螺杆式空气压缩机基本结构工作原理喷油特性

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螺杆式空气压缩机
螺杆式空气压缩机组是为铁路系统应用而设计，专门用于铁路车辆用风的电动空气压缩机设备，主要作用是为车辆制动、空气弹簧减振、塞拉门开闭等提供压缩空气。

螺杆式空气压缩机由于结构简单、易损件少、排温低、压比大，尤其不怕带液、带尘压缩。

其维护费用低，动转稳定，因此各行业用的螺杆式压缩机，在国内外得到飞速发展。

不论从排量范围，机型多样化，还是从压缩机的性能、技术一经济指标来衡量，螺杆式空气压缩机正逐渐取代活塞式空气压缩机。

7.1嫘杆式空压机基本结构
TSA型螺杆式空气压缩机组由4大主要部件构成：即驱动装置、空压机机体、风冷装置和底座。

它们用螺栓连接在一起，组成一个紧凑的底座支承的机组，由弹性减振器挠性地
接到一个共用底座上，共用底座与机车用螺栓刚性连接紧固。

TSA型螺杆式空气压缩机组的外形和结构如图4.38所示，其中包括：
(1)驱动装置：三相交流电动机、直流电动机法兰式安装。

(2)压缩机机体：空气压缩机一对螺杆组装配在机头的壳体中，组成空压机机头，机头再装人油气筒中。

油气筒组成上还装有油分离系统，这个主要的组件还装有过滤、控制系统的元件。

图4.38螺杆式空气压缩机组的外形
(3)风冷却装置：采取强迫自通风冷却方式。

一对联轴器分别装配在驱动电机和压缩机体主动转子轴上，电机、中托架、蜗壳、风机后盖在轴向组成了一个刚性很好的结构，这一结构使其具有自支承作用。

蜗壳中容纳了离心式风扇.风扇装在电机端的联轴器上。

蜗壳上部装有扩压器与冷却器相联接。

冷却器分为前后两部分，前部起冷却油的作用，后部起冷却空气的作用。

冷却器借助离心式风扇供给的冷却空气来交换压缩过程所产生的热量。

(4)共用底座：压缩机机体、驱动装置及冷却装置3大部件是采用弹性减震垫平稳地固定在一个钢制共用底座上，底座下方有4个安装孔用于与机车固定整机。

共用底座将以上3个部件联成一个整体，便于运输与安装。

另外，还对螺杆式空压机配置了时间计时器，记录机器的实际运行时间，便于用户对机器的维护。

采取压力开关、温度开关及安全阀等保护措施，保证了系统的运行安全。

目前螺杆式空压机安装在机车上，与空压机配套的控制按键(开关)安装在机车司机室控制台内，电力机车主电源三相AC380V／50Hz.控制电源DC110V；内燃机车DC110V，均由机车供电，空压机出风口与机车空气干燥器人口相通，压缩空气经干燥后再送往机车总风缸。

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7.2螺杆式空压机工作原理
7.2.1螺杆齿形概述(见图4.39)
(1)齿形前段：端面齿形上前段型线，旋转时在前。

