《能源與動(dòng)力裝置》07 容積式壓縮機(jī)和泵

第七章

容積式壓縮機(jī)和泵

第一節(jié)

結(jié)構(gòu)形式與工作原理

容積型壓縮機(jī)和泵（按壓縮機(jī)部件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分）往復(fù)式回轉(zhuǎn)式

滾動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)式滑片式單螺桿式雙螺桿式渦旋式（按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分）活塞式羅茨式容積式壓縮機(jī)：依靠容積的周期性變化來(lái)實(shí)現(xiàn)流體的增壓與輸送往復(fù)活塞壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)P-V圖往復(fù)式活塞壓縮機(jī)的特點(diǎn)和趨勢(shì)發(fā)展歷史悠久，具有豐富的設(shè)計(jì)、研究、制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)成熟，至今在各個(gè)領(lǐng)域中依然被廣泛應(yīng)用、發(fā)展著。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用廣泛，特別是在化工、煤炭、石油、海洋工程中零部件多、轉(zhuǎn)速受限制，材料和制造要求低間歇式吸排氣，管道有氣流脈動(dòng)利用先進(jìn)的加工、制造和控制技術(shù)制造高精度的壓縮機(jī)，改進(jìn)氣閥設(shè)計(jì)等二、回轉(zhuǎn)式的泵與壓縮機(jī)

往復(fù)式活塞壓縮機(jī)：通過(guò)汽缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)容積變化回轉(zhuǎn)式的泵與壓縮機(jī)：通過(guò)氣缸里的一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的工作容積變化結(jié)構(gòu)種類(lèi)較多，一般按元件的特征命名，應(yīng)用廣泛的有：滑片式、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式、螺桿式、渦旋式、羅茨式噴液回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)和干式回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)噴液作用：潤(rùn)滑、密封、降溫、降噪回轉(zhuǎn)式的泵與壓縮機(jī)㈠、滑片式

SlidingVaneCompressor滑片式結(jié)構(gòu)可作為泵、壓縮機(jī)、真空泵使用。噴油滑片壓縮機(jī)的單級(jí)壓力比可達(dá)8~10，用于中、小型壓縮空氣裝置、小型空調(diào)制冷裝置中，空氣壓縮機(jī)的排氣量范圍為1~20m3/min，制冷壓縮機(jī)的排氣量小于1m3/min。在石油、化學(xué)、食品、建筑行業(yè)中，無(wú)油滑片壓縮機(jī)用來(lái)輸送各種氣體、粉塵或顆粒物料。㈡、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式

rotorcompressor這種機(jī)型可用于真空泵和壓縮機(jī)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的工作過(guò)程1-排氣管

2-儲(chǔ)液器

3-吸氣管

4-副軸承

5-氣缸

6-套圈

7-曲軸8-電動(dòng)機(jī)定子

9-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子

滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)端部解剖

滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件幾何形狀簡(jiǎn)單，便于加工及流水線(xiàn)生產(chǎn)；②體積小，質(zhì)量輕，與同工況的往復(fù)式比較，體積減少40％~50％，重量減少40％~50％；③因易損件少，故運(yùn)轉(zhuǎn)可靠；④效率高，因?yàn)闆](méi)有吸氣閥故流動(dòng)阻力小，且吸氣過(guò)熱小，所以在制冷量為3kW以下的場(chǎng)合使用時(shí)尤為突出。缺點(diǎn)：①因?yàn)橹焕昧藲飧椎脑卵佬慰臻g，所以氣缸容積利用率低；③因單缸的轉(zhuǎn)矩峰值很大，故需要較大的飛輪矩；③滑片作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依然是易損零件；④還存在不平衡的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，需要平衡質(zhì)量來(lái)平衡。滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)臥式比立式的高度降低47%，可大幅度縮小制冷和空調(diào)設(shè)備的外形尺寸。在輸出功率3~4.5千瓦的單缸壓縮機(jī)中，旋轉(zhuǎn)軸系傳到外殼的振動(dòng)高達(dá)幾百微米，這已到了不能應(yīng)用的程度。解決措施是：采用兩個(gè)氣缸，相應(yīng)的兩個(gè)偏心軸呈180°對(duì)稱(chēng)配置，使其扭矩變化幅度很小，外殼表面的振動(dòng)水平小于30微米。這種雙滾子壓縮機(jī)特別適用于變頻驅(qū)動(dòng)的熱泵，它在高頻高轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)和噪聲得到緩解。雙滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)與往復(fù)式相比，零部件數(shù)量減少50%，重量減輕12%，安裝空間減少40％(三)、螺桿式Screwcompressor螺桿機(jī)械可以作為泵、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)使用。它能處理液體、氣體、干蒸氣、有相變發(fā)生的多相混合流等多種流體。運(yùn)行模式可以是干式、噴油、壓縮或者膨脹過(guò)程中噴入其它的流體。螺桿式流體機(jī)械是利用相互嚙合螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把流體封閉在嚙合腔內(nèi)，將流體從吸入端沿著螺桿軸向連續(xù)推進(jìn)至排出端。螺桿式流體機(jī)械的種類(lèi)主要有兩種：?jiǎn)温輻U和雙螺桿。單螺桿工作過(guò)程動(dòng)畫(huà)片a）PC型；b）PP型；c）CP型；d）CC型

