第3章 螺杆压缩机-2

29
3.4 转子的受力分析
3.4.1 轴向力 3.4.2 扭矩 3.4.3 径向力
30
3.4 转子的受力分析

力和力矩：齿轮作用力、气体作用力、轴承支反力、平 衡活塞推力、转子自重和输入力矩、气体内力矩、摩擦 阻力矩等。
作用在转子上的力和力矩
31
3.4.1 轴向力
轴向力：
Qa (Qga.d Qga.s ) Qga.a Qge.a
1
绝热效率ηad：等熵绝热压缩功率Pad与轴功率P的比值
ad Pad P
反映了压缩机能量利用的完善程度。
20
3.3.5 轴功率及绝热效率
1、干式螺杆压缩机的绝热效率
受到压缩机的容积流量、 具体的结构、吸排气压力、 气体种类等的影响。 高压比下，容积效率下降， 进而影响到绝热效率
3.3 热力性能计算
3.3.1 理论工作过程 3.3.2 实际工作过程 3.3.3 内压力比及压力分布图 3.3.4 容积流量及容积效率 3.3.5 轴功率及绝热效率 3.3.6 排气温度 3.3.7 喷油影响及喷油量计算
1
3.3.1 理论工作过程
假设：无摩擦、无热交换、无泄漏、无吸排气压力损失。
螺杆压缩机的实测指示图
9
3.3.2 实际工作过程
一、气体泄漏的影响

转速越低泄漏越严重。容积流量和效率都降低。 内泄漏：泄漏的气体不会直接影响到压缩机的容积流量 如高压腔（压缩腔、排气腔）漏到低压腔，非吸气腔。 （内泄漏使齿间容积气体温度升高，导致功耗增加， 同时，加热作用会间接降低容积流量）

与活塞压缩机不同，螺杆压缩机的内外压力比可以不相等
3
3.3.1 理论工作过程
2、内、外压力比不相等的工作过程
内、外压力比不相等的工作过程
a）内压比小于外压比
b）内压比大于外压比
额外的功耗及噪声和振动
4
3.3.1 理论工作过程
三、吸气提前或延迟结束的工作过程（流量减小）

当吸气过程在齿间容积达到最大值之前结束时，气体 将在吸气结束之后进行膨胀，达到最大容值。
34
3.4.3 径向力

1、 斜齿啮合时的径向分力 2、气体径向分力 3、转子自重产生的径向力
35
3.4 重点
（1）转子轴向力包括那些？ （2）转子的扭矩包括哪些？ （3）转子径向力包括哪些？ （4）轴向力的方向？ （5）阳转子拖动阴转子的方案中，是否两转子都为重载 转子？同步齿轮是否传递较大扭矩。
压缩过程开始时为原点
16
3.3.4 容积流量及容积效率
一、理论容积流量
扭角系数=V0/Vmax
qVt C qV 0 z1n C Cn1nD13
二、实际容积流量 :折算到吸气状态的实际容积流量
qV V qVt V C Cn1nD13
三、容积效率

实际容积流量与理论容积流量的比值
容积效率随压力比
超高压力比下压缩机 的容积效率
曲线平坦，可用于高压 比场合
压比大于10时，常采用多级压缩
19
3.3.5 轴功率及绝热效率

一、等熵绝热压缩功率 等熵绝热功率Pad
pd Pad ps qV p 1 s
1


二、绝热效率
26
3.3.7 喷油影响及喷油量的计算
一、喷油影响

一定压力的润滑油、喷水、喷制冷剂或喷其它液体 喷油提高了压力比，简化的结构设计，降低排气温度，降低 噪声。 冷却、密封、润滑和降噪四个功能。

2、喷油量的计算

在给定排气温度后，螺杆压缩机的喷油量可由压缩机的热平
衡式决定。
P qmg c pg (Td Tsg ) qmo c po (Td Tso )
Qga.d 及Qga.s 气体压力作用于螺杆排 出端及吸入端所产生的 轴向力 Qga.a 气体压力作用于螺杆齿 面上所产生的轴向分力 Qge.a 齿轮传动所产生的轴向 分力
由排出端指向吸入端的轴向力取正值。轴向力Qa为止推轴承所承 受。 在高压比机器中，阳转子上会设置平衡活塞：
Qa (Qga.d Qga.s ) Qga.a Qge.a Qb.a
1 pd Pad ps qV 1 1 ps
干式螺杆压缩机的绝热效率
ad Pad P
21
3.3.5 轴功率及绝热效率
2、喷油螺杆压缩机的绝热效率
粘度大，扰动损失大，但密封效果好 需要权衡功耗和密封两方面来决定所用油的粘度。
i Pad P i

