螺桿式制冷壓縮機的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、0合 肥 通 用 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文題 目： 螺桿式制冷壓縮機的現(xiàn)狀與發(fā)展 系 別： 機 械 工 程 系 專 業(yè)： 制 冷 與 冷 藏 專 業(yè) 學(xué) 制： 三 年 制 姓 名： 李磊 學(xué) 號： 04080322 指導(dǎo)教師： 黃毅飛 二O一一 年 四 月 十八 日指導(dǎo)教師評語及成績：指導(dǎo)教師： 2011 年 月 日摘要由于全球能源緊張，導(dǎo)致能源、原材料等價格持續(xù)上漲，再加上本土勞動力成本的上升，使得制造企業(yè)運營成本上升，利潤空間萎縮，會導(dǎo)致市場對螺桿式制冷壓縮機的需求縮減。所以避免被淘汰，了解螺桿式制冷壓縮機的發(fā)展方向尤為重要，本文就要對螺桿式制冷壓縮機的發(fā)展方向與現(xiàn)狀做

2、了詳細(xì)的介紹，并對螺桿式制冷壓縮機的研究方向做了簡單的介紹。關(guān)鍵詞：螺桿式制冷壓縮機、發(fā)展、現(xiàn)狀目錄前言5第1章 螺桿式制冷壓縮機的分類以及發(fā)展史61.1 螺桿式制冷壓縮機的分類61.2 螺桿式制冷壓縮機的發(fā)展史7第2章螺桿式制冷壓縮機的目前現(xiàn)狀92.1螺桿式制冷壓縮機的簡單介紹 92.2螺桿式制冷壓縮機的目前現(xiàn)狀 10第3章螺桿式制冷壓縮機的研究方向14結(jié)論18參考文獻(xiàn) 19致謝 20前言螺桿式制冷壓縮機由于其結(jié)構(gòu)簡單，易損件少，能在大的壓力差或壓力比的工況下，排氣溫度低，對制冷劑中含有大量的潤滑油不敏感，有良好的輸氣量調(diào)節(jié)性，很快占據(jù)了大容量往復(fù)式壓縮機的使用范圍，而且不斷地向中等容量范圍

3、延伸，廣泛應(yīng)用在冷凍、冷藏。目前我國螺桿式制冷壓縮機生產(chǎn)廠家的技術(shù)主要來源于日本和美國，因此加強對螺桿式制冷壓縮機的關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行研究，不僅是提高國內(nèi)技術(shù)水平的迫切要求，同時也是各廠家降低研發(fā)成本，減少引進(jìn)費用，提高產(chǎn)品性能和市場競爭力的重要環(huán)節(jié)。需要超越就需要了解螺桿式制冷壓縮機的過去、現(xiàn)在、以及未來。第一章 螺桿式制冷壓縮機的分類以及發(fā)展史1.1螺桿式制冷壓縮機的分類螺桿式制冷壓縮機按壓縮機與電動機聯(lián)結(jié)的方式不同，分為開啟式、半封閉式和全封閉式三種。開啟式機組：壓縮機通過聯(lián)軸器與電動機相聯(lián)，要求在壓縮機伸出軸上加裝可靠的軸封，以防制冷劑和潤滑油泄漏。 半封閉式機組：電動機與壓縮機做為一體

4、，中間用法蘭聯(lián)接，能有效防止制冷劑和潤滑油的泄漏，并采用制冷劑冷卻電動機，消除了開啟式機組中電動機冷卻風(fēng)扇的噪聲。 全封閉式機組：把電動機與壓縮機封閉在一個容器內(nèi)，徹底消除了制冷劑和潤滑油的泄漏，噪聲為最低。目前該制冷壓縮機在標(biāo)準(zhǔn)工況下（蒸發(fā)溫度：-15，冷凝溫度：30）制冷量范圍已經(jīng)超過3500KW。全封閉式螺桿壓縮機組主要適用于寫字樓、運輸工具、圖書館、商廈、醫(yī)院、民用住宅、賓館等對噪聲特別敏感場所的獨立空調(diào)或中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)。開啟式與半封閉式機組在工礦企業(yè)、人防工程運用較多。 兩種形式壓縮機組的比較 1.開啟式機組 優(yōu)點：(1)壓縮機與電動機相對分離，對電動機沒有特殊的要求，故壓縮機的適用