1-螺桿

2-星輪

3-機(jī)殼

4-主軸

1-經(jīng)濟(jì)器組件2-能量調(diào)節(jié)組件3-主轉(zhuǎn)子軸4-電動(dòng)機(jī)定子5-吸氣過(guò)濾器6-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子7-星輪8-油池單螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)星輪在螺桿軸線(xiàn)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)配置，作用在螺桿上的徑向氣體力互相抵消。兩排氣孔口呈徑向，使螺桿兩端間有可能設(shè)置引氣通道，讓端面上的氣體力平衡。因此，動(dòng)力平衡性好。(2)螺桿旋轉(zhuǎn)一周，一個(gè)基元容積完成兩次吸氣、壓縮、排氣循環(huán)，相當(dāng)于一臺(tái)六缸雙作用的活塞壓縮機(jī)。因此，排氣量相同時(shí)，它比其它回轉(zhuǎn)式機(jī)型的結(jié)構(gòu)尺寸小。單螺桿壓縮機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)(1)嚙合副型線(xiàn)：螺桿、星輪嚙合副是該機(jī)型最關(guān)鍵的部件，使磨損位置分散，減少了星輪的磨損量。(2)研制星輪的新材料：迄今較好的材質(zhì)是英國(guó)生產(chǎn)的VictrexPEEK，它是一種耐高溫、耐磨、耐腐蝕的工程塑料。

(3)噴水單螺桿壓縮機(jī)：若用于壓縮石油化工氣體，單級(jí)壓力比可高達(dá)16；因此國(guó)內(nèi)外都在研制水潤(rùn)滑軸承。雙螺桿式壓縮機(jī)陽(yáng)轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子雙螺桿式壓縮機(jī)工作過(guò)程雙螺桿式壓縮機(jī)的工作過(guò)程DoubleScrewCompressor螺桿壓縮機(jī)的卸載螺桿壓縮機(jī)的無(wú)級(jí)容量調(diào)節(jié)單螺桿與雙螺桿的比較瑞典STAL公司：噴油制冷壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)速3000r/min，排氣量1250M3/h，內(nèi)容積比相同。單螺桿壓縮機(jī)：CP型，雙螺桿：SRM型線(xiàn)。雙螺桿的絕熱效率和容積效率比單螺桿高。主要是由于單螺桿的接觸線(xiàn)長(zhǎng)度比雙螺桿的長(zhǎng)。雙螺桿的轉(zhuǎn)子耐磨性好，可以長(zhǎng)期工作；單螺桿經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，必須更換星輪。雙螺桿壓縮機(jī)有較大的軸向氣體力，限制了單級(jí)壓比的提高；單螺桿壓縮機(jī)中主螺桿的軸向和徑向氣體力互相抵消，單級(jí)壓比較高。單螺桿與雙螺桿的比較㈣、渦旋式ScrollCompressor

渦旋式壓縮機(jī)的工作過(guò)程自轉(zhuǎn)防止機(jī)構(gòu)：十字聯(lián)接環(huán)1-吸氣管 2-排氣口 3-機(jī)殼4-靜渦旋盤(pán)5-動(dòng)渦旋盤(pán)6-背壓腔7-曲軸 8-十字聯(lián)接環(huán)渦旋式壓縮機(jī)ScrollCompressor吸氣排氣三洋渦旋壓縮機(jī)臥式渦旋壓縮機(jī)

日立公司HITACHIhorizontalscrollcompressorforrefrigerationapplication，1988，astheworld'sfirst.

