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全面解析螺杆压缩机及螺杆式空调机组对比分析

全面解析螺杆压缩机及螺杆式空调机组对比分析

螺杆压缩机的基础知识螺杆压缩机分为单螺杆压缩机、双螺杆压缩机和三螺杆压缩机,最早由德国人H.Krigar于1878年提出,直到1934年瑞典皇家理工学院A.Lysholm才奠定该项技术,并开始在工业上应用,取得迅速的发展。制冷空调领域最常用的螺杆压缩机形式为双螺杆压缩机。

双螺杆压缩机基本结构

通常我们所说的螺杆压缩机即指双螺杆压缩机,它的基本结构如上图所示。在压缩机的主机中平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子,通常把节圆外具有凸齿的转子(从横截面看),称为阳转子或阳螺杆;把节圆内具有凹齿的转子(从横截面看),称为阴转子或阴螺杆。一般阳转子作为主动转子,由阳转子带动阴转子转动。转子上的球轴承使转子实现轴向定位,并承受压缩机中的轴向力。转子两端的圆锥滚子推力轴承使转子实现径向定位,并承受压缩机中的径向力和轴向力。在压缩机主机两端分别开设一定形状和大小的孔口,一个供吸气用的叫吸气口;另一个供排气用的叫排气口。

工作原理

螺杆压缩机的工作循环可分为吸气过程(包括吸气和封闭过程)、压缩过程和排气过程。随着转子旋转每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环,为简单起见我们只对其中的一对齿进行研究。

吸气过程

(a)吸气过程 (b) 封闭过程

随着转子的运动,齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积,这个齿间容积的扩大在其内部形成了一定的真空,而此时该齿间容积仅仅与吸气口连通,因此气体便在压差作用下流入其中。在随后的转子旋转过程中,阳转子的齿不断地从阴转子的齿槽中脱离出来,此时齿间容积也不断地扩大,并与吸气口保持连通。随着转子的旋转齿间容积达到了最大值,并在此位置齿间容积与吸气口断开,吸气过程结束。

吸气过程结束的同时阴阳转子的齿峰与机壳密封,齿槽内的气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中,即封闭过程。

压缩过程

随着转子的旋转,齿间容积由于转子齿的啮合而不断减少,被密封在齿间容积中的气体所占据的体积也随之减少,导致气体压力升高,从而实现气体的压缩过程。压缩过程可一直持续到齿间容积即将与排气口连通之前。

排气过程

齿间容积与排气口连通后即开始排气过程,随着齿间容积的不断缩小,具有内压缩终了压力的气体逐渐通过排气口被排出,这一过程一直持续到齿末端的型线完全啮合为止,此时齿间容积内的气体通过排气口被完全排出,封闭的齿间容积的体积将变为零。

从上述工作原理可以看出,螺杆压缩机是通过一对转子在机壳内作回转运动来改变工作容积,使气体体积缩小、密度增加,从而提高气体的压力。

螺杆压缩机性能分析螺杆压缩机分类

开启式螺杆压缩机

半封闭螺杆压缩机

全封闭螺杆压缩机

单螺杆压缩机

开启与封闭电机

开启式电机

封闭式电机

1

靠空气冷却电机

靠制冷剂冷却电机

2

电机与压缩机通过齿轮连接

电机与压缩机直联

3

轴承为滑动轴承

轴承为滚动轴承

4

外置油冷却器、油泵

不需要

吸气和排气冷却电机的区别

吸、排气压降

制冷量 (%)

无压降

100

吸气2F压降

95.7

排气2F压降

97.4

吸气4F压降

92.2

排气4F压降

96.8

油分效果

开启式

半封闭式

全封闭式

位置

外置

内置

内置

效果

较差

差(一次碰撞)

较好(两次碰撞)

以下视频为半封闭螺杆压缩机回油过程

螺杆布置方式

滑阀装置

不同型式压缩机滑阀装置特点对比

开启/半封闭螺杆

单螺杆

立式全封闭螺杆

滑阀数量

1

2

1

磨损程度

容易磨损

容易磨损

不容易磨损

轴封结构

不同型式螺杆压缩机轴封对比

开启式螺杆

半封闭/单螺杆

立式全封闭螺杆

结构

最复杂

较复杂

简单

泄漏

情况

防止泄漏,但无法避免,维护成本高

防止泄漏,一旦“泄露”电机烧毁

部分泄漏

轴承润滑方式

不同型式螺杆压缩机轴承润滑方式对比

开启式螺杆

半封闭/单螺杆

立式全封闭螺杆

方式

油泵强制冷却

压差供油

下部轴承整体浸泡在油槽内,上部轴承采用压差供油。

效果

有效润滑轴承,但机组机构复杂、初投资和运行成本增加,泄漏问题无法避免。

对系统压差要求较高,无保护功能,一旦压差无法建立,机器必须停机。

对系统压差要求较低,有紧急情况下,轴承润滑保护功能,避免轴承缺油润滑,有利于过渡季节机组的开启。

螺杆压缩机主要特点

螺杆式制冷压缩机作为回转式制冷压缩机的一种,同时具有活塞式和动力式(速度式)两者的特点。

1、与往复活塞式制冷压缩机相比,螺杆式制冷压缩机具有转速高,重量轻,体积小,占地面积小以及排气脉动低等一系列优点。

2、螺杆式制冷压缩机没有往复质量惯性力,动力平衡性能好,运转平稳,机座振动小,基础可作得较小。

3、螺杆式制冷压缩机结构简单,机件数量少,没有像气阀、活塞环等易损件,它的主要摩擦件如转子、轴承等,强度和耐磨程度都比较高,而且润滑条件良好,因而机加工量少,材料消耗低,运行周期长,使用比较可靠,维修简单,有利于实现操纵自动化。

4、与速度式压缩机相比,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,在小排气量时不发生喘振现象,在宽广的工况范围内,仍可保持较高的效率。

5、采用了滑阀调节,可实现能量无级调节。

6、螺杆压缩机对进液不敏感,可以采用喷油冷却,故在相同的压力比下,排温比活塞式低得多,因此单级压力比高。

7、没有余隙容积,因而容积效率高。

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