空气压缩机培训

机械/空气压缩机本章主要介绍螺杆式压缩机的工作原理、排气量调节、注油式螺杆空气压缩机的主要系统、控制及操作。

第一节概述1.1螺杆式压缩机的工作原理双螺杆式压缩机的结构如图1所示。

气缸中平行地配置两个按一定转动比反向旋转又相互啮合的螺旋形转子。

通常对节圆外具有凸齿的转子称为阳转子；在节圆内具有凹齿的转子称为阴转子。

阴、阳转子分别称作阴螺杆和阳螺杆。

一般阳转子与原动机连接，或阳转子通过增速齿轮组与原动机连接，并由此输入功率；由阳转子带动阴转子转动，或经同步齿轮带动阴转子转动。

螺杆式压缩机的主要零部件有：一对转子，机体，轴承，同步齿轮（有时还有增速齿轮）以及密封组件等。

在压缩机体的两端呈对角线位置上分别开设一定形状和大小的孔口，供吸气和排气使用。

螺杆式压缩机工作过程是，气体经吸入、压缩、排出三个阶段，完成一个工作循环。

1.吸气过程气体经吸气孔口分别进入阴、阳螺杆的齿间容积，随着转子的回转，这两个齿间容积各自不断扩大。

当这两个容积达到最大值时，齿间容积与吸气孔口断开，吸气过程结束。

需要指出，此时阴、阳螺杆的齿间容积彼此并未开通，见图2(a)。

2.压缩过程转子继续回转，在阴、阳螺杆齿间容积连通之前，阳螺杆齿间容积中之气体受阴螺杆齿的侵入先行压缩，经某一转角后，阴、阳螺杆齿间容积连通，此连通的齿间容积（称为基元容积），它呈“V ”字型，因齿的互相挤入，其容积值逐渐减小，实现气体的压缩过程，直到该基元容积与排气孔口相连通为止。

如图2(b)、(c)所示。

应该指出，阴、阳螺杆和机体之间形成的“V ”字形基元容积，不仅其容积随着转子回转而变小；同时，“V ”字形的位置图1螺杆式压缩机结构也在沿轴向向出气口方向移动。

3.排气过程在基元容积与排气孔口连通后，排气过程即行开始。

具有一定压力的压缩气体随着转子的继续转动被送至排气接管。

此过程一直延续到该基元容积达到最小值为止，如图2(d)所示。

由于阳螺杆具有四条螺旋形凸齿，它与阴螺杆的六条螺旋凹槽相啮合。

所以，在运行过程中吸入、压缩、排出三个阶段是同时连续进行的，在转子旋转一周的时间内，有多个基元容积相继排气。

图2螺杆式压缩机工作过程1.2与其他压缩机类比较，螺杆压缩机的优缺点。

（一）螺杆压缩机的优点螺杆压缩机与活塞压缩机比较，具有下列决定性的优点，使其得到迅速发展。

1、无不平衡的质量力这点使得机器能平稳地、无振动地运转，实现高的工作转速，通常，螺杆压缩机不需要特别的基础，所以对于这种机型，即使功率大的机器；也可用于移动式装置中。

2、转速高高转速可使同样生产能力的机器结构容积小和重量轻。

一台螺杆压缩机的重量，约为一台可比功率的活塞式压缩机重量的1／7至1／13．这使得制造这大功率而尺寸紧凑的机器成为可能．由于工作转速高，可以选用价格便宜的原动机而不需装设减速设备．3、无磨损干式压缩机的转子是以非接触方式运转的，从而保证了无磨损，长寿命，以及在整个使用期间功率保持恒定不变，机器寿命受轴承的耐久性所限制．4、结构简单，运轮可靠螺杆压缩机零部件少，没有易出故障的气闷或密封件。

故运转可靠，维护工作少，对侵蚀性气体和污垢不敏感。

5、调节性能良好螺杆压缩机可在多方面顺应工况的要求，作为调节措施有：变转速调节、吸气节流调节、用电力驱动时的停机-运转控制、旁通调节以及特别用于制冷压缩机的滑阀调节。