UsingR-22refrigerantthecompressorhasanextendedcoolingrangefrom-45°Cto+5°C.

用于冷藏、冷凍柜渦旋式壓縮機(jī)的吸氣、壓縮、排氣過(guò)程是連續(xù)單向進(jìn)行，因而吸入氣體的有害過(guò)熱??；相鄰工作腔間的壓差小，氣體泄漏少；沒(méi)有余隙容積中氣體向吸氣腔的膨脹過(guò)程，容積效率就高，通常高達(dá)95％以上；動(dòng)渦旋體上的所有點(diǎn)均以幾毫米的回轉(zhuǎn)半徑作同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所以運(yùn)動(dòng)速度低，摩擦損失??；1、效率高沒(méi)有吸氣閥，也可以不設(shè)置排氣閥，所以氣流的流動(dòng)損失小。渦旋式壓縮機(jī)的效率比往復(fù)式約高10％。2．力矩變化小，振動(dòng)小，噪聲低，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；又因?yàn)闇u旋式壓縮機(jī)吸氣、壓縮、排氣是連續(xù)進(jìn)行的，所以進(jìn)排氣壓力的脈動(dòng)很小，所以振動(dòng)小，噪聲低。渦旋式壓縮機(jī)構(gòu)成壓縮室的零件數(shù)目與滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式及往復(fù)式的零件數(shù)目之比為1：3：7，所以渦旋式的體積比往復(fù)式小40％，質(zhì)量輕15％；沒(méi)有吸氣閥和排氣閥，易損零件少，加之有軸向、徑向間隙可調(diào)的柔性機(jī)構(gòu)，能避免液擊造成的損失及破壞，故渦旋式壓縮機(jī)的運(yùn)行可靠性高；因此，渦旋式壓縮機(jī)即使在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行也保持高效率和高可靠性，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)13000r／min。3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕，可靠性高缺點(diǎn)：需要高精高的加工設(shè)備和精確的裝配技術(shù)。渦旋流體機(jī)械可以用于泵、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、真空泵。立式和臥式全封閉渦旋壓縮機(jī)用于制冷和熱泵技術(shù)，其功率范圍為0.75~11KW。汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)采用開(kāi)啟式渦旋壓縮機(jī)，其吸氣容積為60~150CM3/轉(zhuǎn)，用于轎車(chē)和中型車(chē)的空調(diào)。各類(lèi)壓縮機(jī)在制冷和空調(diào)工程中的應(yīng)用范圍羅茨式第二節(jié)

壓縮機(jī)的排氣量調(diào)節(jié)

一、活塞壓縮機(jī)的排氣量

活塞壓縮機(jī)的排氣量:在壓縮機(jī)排氣端測(cè)得的單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體容積值，換算到第一級(jí)進(jìn)口狀態(tài)的壓力和溫度時(shí)的數(shù)值?；钊麎嚎s機(jī)的行程容積：容積系數(shù)表示余隙容積對(duì)氣缸工作容積Vh利用程度的影響；壓力系數(shù)λp表示吸氣壓力損失對(duì)氣缸工作容積的影響。溫度系數(shù)λT表示吸入過(guò)程熱交換對(duì)吸入氣體量的影響。泄漏系數(shù)λg表示泄漏對(duì)壓縮機(jī)的排氣量的影響。

排氣系數(shù)λd=λvλpλTλg二、螺桿壓縮機(jī)的排氣量設(shè)螺桿轉(zhuǎn)子相鄰兩齒在端平面上的齒間面積為AS，軸向長(zhǎng)度為l，則齒間容積VV1＝A1l，V2＝A2l。陽(yáng)、陰轉(zhuǎn)子的端面齒間面積、齒間容積分別為A1、A2、V1、V2，則：陽(yáng)、陰轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n1、n2，單位時(shí)間內(nèi)兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的齒間容積之和即理想排氣量：Vi=Z1n1V1+Z2n2V2。因?yàn)閆1n1=Z2n2，則：Vi=Z1n1(V1+V2)=Z1n1(A1+A2)l長(zhǎng)徑比：

面積利用系數(shù)：

理想排氣量：考慮扭角系數(shù)Cφ和容積效率ηv，則實(shí)際排氣量Q：Vi=Z1n1(A1+A2)l（一）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

