半封闭双螺杆制冷压缩机的研究与开发.pdf(4)

一：O．98m 密封线长度：0．843964一32大连理工大学学位硕论文 密封线泄露面积： 8．43964X10．6m2： 泄露三角形面积： 5．12443X10．61132： 每转排量：!．8959，一33—半封闭双螺杆制冷压缩机的研究与开发 5压缩机的设计 5．1压缩机设计方案及总体布局 5．1．1电机冷却方式半封闭压缩机的电机封闭在机体内，它在运行过程中会产生热量，为了使电机温度 不致过高，需要将产生的热量及时带走。常见的电机冷却方法有吸气冷却、排气冷却、 喷液冷却等。排气冷却是指从压缩腔中排出的高温高压气体流经电机，带走热量。这种方式的优 点是不影响压缩机的效率，但它的缺点是电机温度很高，容易烧毁电机，而且电机在高 温时效率降低。此外，排气中一般含有较大比例的液体润滑油，也会对电机造成不利的 影响。一般在小型的全封闭活塞压缩机中有采用。喷液冷却是指高压工质液体经节流后喷入电机腔中，蒸发吸收电机的热量，产生的 气体或者与吸气混合后进入压缩腔，或者从补气口进入压缩腔。这两种方式都会降低压 缩机的效率，与吸气混合后再进入压缩腔的方式还会降低系统的制冷量。喷液冷却方式 的电机温度比较低。

采用这种冷却方式时系统比较复杂，控制难度大。本产品采用吸气冷却，从蒸发器来的气体流经电机进入压缩腔，带走电机的热量。 这种方式增大了蒸气的过热度，对压缩机效率有不利的影响。但这种方式结构简单，非 常可靠，不用控制，在一般的工况下电机都可得到良好的冷却。 5．1．2能量调节方式螺杆压缩机能量调节一般有滑阀调节、柱塞阀调节、转速调节等。转速调节效率高， 需要调速装置，价格昂贵，在小型压缩机中有应用。柱塞阀调节结构简单，但效率不高， 一般在小型压缩机中有应用。一般的大中型压缩机都采用滑阀调节，滑阀调节的效率高，结合油路设计可做成有 级调节或无级调节。适当设计可使压缩机在一定的负荷范围内保持内容积比不变。但滑 阀调节对加工精度的要求比较高。我公司现有的开启式和半封闭式压缩机都采用滑阀调 节，滑阀的加工制造技术比较成熟。本次设计也采用滑阀调节。 5．1．3油路设计压缩机在运行过程中，需要向压缩机的一些部位喷入润滑油。润滑油有以下的作用：大连理工大学学位硕论文润滑压缩机内部有多处存在相对运动，转子间、转子与机体、轴承、滑阀等。 这些部位即使在短时间内的润滑不良都有可能造成机器的严重损坏，因此必须保证良好 而可靠的润滑。

密封螺杆压缩机是靠间隙密封的，密封线间隙、排气端间隙、转子与机体间隙、 泄露三角形等都是重要的间隙。间隙的泄漏对压缩机的效率有巨大的影响。向这些间隙 中喷入润滑油可大大降低气体的泄漏量，提高压缩机效率。其它还有冷却、降噪、液压驱动等作用。本产品油路系统靠压缩机的吸排气压差维持循环，不用油泵，尽量简化油路系统。 在空调工况下，压缩机的排气温度不是很高，也就是说压缩机排出的润滑油温度不高， 所以系统不用油冷却器，这样，进入压缩腔的润滑油不能起到冷却压缩过程的作用，而 是有加热的负作用，因此，在保证润滑和密封的前提下，要尽量减少喷入压缩机的润滑 油量。需要供应润滑油的部位有：转子吸气端轴承、排气端轴承、滑阀驱动油活塞、转子 间及转子与机体等部位。供给轴承的润滑油量(在下一章中有计算)应保证能够及时带 走轴承产生的热量，不致轴承温升过高。向油活塞的供油是间断的，只有在压缩机增载 过程中才进行，但要控制好供油速度，避免增载过快或过慢。单台压缩机的冷量不大，负荷设计成有级调节，共分四级：25％、50％、75％和100％a 电磁阀的状态。图5．1负荷调节油路theoillineloadF遮．5．1ofadjusting半封闭双螺杆制冷压缩机的研究与开发表5．1电磁阀状态T曲．5．1thestatesolenoidvalves负荷SVlSV2SV325％开关关50％关开关75％关关开100％关关关 5．1．4轴承选择径向轴承选用圆柱滚子轴承。

