螺桿式壓縮機的發展與前景班級：熱能11-2班 姓名：張斌生 孔禹 螺桿式壓縮機的發展與前景概述 螺桿桿式制冷壓縮機和活塞式制冷壓縮機在氣體壓縮方式上相同，都屬于容積型壓縮機，也就是說它們都是靠容積的變化而使氣體壓縮的。不同點是這兩種壓縮機實現工作容積變化的方式不同。螺桿式制冷壓縮機又分為單螺桿壓縮機和雙螺桿壓縮機。其中雙螺桿壓縮機是利用置于機體內的兩個具有螺旋狀齒槽的螺桿相嚙合旋轉及其與機體內壁和吸、排氣端座內壁的配合，造成齒間容積的變化，從而完成氣體的吸入、壓縮及排出過程。螺桿式壓縮機可分為無油式和噴油式兩種。無油螺桿壓縮機1本世紀30年代問世時主要用于壓縮空氣，50年代才用于制冷裝置中。60年代出現了氣缸內噴油的螺桿式制冷壓縮機，性能得到提高。近年來，隨著齒形和其他結構的不斷改進，性能又有了很大提高。再加上螺桿式壓縮機無余隙容積，效率高，無吸、排氣閥裝置等易損件。因此，目前螺桿式制冷壓縮機已成為一種先進的制冷壓縮機，特別是噴油式螺桿壓縮機已是制冷壓縮機中主要機種之一，得到了廣泛的應用。一.工作原理1.螺桿式壓縮機的組成 螺桿式制冷壓縮機主要由機殼、轉子、軸承、軸封、平衡活塞及能量調節裝置等組成。 機殼：般為剖分式，由機體、吸氣端座及排氣端座等三部分用螺栓連接組成。機體內腔橫斷面為雙圓相交的橫8字形，與置于其內的兩個嚙合轉子的外圓柱面相適合。轉子: 一對互相嚙合的螺桿，其上具有特殊的螺旋齒形。其中凸齒形的稱為陽螺桿(或稱陽轉子)，凹齒形的稱為陰螺桿(或稱陰轉子)。陽螺桿與陰螺桿的齒數比，一般為4:6(大流量的壓縮機齒數比可為3:4，當壓縮比高達20時，齒數比可采用6:8)。多數情況下，陽螺桿與電動機直接連接，稱為主動轉子，陰螺桿為從動轉子，故陽螺桿多為四頭右旋，陰螺桿多為六頭左旋。為了使螺桿式制冷壓縮機系列化，零件標準化和通用化，我國有關部門規定，螺桿的公稱直徑為63、80、100、125、160、200和315mm7種，其長徑比分為=1.0和=1.5兩種。 軸承與輻封：螺桿式制冷壓縮機的陰、陽螺桿均由滑動軸承(主軸承)和向心推力球軸承支承。主軸承用柱銷正確安裝固定在吸、排氣端座內，止推軸承在排氣側陽、陰螺桿上各裝有兩只，以承受一定的軸內力。螺桿式制冷壓縮機的軸封也多采用摩擦環式機械密封器，安裝在主動轉子靠聯軸器端軸上，其結構和原理同活塞式制冷壓縮機的軸封相同。 平衡活塞：由了結構上的差異，因吸、排氣側之間的壓力差所引起的，作用在陽螺桿上的軸向合力，比作用在陰螺桿上的軸向合力大得多。因此，陽螺桿上除裝設止推軸承外，還增設油壓平衡活塞，以減輕陽螺舒桿對滑動軸承端面的負荷，減輕止推軸承所承受的軸向力。 能量調節裝置：由滑閥、油缸、油活塞、四通電磁換向閥及油管路等組成。活塞裝在氣缸壁下部兩圓交匯處，改變滑閥的位置，即可起調節制冷量的作用。螺桿式制冷壓縮機工作時，齒間基元容積作周期性變化，從而使汽體沿轉子軸向移動過程中完成吸汽，壓縮和排氣過程1。2. 螺桿式壓縮機的特點：螺桿式的優點： （1） 螺桿式壓縮機具有較高的齒頂線速度，轉速高達每分鐘萬轉以上，故常可與高速動力機直接相連。因而其單位排氣量的體積、重量、占地面積以及排氣脈動遠比往復式壓縮機為小。 （2）螺桿式壓縮機沒有諸如氣閥、活塞環等零件，因而它運轉可靠、壽命長、易于實現遠距離控制。此外，由于沒有往復運動零部件，不存在不平衡慣性力(矩)，所以螺桿式壓縮機基礎小，甚至可以實現無基礎運轉。 （3）無油螺桿式壓縮機可保持氣體潔凈(不含油)；又由于陰螺桿、陽螺桿齒間實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體及粉塵氣體等。此外，噴油螺桿式壓縮機可獲得高的單級壓力比(最高達2030)以及低的排氣溫度。 （4）螺桿式壓縮機具有強制輸氣的特點，即排氣量幾乎不受排氣壓力的影響；其內壓力比與轉速、密度幾乎無關系，這一點與葉片式壓縮機不同。 （5）螺桿式壓縮機在寬廣的工況范圍內，仍能保持較高的效率，沒有葉片式壓縮機在小排氣量時出現的喘振現象。螺桿式的缺點： (1) 由于齒間容積周期性地與吸、排氣孔口連通，以及氣體通過間隙的泄漏等原因，致使螺桿式壓縮機產生很強的中、高頻噪聲，必須采取消音、減噪措施。 (2) 由于螺桿齒面為一空間曲面，且加工精度要求又高，故加工需特制的刀具及專用的設備。 (3) 由于機器是依靠間隙密封氣體，以及螺桿剛度等方面的限制，螺桿式壓縮機只適用于中、低壓范圍。3工作過程3.1工作過程螺桿式制冷壓縮機的工作過程示意圖 其中，a、b、c為從轉子吸氣側（一般在轉子上方）視圖，表示了基元容積從吸氣開始到吸氣結束的過程；d、e、f為從轉子排氣側（一般在轉子下方）視圖，表示了基元容積從開始壓縮到排氣結束的過程。在兩轉子的吸氣側（圖中a、b、c所示的轉子上部），齒面接觸線與吸氣端之間的每個基元容積都在擴大，而在轉子的排氣側（圖中d、e、f所示的轉子上部），齒面接觸線與排氣端之間的基元容積卻逐漸縮小。這樣，使每個基元容積都從吸氣端移向排氣端。下面以圖6-2中所示某V形基元容積，說明螺桿式制冷壓縮機的工作過程。1.吸氣過程 齒間基元容積隨著轉子旋轉而逐漸擴大，并和吸入孔口連通，氣體通過吸入孔口進入齒間基元容積，稱為吸氣過程。當轉子旋轉一定角度后，齒間基元容積越過吸入孔口位置與吸入孔口斷開，吸氣過程結束。值得注意的是，此時陰、陽轉子的齒間基元容積彼此并不連通。2.壓縮過程 壓縮開始階段主動轉子的齒間基元容積和從動轉子的齒間基元容積彼此孤立地向前推進，稱為傳遞過程。轉子繼續轉過某一角度，主動轉子的凸齒和從動轉子的齒槽又構成一對新的V形基元容積，隨著兩轉子的嚙合運動，基元容積逐漸縮小，實現氣體的壓縮過程。壓縮過程直到基元容積與排出孔口相連通的瞬間為止，此刻排氣過程開始。3.排氣過程 由于轉子旋轉時基元容積不斷縮小，將壓縮后具有一定壓力的氣體送到排氣腔，此過程一直延續到該容積最小時為止。隨著轉子的連續旋轉，上述吸氣、壓縮、排氣過程循環進行，各基元容積依次陸續工作，構成了螺桿式制冷壓縮機的工作循環。由上可知，兩轉子轉向相迎合的一面，氣體受壓縮，稱為高壓力區；另一面，轉子彼此脫離，齒間基元容積吸入氣體，稱為低壓力區。高壓力區與低壓力區由兩個轉子齒面間的接觸線所隔開。另外，由于吸氣基元容積的氣體隨著轉子回轉，由吸氣端向排氣端作螺旋運動。因此，螺桿式制冷壓縮機的吸、排氣孔口都是呈對角線方式布置的。3.2 內容積比及附加功損失內容積比 轉子的齒間基元容積隨著螺桿的旋轉容積的縮小而被壓縮，直至基元容積與排氣孔口邊緣相通為止，這一過程稱為內壓縮過程。基元容積吸氣終了的最大容積為V1，相應的氣體壓力為吸氣壓力p1，內壓縮終了的容積為V2，相應的氣體壓力為內壓縮終了壓力p2。