5、范圍較廣。(2) 同一臺壓縮機，可適應(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機。(4)單機頭機組制冷量可達(dá)200萬大卡以上。(5)成本較低，價格較便宜。缺點：(1)需要軸封封住制冷劑和潤滑油泄漏的通道，這也是用戶經(jīng)常維護(hù)的重點。JB/T6906-93 螺桿式單級制冷壓縮機標(biāo)準(zhǔn)中對滲油量規(guī)定：開啟式機組運行時的軸封處滲油量應(yīng)不大于3ml/h。由于氟利昂和冷凍油是互溶的，故在使用過程中氟利昂與冷凍油的同步泄漏無法避免，尤其在運行滿1000小時以后，由于軸封的磨損，會加劇氟利昂與冷凍油的泄漏，加大維修

6、和運行費用，影響正常使用。(2)配套的電動機高速旋轉(zhuǎn)，冷卻風(fēng)扇形成的氣流噪聲大，壓縮機本身噪聲也比較大，開啟式機組一般噪聲在90dB(A)以上，導(dǎo)致噪聲污染環(huán)境。(3)需要配置單獨的油分離器和油冷卻器等復(fù)雜的油系統(tǒng)部件，導(dǎo)致機組體積龐大，使用維護(hù)不便，且重量和占地面積都大。(4)效率低，由于需要用外置電動機驅(qū)動油泵及配用普通低效率電機，空調(diào)名義工況能效比一般不超過4.0。2.半封閉式機組 優(yōu)點；(1)由于采用半封閉式方式，電動機與壓縮機一體化設(shè)計，故噪聲低、振動小、不存在開啟式機組的氟利昂和潤滑油的泄漏等問題。減少了用戶的維護(hù)和管理成本，不會因泄漏而影響用戶的正常使用。(2)由于采用半封閉式方

7、式，電動機與壓縮機合為一體，加上內(nèi)置分油消音器，大大地降低了運行噪聲，同等冷量開啟式與半封閉式噪聲差別約為15dB(A)。(3)由于內(nèi)置油分離器采用內(nèi)壓差供油方式，無需配外置電動機驅(qū)動油泵，提高了運行的能效比，空調(diào)名義工況下能效比一般大于4.5。(4)對要求較高的場合，可采用雙機頭或三機頭型式，各制冷系統(tǒng)相對獨立，一旦某系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其他系統(tǒng)可以正常工作，不會對生產(chǎn)和環(huán)境造成太大影響。 缺點：(1)目前國內(nèi)所采用半封閉式螺桿壓縮機大部分為國外原裝進(jìn)口，價格較高。(2)由于采用耐氟利昂、耐潤滑油和耐高溫特種電機，增加了壓縮機的材料成本，故同檔次半封閉式壓縮機價格高于開啟式壓縮機。(3)單機容量較

8、小，單機頭容量一般不超過150萬大卡。1.2螺桿式制冷壓縮機的發(fā)展史螺桿式壓縮機是瑞典皇家工學(xué)院教授AlfLysholm于1934年發(fā)明的，其初衷是用于柴油機和燃?xì)馄啓C的增壓。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計：在3000小時運轉(zhuǎn)期間，活塞機組的故障是螺桿機組的10倍；在12,000小時運轉(zhuǎn)期間，活塞機組的故障是螺桿機組的4倍。螺桿機屬于回轉(zhuǎn)式機型，它的振幅是活塞機的1/5，故振動和噪聲都比較小。自1934年螺桿式壓縮機問世以來,經(jīng)過了幾十年的技術(shù)改進(jìn),螺桿式壓縮機得到了廣泛的應(yīng)用,特別是在制冷方面。由于螺桿式制冷壓縮機與活塞式制冷壓縮機比較有結(jié)構(gòu)簡單、易損件少、檢修周期長、容積效率高、排氣溫度低、對液擊不敏感和可