有以下几方面的原因：l转子啮合间隙及转子与机体孔的间隙 非常小，转子需要精确的径向定位，否则会产生转子间或转子与机体孔的咬合现象；2转 子在工作过程中要承受较大的径向力。因此选用承载能力大、定位精度高的圆柱滚子轴 承。阴转子排气端的径向力较大，而轴承尺寸比较小，所以此处用两个轴承并联运行， 共同承受径向力。轴承计算见下一章。 ．止推轴承选用配对安装的角接触球轴承。有以下几方面的原因：l转子端面与吸排气端面的 间隙很小，特别是排气端面间隙，只有40--50微米，转子需要精确的轴向定位，否则会 产生转子端面咬合现象；2转子在工作过程中产生较大的轴向力。因此选用定位精度高 的角接触球轴承。压缩机在正常的运行过程中，转子承受的轴向力的方向是一定的，即 由排气端指向吸气端，此时只有一个角接触球轴承受轴向力，但是在某些特殊的情况下， 转子轴向力方向可能会发生短时间的逆转，所以需要配对的止推轴承。阴转子的轴向力 比较大，采用配对的角接触轴承再串联一个角接触轴承，使其中的两个轴承共同承担轴 向力。轴承计算见下一章。 5．1．5补气口制冷系统在带经济器运行时效率有所提高，特别是在高压比的时候。我厂以前的半 封闭压缩机，在机体上设有补气口，在满负荷运行时，可以向压缩腔补气；而在部分负 荷运行时，补气口与吸气相通了，所以部分负荷时不能进行补气运行。

新设计压缩机的 补气口开在滑阀上，滑阀移动时补气口位置也发生变化，能在部分负荷(75％、50％) 时进行补气，这样能够提高带经济器运行时部分负荷时的效率。大连理工大学学位硕论文 5．1．6油分离器在压缩过程中有润滑油流入压缩腔，这些油随气体一起被排出转子腔，如果不能将 其分离出，这些油就会进入制冷系统的各个角落，使得系统不能正常工作。因此需要压 缩蒸气在进入冷凝器前先进入油分离器，以分离出其中的大部分的油。为了制冷系统简洁，该压缩机的油分离器与压缩机集成在一起。分离器为圆筒状， 钢质外壳，用法兰固定在压缩机的排气侧。内部的分离材料为不锈钢丝网。见图5．2。 需要说明的是，这个分离器的分离效率不是很高，仍有相当的润滑油经过分离器进入系 统，在高温干式蒸发系统中，这些油可以随着压缩机的吸气重新进入压缩机，从而保证 油循环的平衡；而在低温系统和满液式蒸发系统中，该分离器就不能满足要求了，就需 要在系统中考虑其它的措施。 5．1．7总体布局压缩机力求紧凑、简洁。阳转子与电机转子共用一根轴，电机转子悬臂布置。油分 离器与压缩机集成一体，用法兰连接。机体下部设蓄油池，整个油路都布置在机体上， 油过滤器装入机体内部。

吸气过滤器装在电机腔内部。通常条件下压缩机与制冷系统的 连接只有两处：吸气管和排气管。图5．2为压缩机结构及油路。<：j1-吸气过滤器2一封闭电机3．油过滤器4．转子5一滑阀6．油活塞7一蓄油池8-油气分离网9，10．阻尼孔11一毛细管SVl，2，3．电磁阀图5．2压缩机结构及油路schematicoftlleStⅢcnlremdoillineF追．5．2compmssor半封闭双螺杆制冷压缩机的研究与开发 5．2压缩机主要几何结构 5．2．1吸气口设计正确地开设吸气口(包括合理的位置和形状)，是螺杆压缩机可靠而高效工作的一 个必要条件。对吸气口的要求有以下几个：吸气口的开设要尽量减少吸气封闭容积的影响；吸气孔口的设置要能保证齿间容积最大限度地充气，以提到压缩机的输气量；吸气孔口的面积应尽量大，气流通道应尽量平滑，以减少工质的流动损失。设计吸气口，关键的工作就是计算阳、阴转子的吸气结束角％s和口n。当齿间容积 最大时，吸气就应该结束，据此可计算出口Is和口2s。轴向吸气口如图5．3a，在满足某些条件下，当阴转子齿II开始侵入阳转子齿间容积内l时，齿 间容积对fol、f02的容积之和达到了最大值，这时吸气过程应该结束。