图4.39空压机螺杆机啮合型而
(2)齿形后段：端面齿形上后段型线，旋转时在后。

(3)型线种类：摆线、圆弧、直线(蜕化的摆线)、椭圆、抛物线、包络线等，均属二次曲线。

(4)端面型线：齿形的端面是垂直于转子轴线的平面.型线在该平面上称为端面型线。

由端面型线组成的齿形称为端面齿形，简称齿形。

(5)型面：主、从动转子的凸出和凹人的齿面，为空间曲面。

齿形也就是型面在垂直于转子轴线平面上(即端面)的投影。

型线中，将螺杆压缩机的转子齿形分为单边和双边齿形、对称和非对称齿形。

只在转子节圆内或外的一边具有型线.称为单边齿形。

而节圆内外均具有型线，称为双边齿形。

以齿顶中心线为界的两边齿形完全相同的齿形为对称齿形，反之为非对称齿形。

7.2.2螺杆齿数选择
一对相互啮合转动的螺杆，主动螺杆(阳转子)齿数为Z1，从动螺杆(阴转子)齿数为Z2。

通常转子齿数Z1、Z2减少，可以增加齿间面积，但是刚性下降。

一般情况下，转子齿数增加.机器可达到较高的压力比(因为此时转子刚度大，允许较大的压力比)。

当压缩机的吸入压力与压出压力差值较大时，为使主动转子与从动转子有相近的刚性或抗弯强度，从动转子往往采用比主动转子较多的齿数。

目前用的最多的齿数比为5／6，此时主动转子和从动转子刚性接近，螺杆转子与机体内壁的间隙值可以减小，有利于提高机器效率。

TSA系列螺杆空压机采用的是国内外先进的单边非对称摆线齿形，主、从转子齿数比为Z1／Z2＝5／6。

试验证明，非对称齿形的泄漏比对称齿形小，容积效率较高。

7.2.3螺杆空压机工作原理
TSA系列空压机是一种双轴回转容积型压缩机.采用国内外成熟的双螺杆喷油结构。

进气口开于机头上部，排气口开于下部，采用先进的单边非对称摆线齿形，齿数比Z1／Z2＝5／6，一对相互啮合、旋向一左一右的高精度主(阳)、从(阴)转子水平平行装于机壳内部，主(阳)转子有5个形齿，从(阴)转子有6个形齿。

主转子直径较大，从转子直径较小。

齿形成螺旋状，环绕于转子外缘，两者齿形相互啮合。

具有非对称的啮合型面。

主、从转子两端分别由轴承支承，进气端各装有一只滚柱轴承，排气端各装有一只推力轴承及一只滚柱轴承支持。

滚柱轴承承担径向力，推力轴承承担轴向力。

传动方式为直接传动式。

电机通过弹性联轴器直接驱动压缩机主动(阳)转子，由于两转子相互啮合，主动转子即直接带动从动转子一同旋转。

利用机组运转使自身产生压力差，在空气被压缩过程中，冷却润滑油通过压缩机机壳下部的喷嘴直接注入转子间啮合部分及轴承部位，并与空气混合，带走因压缩而产生的热量，达到冷却效果.同时形成油膜，防止转子间金属与金属直接摩擦，油膜能自动封闭转子之间和转子与机壳之间的间隙。

TSA系列螺杆式空气压缩机属于容积型空压机，这就决定了其工作原理。

双螺杆的一对互相啮合的主从(阳阴)转子，其中阴转子的齿是凹型，阳转子的齿为凸型。

如将阳转子的凸齿视作活塞，阴转子的齿槽视作气缸。

就如同活塞式压缩机的工作过程。

随着一对转子按一定传动比的旋转运动，转子的基元容积(齿槽与机体内圆柱面、端壁面共同构成的工作容积称为基元容积)由于阴阳转子的齿相继侵入而发生改变。

压缩原理分为4个过程，如图4.40所示。

TSA-230A压缩机结构如图4.41
所示。

(1)吸气过程
在转子机体的一端有吸气口，必须设计得使压缩机可以充分吸气，而螺杆式压缩机进气只靠进气阀的开启、关闭调节。

当吸气时，气体经吸气口进入基元容积对(阴阳转子各有一基元容积共同组成一对基元容积)，当阳转子转动时.转子的齿峰连续地脱离阴转子的齿槽，齿槽空间容积增大.直到容积达最大值时，齿沟空间与进气口空气相通，因排气充了时齿沟处于真空状态.因此进气口外界空气即被吸人，沿轴向流入主从转子的基元容积内。

当空气充满了整个齿沟，吸气终了，如图4.40(a)所示。

图4.40一个槽容积的工作过程
(a)吸气终了；(b)压缩；(c)压缩终了；(d)排出气体。