9、以實現(xiàn)制冷量無級調(diào)節(jié)等特點,所以螺桿式制冷壓縮機越來越多的受到用戶所贊賞;而廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門中需要實現(xiàn)人工制冷的場合,如石油、化工、輕工、醫(yī)藥等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、科研方面的低溫試驗,食品、水產(chǎn)品的低溫加工、貯藏及公共場所等大型建筑的空氣調(diào)節(jié)等。國內(nèi)于1976年聯(lián)合設(shè)計并生產(chǎn)出第一臺噴油螺桿式制冷壓縮機，雖然國內(nèi)的螺桿式制冷壓縮機近幾年有了一定的發(fā)展，但我國現(xiàn)有的幾大螺桿式制冷壓縮機生產(chǎn)廠家大都采用標(biāo)準(zhǔn)型線（非對稱圓弧擺線齒型），如大連冷凍機股份有限公司部分D87新齒型，武漢新世界制冷工業(yè)有限公司部分機型為XBY型線，其效率雖然比標(biāo)準(zhǔn)型線有所提高（5%10%），但與國外的（10%20%）比較

10、還有一定差距。 第二章螺桿式制冷壓縮機的目前現(xiàn)狀2.1螺桿式制冷壓縮機的簡單介紹2.11 基本構(gòu)造螺桿式制冷壓縮機的基本結(jié)構(gòu),主要由轉(zhuǎn)子、機殼（包括中部的氣缸體和兩端的吸、排氣端座等）、軸承、軸封、平衡活塞及能量調(diào)節(jié)裝置組成。兩個按一定傳動比反向旋轉(zhuǎn)又相互嚙合的轉(zhuǎn)子平行地配置在呈“¥”字形的氣缸中。轉(zhuǎn)子具有特殊的螺旋齒形，凸齒形的稱為陽轉(zhuǎn)子，凹齒形的稱為陰轉(zhuǎn)子。一般陽轉(zhuǎn)子為主動轉(zhuǎn)子，陰轉(zhuǎn)子為從動轉(zhuǎn)子。氣缸的左右有吸氣端座和排氣端座，一對轉(zhuǎn)子就支承在左右端座的軸承上。轉(zhuǎn)子之間及轉(zhuǎn)子和氣缸、端座間留有很小的間隙。吸氣端座和氣缸上部設(shè)有軸向和徑向吸氣孔口，排氣端座和滑閥上分別設(shè)有軸向和徑向排

11、氣孔口。壓縮機的吸、排氣孔口是按其工作過程的需要精心設(shè)計的，可以根據(jù)需要準(zhǔn)確地使工作容積和吸、排氣腔連通或隔斷。2.1.2 工作原理螺桿式制冷壓縮機的工作是依靠嚙合運動著的一個陽轉(zhuǎn)子與一個陰轉(zhuǎn)子，并借助于包圍這一對轉(zhuǎn)子四周的機殼內(nèi)壁的空間完成的。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子的齒、齒槽與機殼內(nèi)壁所構(gòu)成的呈“V”字形的一對齒間容積稱為基元容積，其容積大小會發(fā)生周期性的變化，同時它還會沿著轉(zhuǎn)子的軸向由吸氣口側(cè)向排氣口側(cè)移動，將制冷劑氣體吸入并壓縮至一定的壓力后排出。 2.1.3 工作過程從轉(zhuǎn)子吸氣側(cè)（一般在轉(zhuǎn)子上方）視圖，表示了基元容積從吸氣開始到吸氣結(jié)束的過程；為從轉(zhuǎn)子排氣側(cè)（一般在轉(zhuǎn)子下方）視圖，表示了基

12、元容積從開始壓縮到排氣結(jié)束的過程。在兩轉(zhuǎn)子的吸氣側(cè)，齒面接觸線與吸氣端之間的每個基元容積都在擴大，而在轉(zhuǎn)子的排氣側(cè)，齒面接觸線與排氣端之間的基元容積卻逐漸縮小。這樣，使每個基元容積都從吸氣端移向排氣端。如下圖所示某V形基元容積，說明螺桿式制冷壓縮機的工作過程。（1）吸氣過程 齒間基元容積隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而逐漸擴大，并和吸入孔口連通，氣體通過吸入孔口進(jìn)入齒間基元容積，稱為吸氣過程。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定角度后，齒間基元容積越過吸入孔口位置與吸入孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。值得注意的是，此時陰、陽轉(zhuǎn)子的齒間基元容積彼此并不連通。（2）壓縮過程 壓縮開始階段主動轉(zhuǎn)子的齒間基元容積和從動轉(zhuǎn)子的齒間基元容積彼此孤立地向