可變基元容積在吸氣終了時的最大容積V1，與內壓縮終了的容積V2的比值，稱為螺桿式制冷壓縮機的內容積比。即螺桿式制冷壓縮機是無氣閥的容積式壓縮機，吸排氣孔口的啟閉完全為幾何結構所定，以控制吸氣、壓縮、排氣和所需要的內壓縮壓力。由于其結構已定，就具有固定的內容積比，這與活塞式制冷壓縮機有很大區別。活塞式制冷壓縮機壓縮終了時的氣體壓力取決于排氣腔內的氣體壓力和排氣閥的阻力損失。如果略去氣閥的阻力損失，可近似地認為活塞式制冷壓縮機壓縮終了時的壓力等于排氣腔內氣體壓力。螺桿式制冷壓縮機內壓縮終了壓力p2與轉子幾何形狀、排氣孔口位置、吸氣壓力p1及氣體種類有關，而與排氣腔內氣體壓力pd無關，內壓縮終了壓力p2與吸氣壓力p1之比稱為內壓力比。即式中壓縮過程的多變指數。排氣腔內氣體壓力（背壓力）pd稱為外壓力，它與吸氣壓力p1之比稱為外壓力比e。螺桿式制冷壓縮機的外壓力比與內壓力比可以相等，也可能不等，這完全取決于壓縮機的運行工況與設計工況是否相同。內壓力比取決于孔口的位置，而外壓力比則取決于運行工況。一般應力求內壓力比與外壓力比相等或接近，以使壓縮機獲得較高效率。附加功損失 當內壓縮終了壓力p2與排氣腔內氣體壓力pd不等時，基元容積與排氣孔口連通時，基元容積中的氣體將進行定容壓縮或定容膨脹，使氣體壓力與排氣腔壓力pd趨于平衡，從而產生附加功損失。下面分三種情況討論：1. 當p2pd基元容積與排氣口相通時，基元容積中的氣體產生突然的等容膨脹過程，多消耗了壓縮功，當基元容積與排氣口相通時。2. .當p2pd，故開始接通時、排氣腔中的氣體倒流入基元容積，在基元容積中的氣體被等容壓縮，使氣體壓力驟然升到pd，然后進行排氣過程，多消耗壓縮功。3. 3 p2=pd：基元容積內壓縮終了壓力p2，等于排氣腔中的壓力pd，只有在這種情況下，壓縮機無額外功消耗，運行的效率最高，因此，為了使運行效率最高，必須使內容積比能自動調節，從而使p2始終與pd相等。 二歷史及背景 1.發展史 同離心式制冷機組相比，螺桿式壓縮機組的發展較晚。1934年瑞典皇家工學院教授Lysholm(里斯曼)發明第一臺雙螺桿式氣體壓縮機。從60年代開始，噴油雙螺桿機組應用于制冷機組。瑞典SRM公司（雙螺桿）首先發明雙邊不對稱型線螺桿，使螺桿機效率大大提高。1960年法國人Zimmern(辛麥恩)（單螺桿）發明單螺桿的新結構。1962年試制出第一臺樣機。70年代初，荷蘭GRASSO(格拉索)制成第一臺單螺桿制冷壓縮機。1972年，日本開始生產單螺桿空氣壓縮機。1982年，開始生產單螺桿制冷壓縮機2。 2.螺桿機在中國的發展3情況： 1975年，由上海第一冷凍機廠完成我國第一臺氨噴油雙螺桿制冷壓縮機制造。 1976年，大連冷凍機廠成功設計制造我國第一臺單機雙級螺桿式制冷壓縮機。1986年，武漢冷凍機廠開發了XBY齒型的新型單邊不對稱圓弧齒型。進一步提高了國產螺桿制冷壓縮機水平。90年開始，國外著名廠商進入我國，在螺桿機方面進行多家合資生產。其中有： 中美合資：上海一冷-開利 23XL系列空調用螺桿冷水機組中日合資：煙臺荏原 螺桿模塊式冷(熱)水機組中美合資：煙臺頓漢布什 空調用全封閉螺桿冷水機組中美合資：武漢麥克維爾 WHS系列R22，R134a單螺桿冷水機組中美合資：江陰特靈 RTHB系列螺桿冷水機組中美合資：無錫約克 YS、YCWS系列螺桿冷水機組中日合資：1998年 大冷-前川 單機雙級雙螺桿壓縮機組中日合資：1998年 大金-三石 CUW系列單螺桿冷水機組中國臺灣地區的復盛在上海設廠生產雙螺桿制冷壓縮機。