（二）管路調(diào)節(jié)

1．進(jìn)氣節(jié)流

2．進(jìn)、排氣管自由連通

3．截?cái)噙M(jìn)氣

（三）余隙調(diào)節(jié)

（四）滑閥調(diào)節(jié)

三、排氣量調(diào)節(jié)變頻調(diào)速交流變頻壓縮機(jī)本質(zhì)上仍是交流異步電動(dòng)機(jī)。交流變頻壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子采用了交流感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，工作原理為：定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，經(jīng)定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。交流變頻壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)是定子與轉(zhuǎn)子的電磁感應(yīng)，使壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也帶來(lái)了電磁感應(yīng)噪音與轉(zhuǎn)子損耗。直流變頻壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子采用稀土永磁材料制作而成，工作原理為：定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)直接作用，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。可以通過(guò)改變送給電機(jī)的直流電壓來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直流變頻壓縮機(jī)不存在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的電磁感應(yīng)作用，克服了交流變頻壓縮機(jī)的電磁噪音與轉(zhuǎn)子損耗，具有比交流變頻壓縮機(jī)效率高與噪音低特點(diǎn)，直流變頻壓縮機(jī)效率比交流變頻壓縮機(jī)高10%-30%，噪音低5分貝-10分貝。進(jìn)、排氣管自由連通壓力控制電磁滑閥式

用油壓控制氣缸上的卸載機(jī)構(gòu)，當(dāng)油壓作用于卸載機(jī)構(gòu)的壓力油缸時(shí)，氣缸正常工作；卸載油缸失壓時(shí)，吸氣閥被彈簧頂開(kāi)，氣缸卸載。壓縮機(jī)的八個(gè)氣缸排成四列，每列兩缸為一組。其中I、II兩組的四個(gè)氣缸為基本工作缸，III、IV兩組為調(diào)節(jié)缸。壓縮機(jī)可以按1／2，3／4和4／4能級(jí)運(yùn)行。用壓力控制器和電磁滑閥控制氣缸卸載的原理圖。電磁滑閥結(jié)構(gòu)圖數(shù)碼渦旋技術(shù)谷輪數(shù)碼渦旋是首個(gè)內(nèi)置制冷功率調(diào)節(jié)能力從10%到100%變?nèi)莘秶膲嚎s機(jī)。艾默生公司預(yù)測(cè)，利用數(shù)碼渦旋技術(shù)，部分負(fù)載運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用將得到進(jìn)一步的推廣，并且也會(huì)加快壓縮機(jī)與更精密部件（如變速馬達(dá)、電子閥和程控控制件）的集成。采用數(shù)碼渦旋技術(shù)和相應(yīng)的系統(tǒng)集成設(shè)備將提供給終端用戶(hù)更精確的溫度和濕度控制、能效更高的系統(tǒng)，并降低運(yùn)行成本。數(shù)碼渦旋技術(shù)艾默生公司聯(lián)合三星電子于2001年首先向亞洲推出了谷輪數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)。該產(chǎn)品目前已在韓國(guó)市場(chǎng)占據(jù)穩(wěn)固的地位，超過(guò)15000套三星DVM空調(diào)系統(tǒng)（數(shù)碼中央空調(diào)系統(tǒng)）采用了谷輪數(shù)碼渦旋。在中國(guó)市場(chǎng)，數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)技術(shù)已被美的等多家空調(diào)設(shè)備制造商所采用。艾默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)部也正在把谷輪數(shù)碼渦旋技術(shù)推向工業(yè)空氣干燥器和運(yùn)輸冷庫(kù)，未來(lái)的計(jì)劃是擴(kuò)大技術(shù)的應(yīng)用面來(lái)滿(mǎn)足其它商用空調(diào)和制冷用戶(hù)的需要（包括零售業(yè)、超市和精密空調(diào)）。壓縮機(jī)上部提升腔通過(guò)0.6mm的小孔與排氣部分相連接。數(shù)碼渦旋工作原理在卸載時(shí)，電磁閥打開(kāi)，提升空腔內(nèi)氣體與吸氣口相連接。卸載時(shí)的功率消耗為上載的10%。解決了低負(fù)荷時(shí)的回油問(wèn)題。數(shù)碼渦旋技術(shù)工作原理壓縮機(jī)在電磁閥控制電源的作用下，可自