滑油潤滑,各油路必須通暢。更換新軸承時要采取“刮花”處理。
止推軸承:每個轉子上一般裝有一對止推軸承,而且是經過遊隙測定後相反方向安裝。止推軸承是克服轉子工作時產生的軸向力(排氣端壓向吸氣端),並保持轉子端麵與吸、排氣端座保持一定的間隙。轉子排氣端麵與排氣端座的間隙是靠調整墊的厚度來調整的。如果測量排氣端間隙大,則磨薄調整墊;如果測量排氣端間隙小,則更換調整墊或增加一個調整墊。止推軸承的內圈是通過圓螺母及防鬆墊片(俗稱王八墊)固定在轉子上,外圈是通過軸承壓
蓋壓緊在排氣端座上。裝配軸承壓蓋時要注意用力均勻,並隨時盤動轉子檢查是否盤車過緊。把緊軸承壓蓋後,要測量轉子的軸向和徑向的串動量。此時,轉子的軸向串動量應為0,徑向串動量應小於0.005mm。
平衡活塞通過螺栓(或鍵)固定在主動轉子上吸氣側的一端、在平衡活塞套中隨轉子一同旋轉,承受油壓來平衡一部分軸向力,作用是延長止推軸承的使用壽命。平衡活塞及平衡活塞套磨損嚴重時必須更換。
5)聯軸器部件螺杆壓縮機的聯軸器有橡膠柱銷式和撓性(膜片式)聯軸器兩種。
橡膠柱銷式聯軸器由兩個半聯軸節、飛輪、傳動芯子以及螺釘等組成。這種聯軸器的橡膠傳動芯容易磨損,磨損後會導致機器運動不平穩,對轉子、軸承、軸封都會產生不良影響。目前逐漸被撓性聯軸器取代。
撓性聯軸器是由兩半聯軸節、接筒、傳動墊片以及螺釘等組成。這種聯軸器的兩個半聯軸節是經過動平衡試驗的,安裝時相對位置是固定的。
聯軸器是將電動機的動力傳遞到壓縮機主動轉子的重要部件。由於螺杆壓縮機的轉速較高對聯軸器的安裝精度(同軸度)要求也較高。聯軸器安裝不當,不但會引起機器運轉不平穩、噪聲增高,而且對轉子、主軸承、止推軸承和軸封會產生異常損傷。
對於新運行的機組,因為油分或機架的應力變化,會使壓縮機、電機的同軸度發生改變,應定期檢查同軸度,直至機組應力消除方可連續運轉。
第三節 螺杆式製冷壓縮機組與循環係統
1、螺杆製冷壓縮機組
螺杆壓縮機工作時要不斷向工作腔噴入潤滑油,起著潤滑、冷卻、密封和消聲作用,以及潤滑主軸承、止推軸承、軸封的潤滑油,推動油活塞、平衡活塞的壓力油,這些油最後和高壓氣體混合著排出壓縮機。這些油必須分離出來,經過冷卻、過濾、加壓後循環使用。為防止製冷係統中的雜質隨吸氣進入壓縮機對轉子、機體造成磨損,必須設置吸氣過濾器。
①吸氣過濾器
吸氣過濾器主要由殼體和金屬過濾網等組成。殼體上安裝吸氣溫度計、壓力表和加油閥。加油閥是機組運行時加油的部位。
③油冷卻器
油分分離出來的潤滑油因為吸收摩擦熱及氣體的熱量而使溫度升高(接近排氣溫度)。潤滑油正常使用溫度是30~60℃,油溫過高粘度降低,會使密封作用減弱,內泄漏增加,降低壓縮機的效率,所以潤滑油必須經過冷卻才能循環使用。油冷卻器就是起冷卻油的作用。
一般油冷卻器采用水冷卻方式。油走殼程,水走管程,清洗水路方便。優點是係統簡單,油
溫可以降低至比較低的溫度(根據水溫而定);缺點是水側管路易腐蝕。
工質冷卻。油走管程,工質走殼程。優點是油冷不易腐蝕,操作維護簡單;節省一套水路係統,適用於水質差或供水困難的場合;油溫比較穩定。缺點是油溫的最低溫度受冷凝溫度控製,係統需增加輔助貯液器或氨泵。輔助貯液器出液口與油冷之間至少要有1米以上的高度差。
⑧止回閥
止回閥又稱止逆閥或單向閥。因為螺杆壓縮機沒有例似於活塞壓縮機中的吸、排氣閥片可以自動隔開高低壓氣腔,當壓縮機突然停機而又沒有來得及關閉吸排氣截止閥,製冷劑氣體就會從高壓側流向低壓側,同時壓縮機轉子也會在氣流的作用下出現倒轉現象。螺杆壓縮機倒轉會產生很多惡劣的影響:轉子會產生嚴重的磨損;低壓側(蒸發器)壓力升高,溫度上升;壓縮機中的潤滑油會隨氣流大量流向低壓側,會使機組油量不足,影響蒸發器換熱,或再次開機出現液擊現象。
螺杆壓縮機在吸氣截止閥與機體吸氣口之間、油分出口與排氣截止閥之間設有吸氣單向閥和排氣單向閥,用以防止製冷劑氣體反方向流動。不能把單向閥做為截止閥使用。吸、排氣止
回閥安裝時應注意方向,不可倒置。
在機體吸氣口和油分之間設還有一個電磁閥(俗稱B閥),人為停機時,電磁閥打開,使壓縮機吸、排氣口壓力迅速平衡,減輕壓縮機在停機時倒轉。
3、帶經濟器的螺杆製冷循環係統
螺杆壓縮機的特點之一是單級壓比大,但隨著壓比增大,壓縮機的內泄漏增加,效率降低,耗功大。利用螺杆壓縮機的吸氣、壓縮、排氣單向進行的特點,在轉子轉動到開始壓縮的某一位置設置一個中間補氣孔,補入中間壓力下的製冷劑氣體,使單級螺杆按兩極壓縮運轉,相當於準雙級,即為帶經濟器的螺杆壓縮機。
帶經濟器的螺杆製冷循環係統又稱為節能係統。如圖2-18所示的為帶經濟器的一級節流循環原理圖。
A—壓縮機
B—油分離器
C—冷凝器
S—貯液器
J—經濟器
E—蒸發器
P—油泵
F—油冷
G1—節流閥1
G2—節流閥2
經濟器為殼管式換熱器,殼程為低壓側,管程為高壓側。經濟器上配帶補氣過濾器、止回閥、節流閥等配件。當壓比發生變化時,要根據中間補氣的過熱度適當調節節流閥的供液量,防止回液,尤其是采用熱力膨脹閥供液的氟利昂係統。
帶經濟器的螺杆壓縮機組常用於蒸發溫度為-25~-40℃的製冷係統。與原來的單級壓縮機相比,製冷量、製冷效率都有了大幅的提高,同時還節省電能。見圖2-19所示,為帶經濟器的氨螺杆壓縮機製冷量、軸功率的增加率跟溫度的關係,可見軸功率變化比較平緩,而製冷量隨蒸發溫度的降低增加率增高,並且壓比越大,增加的效果越顯著。