轴功率=指示功率+机械摩擦损失功率

机械效率：指示功率与轴功率之比


压缩机的绝热指示效率与绝热效率之间的关系为 ：
绝热效率=机械效率×绝热指示效率
ad i m
23
3.3.6 排气温度

1．机体 机体是螺杆压缩机的主要部件，它由中间部分的气缸 及两端的端盖组成。双层壁结构和单层壁结构 。
五、喷液的影响

12
3.3.3 内压力比及压力分布图
一、内压力比

齿间容积的内压缩终了压力pi，与吸气压力之比。 理想气体处理，绝热过程内压力比εi为：

pi V0 V ps V i

同一台机器 内容积比是定 值

当内容积比为3.5，丙烷4.17氨5.03空气5.78、氦气7.71

当吸气过程在齿间容积达到最大值之后结束时，齿间 容积中的气体将有一部分重新回流到吸气孔口内。
5
3.3.1 理论工作过程
四、具有穿通容积的工作过程 穿通容积：齿间容积达到最小容积。（余隙） 吸气、压缩、排气、膨胀
6
3.3.1 理论工作过程
五、具有封闭容积的工作过程 吸气封闭容积 ：齿间容积达到最小值后，不立即开始吸气 吸气口开启不及时 排气封闭容积 ：齿间容积达到最小值前，排气已经结束 排气口提前关闭
V qV qVt
0.75-0.95
反映了压缩机几何尺寸利用的完善程度，主要由气体泄漏所致
17
3.3.4 容积流量及容积效率
转速低、容积流量小、压力比高、不喷液的压缩机，容积效率低 转速高、容积流量大、压力比低、喷液的压缩机，容积效率高 ηv= 0.75~0.95
1、干式螺杆压缩机的容积效率
压差增加， 效率下降 不大
3、喷油螺杆制冷压缩机和工艺压缩机的绝热效率
对于制冷及工艺压缩机，载荷较大，吸排气压力变化 范围宽，故对大中型机器采用滑动轴承，导致机械摩 擦损失增大，故绝热效率降低。
22
3.3.5 轴功率及绝热效率
3、绝热指示效率和机械效率

绝热指示效率ηi：等熵绝热压缩所需的理论功率Pad与压缩机 指示功率Pi的比值，即：
24
2．转子
整体式结构
组合式结构

转子是螺杆 压缩机的主 要零件，其 结构有整体 式与组合式 两类。
螺杆压缩机转子的毛坯常为锻件，一般 多采用中碳钢，如45钢等。
25
3.3.6 排气温度
一、ε0---外压力比
二、喷油螺杆压缩机的排气温度
33
3.4.2 扭矩
一、气体内力矩：若作用在齿面上的轴向分力为正值，则 为气体阻力矩，反之，为驱动力矩。 二、摩擦阻力矩：轴承摩擦阻力矩和转子旋转运动时的摩 擦鼓风阻力矩。 阳转子传递90%以上的扭矩，阴转子传递10%以下的扭 矩，因而阳转子属于高速重载转子；阴转子属于轻载转 子。所以一般以阳转子作为主动转子拖动从动转子阴转 子。 当用阳转子拖动阴转子时，同步齿轮传递12%左右的轴功 率，属于高转速、高精度、轻载荷齿轮。
干式螺杆压缩机的容积 效率与压比和转速的关系
干式螺杆压缩机的容积效率 与吸气压力的关系，固定压比
18
3.3.4 容积流量及容积效率
2、喷油螺杆压缩机的容积效率 喷油的效率高，通常运行在高压比、高压差工况下。 干式转速高，50-100m/s，喷油的10-50m/s
典型的中型喷油螺杆空 气压缩机容积效率
36
3.5 开启式和封闭式螺杆压缩机
3.5.1 开启式螺杆压缩机 3.5.2 半封闭式螺杆压缩机 3.5.3 封闭式螺杆压缩机
单级具有较大的压比和宽广的容量调节范围。 低温及变工况下仍然有较高的效率。 同一结构可适用于多种工质
37
1.开启式制冷压缩机 最早出现。轴功率输入端伸出机体，通过联轴器或带轮和原动 机相连，易拆卸、维修，但密封性差，工质易泄漏，因此轴外 伸端有轴封装臵。 2.半封闭式制冷压缩机
32
3.4.1 轴向力

一、端面轴向力：排出端及吸入端的轴向力组成，等于 各部分气体压力与其作用面积之积。

二、气体轴向力：部分齿形、齿段无轴向力存在 三、齿轮产生的轴向力： 决定于斜齿的方向，最好能平 衡掉一部分轴向力。

四、平衡活塞产生的轴向力 ：转子上的轴向力较大时， 设置平衡活塞以平衡由排气端指向吸气端的轴向力。
电动机和压缩机装在同一机体内并共用同一根主轴。
3.全封闭式制冷压缩机 将压缩机与电动机一起组装在一个密闭的罩壳内，形成一个整 体，从外表上看只有压缩机的进排气管和电动机引线。 它比半封闭压缩机更为紧凑，密封性更好。
38
3.5.1 开启式螺杆压缩机
39
3.5.1 开启式螺杆压缩机
40
3.5.1 开启式螺杆压缩机
27
28
3.3 重点
（1）螺杆压缩机理论工作过程有哪些，各有什么特点？ （2）根据示功图判别运行状态，分析原因。 （3）实际工作过程的影响因素，分别是产生什么影响？ （4）内压力比是指什么，各工作腔压力是如何分布的？ （5）什么是容积流量，随压力比、吸气压力的变化关系 （6）螺杆压缩机轴效率和绝热效率 （7）各种类型螺杆压缩机的排气温度的限制因素 （8）向螺杆压缩机内喷油的作用