6、绝对的无油压缩与大多数其它压缩机型比较，干式螺杆压缩机具有绝对无油压缩的优点，因此可用于输送不能受油侵蚀的气体。

螺杆压缩机具有基本上连续的输送量和功耗小等优点，与透平压缩机比较，则螺杆压缩机具有硬特性曲线和没有喘振界限的优点。

（二）螺杆压缩机的缺点1、效率较低螺杆压缩机发展到今天，虽有许多改进，但由于其内部密封性不好和高的气流速度，螺杆压缩机的等温效率，比同等功率的活塞式压缩机低。

只有高转速螺杆压缩机，才具有良好的相对密封性。

2、转子制造复杂支承要求高基于高的转速和很小的间隙，螺杆压缩机转子必须高精度加工，为此所需的工具和机床加工十分昂贵。

由于齿廓形状复杂，故配对的每个转子均需用独用的铣刀加工。

转子配对也不能随便组合，所以损坏的压缩机转子常常是成对的调换。

无论是喷油式机器所用的滚动轴承或大型杆式机器所用的滑动轴承，都必须精心加工制作。

3、噪声较高干式压缩机噪声高，须附带有特殊的吸气及排气消音器，以便将放射的声能保持在允许限度内。

由于频谱的特性（高频成分占优势），可采用隔声罩壳，螺杆压缩机的噪声问题一般比活塞式压缩机的好处理些。

1.3与干式螺杆压缩机比较，喷油式压缩机的优缺点喷油冷却的螺杆压缩机有下列优点1、结构大为简化它省去同步齿轮，又省去高压端的轴封。

应用滚动轴承，省去大多数干式压缩机常用的滑动轴承所需的复杂的润滑系统。

2、接近等温压缩通过喷入相当大量的冷却油到压缩腔（油与空气的质量约5：1至10：1），气体受压缩所产生的热量被油液带走，故不会有显著的温升。

因此单级压缩比可达到1：15，而压缩温度不会超过100度。

这种机器的转子和壳体可造成很小的公差配合，因为转子和壳体的热膨胀是近乎均匀的且比干式机器的小。

3、噪声低基于较小的圆周速度和喷油的缓冲作用，喷油冷却的压缩机产生的噪声远低于干式螺杆压缩机产生的噪声。

喷油式螺杆压缩机的缺点由于喷油螺杆压缩机转速一般比干式压缩机低，故机器的重量和尺寸都较大。

把喷入的油从被输送的介质中分离出来，也是比较麻烦的，目前，经粗分和细分装置虽能使气体含油量达到5~10mg/m3以下，但对大型机器而言，油耗量也是相当可观的。

另外，喷油系统油路复杂，设备投资增加，因气体带油，食品工业不能应用等，都是其不足之处。

由于气体密封和转子刚度等方面的限制，螺杆压缩机还不能达到较高的终了压力，目前只能用于中压4.5MPa以下。

第二节螺杆压缩机基本参数和排气量调节本节讨论螺杆式压缩机各主要参数及其影响因素，并介绍几种排气量的调节方法．2.1转子的圆周速度主动螺杆齿顶圆周速度是影响机器尺寸、重量、效率及传动方式的一个重要因素。

随着圆周速的提高，压缩机的重量及外形尺寸指标得到改善。

圆周速度提高，通过压缩机间隙的相对泄漏量降低，有利于提高压缩机的容积效率和绝热效率。

但是，随着圆周速度的增大，气体在吸、排气孔口及基元容积里流动的空气动力损失也相应增加，又会引起绝热效率降低。

由于圆周速度对泄漏和空气动力损失的影响是相反的。

在低的圆周速度时，空气动力损失对效率起主要影响作用，所以，提高圆周速度会使效率提高，高的圆周速度时，空气动力损失对效率起主要影响作用，因此随圆周速度的提高，效率反而下降。

只有在某一最佳圆周速度下，才能获得较小的相对泄漏和空气动力损失总和，使压缩机的效率最高．对称圆弧形线螺杆式压缩机最佳圆周速度的范围：无油螺杆式压缩机u=80~120m/s 喷油螺杆式压缩机u=30~50m/s 也可用表征空气动力特性的马赫数M 一确定最佳圆周速度的数值。