13、前推進(jìn)，稱為傳遞過程。轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)過某一角度 ，主動轉(zhuǎn)子的凸齒和從動轉(zhuǎn)子的齒槽又構(gòu)成一對新的V形基元容積，隨著兩轉(zhuǎn)子的嚙合運動，基元容積逐漸縮小，實現(xiàn)氣體的壓縮過程。壓縮過程直到基元容積與排出孔口相連通的瞬間為止，此刻排氣過程開始。（3）排氣過程 由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時基元容積不斷縮小，將壓縮后具有一定壓力的氣體送到排氣腔，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(jìn)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)。由上可知，兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相迎合的一面，氣體受壓縮，稱為高壓力區(qū)；另一面，轉(zhuǎn)子彼此脫離，齒間基元容積吸入氣體，稱為低壓力區(qū)。高壓力區(qū)與低壓力區(qū)

14、由兩個轉(zhuǎn)子齒面間的接觸線所隔開。另外，由于吸氣基元容積的氣體隨著轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)，由吸氣端向排氣端作螺旋運動。因此，螺桿式制冷壓縮機的吸、排氣孔口都是呈對角線方式布置的。2.2螺桿式制冷壓縮機的目前現(xiàn)狀螺桿式制冷壓縮機目前已成為制冷空調(diào)領(lǐng)域的主要機型。在中等制冷量的制冷裝置中，占據(jù)了市場的優(yōu)勢份額。在食品、醫(yī)藥等行業(yè)，螺桿式制冷壓縮機更是作為新穎清潔高效的工藝壓縮機大顯身手、備受推崇。螺桿式制冷壓縮機的心臟部件是螺桿轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子型線的先進(jìn)性又決定著整機的性能優(yōu)劣，對加工精度和表面熱處理的要求都很高。能否加工出最先進(jìn)的型線已成為衡量一個機加工企業(yè)經(jīng)濟(jì)實力、技術(shù)實力的標(biāo)志。目前轉(zhuǎn)子型線已發(fā)展到第三代不對稱型

15、線，主要有德國的GHH型線、日本的日立型線和瑞典的Atlas copco SAP型線，采用5對6非對稱齒形。螺桿的加工設(shè)備和測量檢測設(shè)備基本依賴國外進(jìn)口，主要有英國HOLROYD加工中心、德國MAUSER、意大利DEA、英國IMS的三坐標(biāo)測量系統(tǒng)，但價格都非常昂貴，動輒幾千萬元，一般企業(yè)無力承受購買和日常維護(hù)，所以國內(nèi)一些制冷機組生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)或供貨時會有兩種選擇：一是“拿來主義”，即壓縮機或機頭部件直接從國外專業(yè)的生產(chǎn)廠家采購，目前國際上比較優(yōu)質(zhì)的壓縮機品牌有德國的比澤爾（BITZER）、格拉索、意大利萊富康（REFCOMP）、富士豪、考瑪（COMA）、臺灣漢鐘（HANBELL）、復(fù)盛、日本

16、的日立、大金、三菱重工、神鋼、美國富利克（FRICK）、瑞典阿特拉斯科普柯（Atlas copco）；蒸發(fā)器、冷凝器、除油器等在國內(nèi)配套加工，外加一些進(jìn)口的電氣控制元器件（像工業(yè)可編程控制器PLC、可編程終端觸摸屏、過濾器、熱力膨脹閥等）完成組裝出廠。這類企業(yè)有：南京五洲制冷集團(tuán)公司（原南京冷凍機總廠，簡稱南冷）、約克中國（廣州、無錫空調(diào)冷凍設(shè)備有限公司）、浙江聯(lián)豐制冷機有限公司（簡稱聯(lián)豐）等。二是“自力更生”，即除電氣控制元器件外，機頭部件和蒸發(fā)器、冷凝器都是由自己加工生產(chǎn)的，其企業(yè)規(guī)模一般比較大，鑄造、加工和檢測設(shè)備全部進(jìn)口。這類企業(yè)有：大連冷凍機股份有限公司（原大連冷凍機廠，簡稱大冷）、

