《能源與動力裝置》07 容積式壓縮機和泵

第七章

容積式壓縮機和泵

第一節(jié)

結(jié)構形式與工作原理

容積型壓縮機和泵（按壓縮機部件運動特點分）往復式回轉(zhuǎn)式

滾動轉(zhuǎn)動式滑片式單螺桿式雙螺桿式渦旋式（按結(jié)構特點分）活塞式羅茨式容積式壓縮機：依靠容積的周期性變化來實現(xiàn)流體的增壓與輸送往復活塞壓縮機活塞式壓縮機P-V圖往復式活塞壓縮機的特點和趨勢發(fā)展歷史悠久，具有豐富的設計、研究、制造和運行經(jīng)驗，技術成熟，至今在各個領域中依然被廣泛應用、發(fā)展著。在國民經(jīng)濟中應用廣泛，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，管道有氣流脈動利用先進的加工、制造和控制技術制造高精度的壓縮機，改進氣閥設計等二、回轉(zhuǎn)式的泵與壓縮機

往復式活塞壓縮機：通過汽缸內(nèi)活塞的往復運動實現(xiàn)容積變化回轉(zhuǎn)式的泵與壓縮機：通過氣缸里的一個或幾個轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運動來實現(xiàn)的工作容積變化結(jié)構種類較多，一般按元件的特征命名，應用廣泛的有：滑片式、滾動轉(zhuǎn)子式、螺桿式、渦旋式、羅茨式噴液回轉(zhuǎn)壓縮機和干式回轉(zhuǎn)壓縮機噴液作用：潤滑、密封、降溫、降噪回轉(zhuǎn)式的泵與壓縮機㈠、滑片式

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

rotorcompressor這種機型可用于真空泵和壓縮機滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的工作過程1-排氣管

2-儲液器

3-吸氣管

4-副軸承

5-氣缸

6-套圈

7-曲軸8-電動機定子

9-電動機轉(zhuǎn)子

滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機端部解剖

滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機優(yōu)點：①結(jié)構簡單，零部件幾何形狀簡單，便于加工及流水線生產(chǎn)；②體積小，質(zhì)量輕，與同工況的往復式比較，體積減少40％~50％，重量減少40％~50％；③因易損件少，故運轉(zhuǎn)可靠；④效率高，因為沒有吸氣閥故流動阻力小，且吸氣過熱小，所以在制冷量為3kW以下的場合使用時尤為突出。缺點：①因為只利用了氣缸的月牙形空間，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滑片作往復運動，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)量來平衡。滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機臥式比立式的高度降低47%，可大幅度縮小制冷和空調(diào)設備的外形尺寸。在輸出功率3~4.5千瓦的單缸壓縮機中，旋轉(zhuǎn)軸系傳到外殼的振動高達幾百微米，這已到了不能應用的程度。解決措施是：采用兩個氣缸，相應的兩個偏心軸呈180°對稱配置，使其扭矩變化幅度很小，外殼表面的振動水平小于30微米。這種雙滾子壓縮機特別適用于變頻驅(qū)動的熱泵，它在高頻高轉(zhuǎn)速下的振動和噪聲得到緩解。雙滾動轉(zhuǎn)子壓縮機與往復式相比，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螺桿機械可以作為泵、壓縮機、膨脹機使用。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。運行模式可以是干式、噴油、壓縮或者膨脹過程中噴入其它的流體。螺桿式流體機械是利用相互嚙合螺桿的旋轉(zhuǎn)運動，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)推進至排出端。螺桿式流體機械的種類主要有兩種：單螺桿和雙螺桿。單螺桿工作過程動畫片a）PC型；b）PP型；c）CP型；d）CC型

1-螺桿

2-星輪

3-機殼

4-主軸

1-經(jīng)濟器組件2-能量調(diào)節(jié)組件3-主轉(zhuǎn)子軸4-電動機定子5-吸氣過濾器6-電動機轉(zhuǎn)子7-星輪8-油池單螺桿壓縮機結(jié)構特點(1)星輪在螺桿軸線兩側(cè)對稱配置，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置引氣通道，讓端面上的氣體力平衡。因此，動力平衡性好。(2)螺桿旋轉(zhuǎn)一周，一個基元容積完成兩次吸氣、壓縮、排氣循環(huán)，相當于一臺六缸雙作用的活塞壓縮機。因此，排氣量相同時，它比其它回轉(zhuǎn)式機型的結(jié)構尺寸小。單螺桿壓縮機的關鍵技術(1)嚙合副型線：螺桿、星輪嚙合副是該機型最關鍵的部件，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：若用于壓縮石油化工氣體，單級壓力比可高達16；因此國內(nèi)外都在研制水潤滑軸承。雙螺桿式壓縮機陽轉(zhuǎn)子陰轉(zhuǎn)子雙螺桿式壓縮機工作過程雙螺桿式壓縮機的工作過程DoubleScrewCompressor螺桿壓縮機的卸載螺桿壓縮機的無級容量調(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，轉(zhuǎn)速3000r/min，排氣量1250M3/h，內(nèi)容積比相同。單螺桿壓縮機：CP型，雙螺桿：SRM型線。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長度比雙螺桿的長。雙螺桿的轉(zhuǎn)子耐磨性好，可以長期工作；單螺桿經(jīng)過一段時間運轉(zhuǎn)后，必須更換星輪。雙螺桿壓縮機有較大的軸向氣體力，限制了單級壓比的提高；單螺桿壓縮機中主螺桿的軸向和徑向氣體力互相抵消，單級壓比較高。單螺桿與雙螺桿的比較㈣、渦旋式ScrollCompressor