M=u/a 3式中u 一一螺杆齿顶的圆周速度；a 3一一压缩介质的相应吸入状态的音速。

无油螺杆式压缩机M=0.15~0.35喷油螺杆式压缩机M=0.05~01．122.2转子的相对长度螺杆的轴向长度L 与螺杆的直径D 之比，称为相对长度λ。

DL=λ近代螺杆式压缩机的发展趋势是采用小的相对长度。

在排气量不变时，降低相对长度λ，则螺杆直径相应加大，使吸排气孔口面积增加。

降低了气体流速，减少空气动力损失。

例如，在排气量相同时，以λ＝1.5的长螺杆与λ＝0.75的短螺杆相比较．若λ＝1.5时，各数值均为100％，则λ＝0.75时的各数值：吸人孔口面积200％吸人气流速度50％排出孔口面积220％排出气流速度45％减小相对长度λ，螺杆变得粗短，使转子具有良好的刚度，增加了运转的可靠性，并在利于螺杆式压缩机向高压方向发展。

同时，使有可能在一个轴上串联两段螺杆，组成两级压缩机。

转子相对长度的通常范围是λ＝1.0～2.0在高压差的级中，应采用较小的相对长度．对同一直径和转速，借改变转子的相对长度就可以很方便地获得不同排气量。

2.3螺杆式压缩机的级数和压力比级数和压力比的选择，对螺杆式压缩机机组的尺寸、布置及性能有重大影响。

对无油螺杆式压缩机，温升是影响级的压力比的决定性因素。

例如，介质为双原子气须指出，以上仅给出了圆周速度的一般数值的范围，其具体数值尚与机器的压力差，压力比、排气量等因素有关。

在压力差和压力比较大时。

泄漏的影响较大，最佳圆周速度的数值也相应大些．最佳圆周速度随压力比的提高而增加。

对大压力差或大压力比的机器，圆周速度应取上面给出数值的上限；而小压力差在小压力比的机器应取下限。

不对称型线的螺杆式压缩机，因其泄漏比对称圆弧型线小，故最佳圆周速度的数值偏低。

圆周速度一经确定，转速也随之而定。

由于大排气量机器选用大直径。

小排气量机器选用小直径。

所以，排气量过小，机器的转速越高。

无油螺杆式压缩机主动转子转速范围是2960～15000r ／min ，喷油螺杆式压缩机主动转子转速范围为730～4400r ／min 。

体，从常温常压吸人，如果级的压力比为4，那么，气体的排出温度就将达200℃以上。

此时，转子的热变形将会很大，以致引起转子咬住。

而且，温度太高时，对密封、润滑系统的工作都会带来不利。

对于多级螺杆式压缩机的高压级或吸入压力较高的增压螺杆压缩机，压力差是限制每级压力比的主要因素，这一点是与往复压缩机不同的。

在较高压力的情况下，各级压力比不大，一般都在2以下，气体压缩的后的温度也并不高．但这时的吸排气压力差却很大。

转子在较大进出口压力差作用下，刚度会显得不足，而转子产生很大的变形，以致影响机器的正常工作．同时，压力差较大，作用在转子上的力也变得相当大，对轴承工作带来不利。

单级无油螺杆式压缩机，最大压力比为3～4，个别情况可达5。

两级无油螺杆式压缩机可达到的最大压力比通常为10～11。

每级压力比分配可按总压力比开平方根求得。

有时考虑第二级的压力差较大，该级的压力比可较第一级取得适当小些。

如果吸人压力为大气压，排出压力在1MPa以上，则应采用三级或三级以上的压缩，这时主要考虑转子的弯曲变形和轴承的负荷来确定该级所能达到的压力。

也就是说，在第三级或第三级以上的级所能达到的压力主要受压差的限制。

这样，可以写出4：6标准齿形的无油螺杆式压缩机，采用不同级数所能达到的终压力（吸入压力为大气压力）：一级压缩小于0.4MPa二级压缩0.4～1.0Mpa三级压缩 1.0～2.0Mpa四级压缩 2.0～3.0Mpa假若压缩机的吸人压力比大气压力低得多或高得多时，应使根据每级的温升及转子的刚度，参照上述数值确定级数和每级的压力比。

级与级之间均需设中间冷却器冷却压缩气体。

对喷油螺杆式压缩机，一般采用一级压缩或两级压缩。