17、武漢新世界制冷工業(yè)有限公司（原武漢冷凍機廠，簡稱武冷）、煙臺冰輪股份有限公司（簡稱煙冷），因為沒有關(guān)稅等成本附加，在整機價格上會相對便宜些。為了確保壓縮機的正常和安全可靠運行，需要確保機組中其他組件包括冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流或膨脹閥工作的正常，也需要一系列控制元器件對壓縮機運行中的溫度、壓力參數(shù)進(jìn)行即時檢測反饋，由工業(yè)可編程控制器統(tǒng)一協(xié)調(diào)整機的正常工作，這些自動保護(hù)功能必須包括高低壓保護(hù)、油位保護(hù)、排氣過熱保護(hù)、電機過熱過電流保護(hù)、缺相、逆相保護(hù)、斷水保護(hù)、防凍保護(hù)等，以便在系統(tǒng)出現(xiàn)異常的情況下能自動停機，鎖定故障，顯示報警/警告信息，并發(fā)出報警信號。友好的人機界面也是制造精良的制冷機組必不可少

18、的組成部分。一般要求采用工業(yè)級可編程控制器+觸摸屏操作的全中文界面，這種組合模式簡便易懂，抗干擾能力強，自動化程度高。操作人員可以根據(jù)生產(chǎn)實際需求，自由進(jìn)行參數(shù)設(shè)定變更，并具備“運行狀態(tài)顯示”、“故障原因顯示”、“累計運行時間顯示”等多項功能，提供的數(shù)據(jù)信息完善詳細(xì)，便于歷史查詢和維修保養(yǎng)。制冷機組一般都屬于大功率耗電設(shè)備，運行過程中對其節(jié)能要求顯得非常重要，要求機組可根據(jù)外部負(fù)載變化自動調(diào)整運行狀態(tài)，確保機組在最佳負(fù)荷下運行。同時機組必須具有部分負(fù)荷性能，即能在較低的負(fù)荷以及冷卻塔水溫較低時有效運行，實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，能量調(diào)節(jié)范圍自然越寬越好。在制冷系統(tǒng)設(shè)計中還常常通過采用經(jīng)濟(jì)節(jié)能器，使部分制冷

19、劑液體經(jīng)過中間冷卻，提高過冷度，從而提高單位工質(zhì)制冷能力。在衡量機組動力經(jīng)濟(jì)性方面，單位輸入功率制冷量是一個重要參數(shù)，精良設(shè)備達(dá)到4.5W/W以上，也稱作能效比或性能系數(shù)，用COP（Coefficient of performance）來表示。目前國產(chǎn)螺桿式制冷壓縮機的現(xiàn)狀：自1976年我國第一臺螺桿式制冷壓縮機試制成功以來,經(jīng)過二十多年的技術(shù)改造,有了較大的改進(jìn),但與國外先進(jìn)的螺桿式制冷壓縮機比較還有一定的差距。 （1） 型線 目前,世界上公認(rèn)效率較高的型線有公司的型線、公司的型線、日立公司的56型線等。而我國現(xiàn)有的幾大螺桿式制冷壓縮機生產(chǎn)廠家大都采用標(biāo)準(zhǔn)型線(非對稱圓弧擺線齒型)，大連冷凍

20、機股份有限公司部分87新齒型，武漢新世界制冷工業(yè)有限公司部分機型為型線,其效率雖然比標(biāo)準(zhǔn)型線有所提高(5%10%),但與國外的(10%20%)比較,還有一定差距。所以國內(nèi)新型高效的轉(zhuǎn)子型線還有待于進(jìn)一步開發(fā)。（2） 噪音 螺桿式制冷壓縮機運行噪音較高是制約螺桿式制冷壓縮機使用范圍的一大障礙。根據(jù)12348-90工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)和3096-82城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定,目前國產(chǎn)螺桿式制冷壓縮機的噪音范圍為76()112(),這是不符合國家噪音標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定的。（3）分油效率 目前,國產(chǎn)螺桿式制冷壓縮機分油系統(tǒng)比較龐大,并且普遍存在分油效率低的這一問題,而國外同類產(chǎn)品的分油效率已達(dá)99.