渦旋式壓縮機的工作過程自轉(zhuǎn)防止機構：十字聯(lián)接環(huán)1-吸氣管 2-排氣口 3-機殼4-靜渦旋盤5-動渦旋盤6-背壓腔7-曲軸 8-十字聯(lián)接環(huán)渦旋式壓縮機ScrollCompressor吸氣排氣三洋渦旋壓縮機臥式渦旋壓縮機

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

壓縮機的排氣量調(diào)節(jié)

一、活塞壓縮機的排氣量

活塞壓縮機的排氣量:在壓縮機排氣端測得的單位時間內(nèi)排出的氣體容積值，換算到第一級進口狀態(tài)的壓力和溫度時的數(shù)值。活塞壓縮機的行程容積：容積系數(shù)表示余隙容積對氣缸工作容積Vh利用程度的影響；壓力系數(shù)λp表示吸氣壓力損失對氣缸工作容積的影響。溫度系數(shù)λT表示吸入過程熱交換對吸入氣體量的影響。泄漏系數(shù)λg表示泄漏對壓縮機的排氣量的影響。

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

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．進氣節(jié)流

2．進、排氣管自由連通

3．截斷進氣

（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)速交流變頻壓縮機本質(zhì)上仍是交流異步電動機。交流變頻壓縮機轉(zhuǎn)子采用了交流感應電機轉(zhuǎn)子結(jié)構，工作原理為：定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下感應電流產(chǎn)生感應磁場，經(jīng)定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。交流變頻壓縮機旋轉(zhuǎn)的基礎是定子與轉(zhuǎn)子的電磁感應，使壓縮機旋轉(zhuǎn)的同時也帶來了電磁感應噪音與轉(zhuǎn)子損耗。直流變頻壓縮機轉(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)磁場與轉(zhuǎn)子永磁磁場直接作用，實現(xiàn)壓縮機運轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^改變送給電機的直流電壓來改變電機的轉(zhuǎn)速，直流變頻壓縮機不存在定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的電磁感應作用，克服了交流變頻壓縮機的電磁噪音與轉(zhuǎn)子損耗，具有比交流變頻壓縮機效率高與噪音低特點，直流變頻壓縮機效率比交流變頻壓縮機高10%-30%，噪音低5分貝-10分貝。進、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構，當油壓作用于卸載機構的壓力油缸時，氣缸正常工作；卸載油缸失壓時，吸氣閥被彈簧頂開，氣缸卸載。壓縮機的八個氣缸排成四列，每列兩缸為一組。其中I、II兩組的四個氣缸為基本工作缸，III、IV兩組為調(diào)節(jié)缸。壓縮機可以按1／2，3／4和4／4能級運行。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)構圖數(shù)碼渦旋技術谷輪數(shù)碼渦旋是首個內(nèi)置制冷功率調(diào)節(jié)能力從10%到100%變?nèi)莘秶膲嚎s機。艾默生公司預測，利用數(shù)碼渦旋技術，部分負載運行系統(tǒng)的應用將得到進一步的推廣，并且也會加快壓縮機與更精密部件（如變速馬達、電子閥和程控控制件）的集成。采用數(shù)碼渦旋技術和相應的系統(tǒng)集成設備將提供給終端用戶更精確的溫度和濕度控制、能效更高的系統(tǒng)，并降低運行成本。數(shù)碼渦旋技術艾默生公司聯(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。該產(chǎn)品目前已在韓國市場占據(jù)穩(wěn)固的地位，超過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。在中國市場，數(shù)碼渦旋壓縮機技術已被美的等多家空調(diào)設備制造商所采用。艾默生環(huán)境優(yōu)化技術部也正在把谷輪數(shù)碼渦旋技術推向工業(yè)空氣干燥器和運輸冷庫，未來的計劃是擴大技術的應用面來滿足其它商用空調(diào)和制冷用戶的需要（包括零售業(yè)、超市和精密空調(diào)）。壓縮機上部提升腔通過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，電磁閥打開，提升空腔內(nèi)氣體與吸氣口相連接。卸載時的功率消耗為上載的10%。解決了低負荷時的回油問題。數(shù)碼渦旋技術工作原理壓縮機在電磁閥控制電源的作用下，可自