此时阳转子齿I 的齿顶线与转子中心线的夹角为∥，测量得卢227·6。。当阴转子齿完全扫过阳转子齿间 容积f01时，阳转子转过的角度为卿I，如图5．3b所示。‰：∥+望：27．6+掣：99．6。)Z1所以，阳转子吸气角口-s22；r一仍t，为了满足一般条件下转子最大限度的吸气，需 要对此公式进行修正，如下：口b=2x一仍I+△妒△妒——阳转子吸气角的修正系数。压缩机的阴、阳转子从吸气端面开始啮合，到在排气端面完全解脱啮合，阳转子需 转过(t：+仍t)的角度。但是若(『l：+‰)大ff：2，r，那么相互啮合的齿在排气端没 有完全解脱啮合的情况下，在吸气端就已重新开始了啮合，即转子齿间容积的解脱和侵 占在同一齿间容积内同时发生，这样就会导致吸气量的减小。假定齿间容积的解脱和侵 占成对称关系，如图5．4。所以当flz+仍女≤2万时，△妒=0：当fl：+仍。>2万时，△P2三学大连理工大学学位硕论文a)图5．3轴向吸气口AxialinletFig．5．3VVoO1—扩大的齿间容积2一减少的齿间容积3一实际的齿间容积亿+仍々>2丌％s的修正角△伊l-I：+仍^>2万△妒when图5．4确定时吸气角theFig．5．4determiningangle 该压缩机1=+‰2296。

由一对锥齿轮组成的相交轴间的齿轮传动[锥齿轮传动][33]12[0957-01]z[33][0957-02]分类[齿高形式]直齿锥齿轮传动m曲线齿锥齿轮传动mm[曲线齿锥齿轮的类型]abmmmm参考书目北京齿轮厂编：《螺旋锥齿轮》，科学出版社，北京，1974。2）取安装齿轮的轴段，d2335mm锥齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，已知锥齿轮轮毂长l40.7~44.4mm，为了使套筒端面可靠地压紧端面，此轴段应略短于轮毂长，故取l2340mm，齿轮的右端采用轴肩定位 轴肩高度。螺杆式的进气侧吸气口，必须设计得使压缩室可以充分吸气，而螺杆式压缩机并无进气与排气阀组，进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口之自由空气相通，因在排气时齿沟之空气被全数排出。

它是利用螺杆式压缩机中两个阴、阳转子的相互啮合，在机壳内回转而完成吸气、压缩与排气过程。顶隙系数c*0.25，齿顶高系数ha*1，螺旋角m0，轴夹角90不变位传动，齿高用顶隙收缩齿。螺杆式的进气侧吸气口，必须设计得使压缩室可以充分吸气，而螺杆式压缩机并无进气与排气阀组，进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口之自由空气相通，因在排气时齿沟之空气被全数排出。

在布置径向吸气口时双螺杆制冷压缩机，为了压缩机在 安装和检测方便，从吸气端面开始起的一小段距离内，不做径向挖空，如图5．5a中， A／=5ram。 5．2．2排气口设计轴向排气口 ．螺杆压缩机排气口的位置和形状，应保证气体在齿间容积内实现预定的内压缩，以 提高机器运转的经济性。要实现预定的内压缩，就要采用合适的内容积比。对于每一个 内容积比，就有一个对应的排气口。根据螺杆压缩机的运行工况，可算出所要求的内容积比。通过齿间容积的变化规律， 可得到与此时内容积比对应的阳转子内压缩角红c和阳、阴转子的轴向排气角口ld、口2d。根据SCROPATH程序的模拟结果，在空调工况下，最佳的内容积比6r应为2．2； 在热泵工况下，最佳的内容积比5r应为5．0。大连理工大学学位硕论文矿廿一导)甲1。当占，：2．2时，张。=296。，(1—02．9．28／1+j1·99·6。=213．9。‘当纠％，驴2盼。(·一半)_1蛆sqs7．so由阳转子吸气角％。、内压缩角力c、及扭转角2"Z：，并考虑到排气是在齿间容积的前 端齿开始的，可以得到阳转子排气角，见图5．8。2rt．tZld2口1{。仍c一一根据阴阳转子同时排气的原则，阴转子排气角． 2rr2％d zqd4-一 。

螺杆式的进气侧吸气口，必须设计得使压缩室可以充分吸气，而螺杆式压缩机并无进气与排气阀组，进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口之自由空气相通，因在排气时齿沟之空气被全数排出。螺杆空压机的工作过程详细分析之排气过程：当转子的啮合端面转到与机壳排气口相通时，被压缩的气体开始排出，直至齿尖与齿沟的啮合面移至排气端面，此时阴阳转子的啮合面与机壳排气口的齿沟空间为0，即完成排气过程，在此同时转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，进气过程又再进行。当转子的排气口端面与机壳排气口相通时（此时气体压力最高），被压缩气体开始排气，直至齿峰与齿沟的吻合面移至机壳排气端端面，此时两转子的吻合面与机壳排气口之间的齿沟空间为零。

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