21、999%。迄今為止;我們在有關(guān)資料中只查到煙臺冰輪集團(tuán)公司最新研制并生產(chǎn)的新型油分離器。其分油效率為99.998%,可與國外產(chǎn)品媲美。（4） 可靠性 目前,國產(chǎn)螺桿式制冷壓縮機可靠性較差,主要表現(xiàn)在:滑閥定不住位;軸封可靠性差,壽命短;能量指示存在密封和縮緊問題;控制系統(tǒng)電氣元件質(zhì)量不穩(wěn)定等。（5）內(nèi)容積比可調(diào) 目前的國產(chǎn)螺桿式制冷壓縮機,除武漢新世紀(jì)集團(tuán)公司在部分機型采用了手動內(nèi)容積比可調(diào)裝置外,其它生產(chǎn)廠家都是根據(jù)使用工況不同,備有三種不同內(nèi)容積的滑閥供用戶選擇。然而由于使用條件不是一成不變的,若選擇一種型號的滑閥,就會造成螺桿式制冷壓縮機的過壓縮或欠壓縮,從而增加了螺桿式制冷壓縮機的功率

22、損失,降低了性能指標(biāo)。（6） 機電一體化 近年來,國外螺桿式制冷壓縮機都采用了智能型微機控制系統(tǒng),一方面便于操作,另一方面節(jié)約了能源,且可靠性高,便于冷量調(diào)節(jié)。而國產(chǎn)螺桿式制冷壓縮機大都是人工操作,控制功能大都采用繼電器保護(hù)控制,不便于操作和節(jié)能,可靠性也差。（7） 螺桿式制冷壓縮機在熱泵領(lǐng)域的應(yīng)用 在國外,螺桿式熱泵已得到了廣泛的應(yīng)用,其供熱量為10500萬千卡/小時,供熱溫度1056、70和150等幾檔,而我國螺桿式熱泵的應(yīng)用和研究尚處于初級階段。目前,大連冷凍機股份有限公司已開發(fā)出12.5、16兩種機型的螺桿式熱泵機組,供熱溫度只能達(dá)到5060。第三章螺桿式制冷壓縮機的發(fā)展研究方向先進(jìn)制

23、造技術(shù)的發(fā)展以及許多理論和實踐上的研究成果和發(fā)明創(chuàng)造不斷地應(yīng)用于生產(chǎn)實際,使螺桿式制冷壓縮機在制冷、空調(diào)等領(lǐng)域中得到了迅速發(fā)展。目前，螺桿式制冷壓縮機的發(fā)展研究方向主要有： 1.型線幾何與轉(zhuǎn)子幾何 螺桿壓縮機結(jié)構(gòu)簡單, 其核心部件是一對相互嚙的轉(zhuǎn)子, 轉(zhuǎn)子的端面型線在很大程度上決定了螺桿壓縮機的性能, 螺桿壓縮機性能的提高是伴隨著一代又一代轉(zhuǎn)子型線的成功開發(fā)和應(yīng)用而發(fā)生的。轉(zhuǎn)子的端面型線由嚙合原理決定自20 世紀(jì)30 年代Lysholm 第一個使用了對稱圓弧型線后,制造商嘗試了許多型線。衡量型線的效率主要有以下幾個因素:(1)小的接觸力;(2)光滑的力矩傳遞和油膜形成能力; (3)較短的嚙合線

24、; (4)大的容積腔; (5)容易和高效的生產(chǎn)。圍繞提高型線的效率,型線大致經(jīng)歷了三代發(fā)展歷程: (1)第一代轉(zhuǎn)子型線是對稱圓弧型線;(2) 20 世紀(jì)60年代以后,隨著噴油技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了以SRM - A 型線為代表的第二代轉(zhuǎn)子型線。第二代轉(zhuǎn)子型線是不對稱型線,泄漏三角形面積大為減小,使螺桿機性能大幅提高;(3)20世紀(jì)80年代以后,計算機技術(shù)的應(yīng)用推動了螺桿型線的研究,成為型線研究的主要手段,第三代轉(zhuǎn)子型線有很多種,如GHH 型線、日立型線SRM2D 型線等以及西安交通大學(xué)研制開發(fā)的X31 型線、X32型線等型線。2.間隙、氣體泄漏和油的影響螺桿式制冷壓縮機的熱力學(xué)性能受泄漏通道的影響最

25、為強烈。雙螺桿壓縮機齒間容積間主要有4個泄漏通道:(1)轉(zhuǎn)子間的接觸線;(2)齒頂與氣缸之間的間隙; (3)排氣端面;(4)泄漏三角形。其中泄漏三角形是螺桿式制冷壓縮機壓縮機的幾何特征,它引起的泄漏對容積效率和絕熱效率有獨特的影響。螺桿式制冷壓縮機的4個泄漏通道中,泄漏量最大的兩個通道是接觸線泄漏三角形,而決定泄漏量大小的重要參數(shù)接觸線長度和泄漏三角形面積都由轉(zhuǎn)子端型線和轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)決定。準(zhǔn)確地計算接觸線長度和泄漏三角形面積是準(zhǔn)確評估轉(zhuǎn)子型線性的前提,反過來,這又可以指導(dǎo)我們設(shè)計出性能更優(yōu)越的轉(zhuǎn)子型線。這些泄漏通道是由于工作間隙的需要而在設(shè)計中預(yù)留的,或者是由機器本身的幾何特性決定的。螺桿式制

26、冷壓縮機,轉(zhuǎn)子接觸面間有一層油膜來傳遞負(fù)載,油膜厚度隨時變化。螺桿轉(zhuǎn)子的密封面則必須有足夠的間隙以保證機器的安全運行。因此,間隙設(shè)計也是提高機器性能的關(guān)鍵。螺桿式制冷壓縮機需要間隙來補償制造缺陷和公差,在負(fù)荷工作下,由于溫度和壓力引起的變形,在車間裝配后機器的冷態(tài)間隙與工作中的壓縮機的熱態(tài)間隙顯著不同。日立公司根據(jù)轉(zhuǎn)子熱彈性變形的分析結(jié)果,對陰、陽轉(zhuǎn)子齒形修正、加工滾刀熱補償設(shè)計、轉(zhuǎn)子配合間隙的確定進(jìn)行了探討,發(fā)現(xiàn)采用補償設(shè)計法與過去不考慮轉(zhuǎn)子熱變形的設(shè)計方法相比,運轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子間隙可以減少約40 %50 %。樣機試驗表明,在壓力比為8時,壓縮機容積效率提高30 % ,絕熱效率提高38 %。故對螺

27、桿式制冷壓縮機齒間間隙的研究,是進(jìn)一步提高螺桿機性能的重要途徑。用轉(zhuǎn)子間軸向間隙在轉(zhuǎn)子齒面法向的投影作為轉(zhuǎn)子間的間隙,得到了轉(zhuǎn)子間間隙的等高線分布,但是只能計算轉(zhuǎn)子處于理想位置的情況。研究轉(zhuǎn)子軸偏離理想位置的情況,將空間的三維問題簡化為端面平面上的二維問題進(jìn)行研究,進(jìn)而研究轉(zhuǎn)子的干涉。由于間隙與螺桿端面型線、齒間間隙獲得方法、加工精度、零部件變形等許多因素相關(guān),間隙值的確定是一項復(fù)雜和困難的工作,到目前為止,還沒有完全解決這一問題。螺桿式制冷壓縮機性能上的重要保證是向工作腔中噴入大量的潤滑油。潤滑油起到潤滑、降噪、密封和冷卻的作用。螺桿式制冷壓縮機要達(dá)到良好的壓縮腔的密封,必須提供大大超過合適

28、的齒與齒間潤滑所需的油量。油量的增加超過了最佳值,不會達(dá)到更好的密封效果,但是大量的油通過油、氣熱交換降低了排氣溫度,使單級壓縮達(dá)到了更高的壓力比。大量的油通過油2氣換熱、油2殼體換熱、氣2殼體換熱,影響工作腔內(nèi)氣體的熱力過程,但這一過程十分復(fù)雜,由于我們不能確定腔中油的分布、速度等狀態(tài),所以還沒有一個詳盡的理論上或?qū)嶒炆系慕忉?。在制冷壓縮機中,由于油中溶有大量的制冷劑,在壓力降低時,制冷劑會從油中散發(fā)出來,增加了工作腔內(nèi)的工質(zhì),同時制冷劑的散發(fā)需要吸收汽化潛熱,從而引起溫度改變。噴入的潤滑油一方面降低了工作腔內(nèi)溫度,使壓縮過程向等溫過程靠近,從而減少了功耗;另一方面,噴入的油增加了粘性剪切力

29、和攪拌功。因此,存在一個最佳噴油量使得耗功量少。而通過提高噴油壓力來強化油的霧化效果,使壓縮過程逼近等溫過程是得不償失的,因為噴油耗功過性能。負(fù)載壓力大。3.熱力學(xué)過程的研究熱力學(xué)過程的研究主要圍繞泄漏、傳熱、排氣孔口流動三個方面。傳熱是螺桿式制冷壓縮機中的重要問題,在螺桿式制冷壓縮機中,螺桿噴油機器噴入的滑潤油與工質(zhì)間產(chǎn)生強烈的熱交換,使排氣溫度控制在合理的范圍內(nèi)。由于噴入的水、油或其它冷卻劑在螺桿工作腔內(nèi)的運動和分布是非常復(fù)雜的,所以螺桿式制冷壓縮機工作腔內(nèi)的傳熱計算有較大的難度。螺桿機工作腔內(nèi)的傳熱主要分為油、水或制冷劑與氣體間的熱交換,壁面與油之間的交換,壁面與氣體間的熱交換幾個部分。

30、由于螺桿轉(zhuǎn)速很高,這部分換熱的量較小,計算模型的不同基本上不會對熱過程產(chǎn)生明顯的影響,而對熱力過程產(chǎn)生強烈影響的是油、水、制冷劑與氣體間的換熱。油在工作腔內(nèi)的運動過于復(fù)雜,采用較為簡單的方法,計算油滴與油膜的總面積,從宏觀角度求得其換熱量。對于噴水或噴制冷劑的情況,則必須考慮液滴在飛行中汽化蒸發(fā)的情況,以及由于液滴蒸發(fā)引起的液滴過冷。評價螺桿式制冷壓縮機性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)是容積效率,而泄漏是影響回轉(zhuǎn)壓縮機容積效率的最重要因素。螺桿式制冷壓縮機采用間隙節(jié)流密封,工作腔內(nèi)又含有大量的潤滑油,它的泄漏通道有多種,且泄漏通道內(nèi)長度、各泄漏通道內(nèi)的油氣分布與流態(tài),都在隨時變化,因此泄漏計算較為復(fù)雜。泄漏量的計算模型可分為噴管模型、粘性流動模型、流體數(shù)值計算方法等。需要指出的是:泄漏通道內(nèi)的流動復(fù)雜,但泄漏通道內(nèi)的流動的最大速度由當(dāng)?shù)匾羲贈Q定,這種現(xiàn)象稱為阻塞現(xiàn)象。由于各個通道的幾何形狀、工作狀態(tài)差別很大,因此,根據(jù)不同泄漏通道的具體工作條件和流態(tài)選用不同的計算模型是準(zhǔn)確計算的關(guān)鍵。螺桿機中大多噴入一定量的潤滑油,因此,泄漏通道內(nèi)的流態(tài)十分復(fù)雜,且隨著工作腔狀態(tài)的不同,工作腔內(nèi)油氣的體積比變化很大,這直接影響泄漏通道內(nèi)油氣泄漏量的比例。因此,泄漏模型不僅與泄漏通道有關(guān),而且與工作時段有關(guān),是隨壓縮機主軸轉(zhuǎn)角而變化的。4.其它研究除