3 發展現狀螺桿式制冷壓縮機是一種容積型回轉式壓縮機，由于其高效、耐久、結構緊湊和對負載進行平穩調節的特點，兼有了活塞式壓縮機和離心式壓縮機二者的優點，從而逐漸在活塞式和離心式之間找到自己的位置，并在一定冷量范圍內有加速取代活塞式和離心式制冷壓縮機的趨勢，在食品冷凍、冷藏、制冰、民用及商用空調、工業制冷等領域廣泛得到應用。在制冷空調領域內，首先應用的是開啟式螺桿壓縮機4，在經歷了七十年代大發展時期后，由于制冷裝置的應用普及和以改善部分負荷特性的多機組化的發展3趨勢，螺桿機在中、大型機保持穩步發展的同時，中、小型機尤其是半封閉式及全封閉式螺桿壓縮機已得到了市場的廣泛重視和青瞇。 發揮螺桿機的傳統固有技術優勢，積極開發和利用新技術的基礎上，揚長避短，從而在正擁有廣闊市場的往復機制冷容量范圍內開拓中小型螺桿壓縮機的銷售市場。 1單螺桿壓縮機 早期人們曾經認為單螺桿具有雙螺桿的一切優點，并且具有受力平衡，軸承負載小，轉子嚙合面不受力，星輪可采用潤滑性能良好的有機材料，從而噪聲及振動小，沒有雙螺桿的漏氣三角形通道等特點，故認為單螺桿效率應比雙螺桿高出57%。但在經歷二十年后，單螺桿5并未曾像人們想象那樣得到迅速的發展，目前生產廠家僅有45家，即J&E Hall（英國霍爾）、McQuay（美國麥克維爾國際）、DaiKin（日本大金）、MITSUBISHI ELECTRIC（三菱電機）、美國Vilter等。究其原因： 1、單螺桿的發展時間較雙螺桿為短，星輪結構和材料只有少數廠家掌握；2、由于吸排汽通道阻力較大，壓力損失較雙螺桿多，同時高低壓腔內泄露線較長，所個以壓縮效率并不比雙螺桿高。但是單螺桿在轉子受力均衡、軸承壽命，尤其是振動和噪聲低上是它的突出優點，因此在近十年內單螺桿機將會發展的更加完善。 單螺桿主要技術4發展現狀為： 1、大尺寸滾動軸承設計壽命達100,000小時； 2、高強度增強纖維星輪材料減少磨損； 3、受力平衡原理有利于振動可以忽略，噪聲水平極低； 4、除提高轉子加工精度外，轉子嚙合面特殊涂層處理，以消除表面微小凸凹，滑動性能得以改進； 5、半封閉單螺桿采用：壓差供油至軸承及壓縮腔，同時少量冷媒噴射壓縮部分，并與油混合以降低粘性阻力，以克服因密封功能下降造成的容積效率降低以及由于內壓提高引起的功率增加；殼體采用雙層結構和加強筋，將熱應力和壓力的變形降為最低限度；能量調節采用氣體壓力驅動滑閥進行分段調節；采用 粘度和粘度指數均優于礦物油的合成油。2雙螺桿壓縮機雙螺桿壓縮機以瑞典SRM型線系列為主導，先后經歷SRM非對稱型線、對稱型線、又非對稱型線、X、Sigma（5:7）、GHH（5:6）、SRM-D-a、b等型線，以后各公司又開發自己的專利型線。目前大約有37家公司生產雙螺桿機，基本分布在亞洲（日、韓、中、臺）、北美洲（美）和歐洲，主要制造廠家有Hitachi（日立），Dunham-Bush（頓漢-布什），Trane（特靈），York（約克國際Frick），Carrier（開利）、KOBELOO（神戶制鋼所）、Mycom（前川）、Bitzer（德國比策爾）、SABROE（丹麥薩布羅）、Refcomp（意大利萊富康）、Century（韓國慶元世紀）、Fusheng（臺灣復盛）、Hanbell（臺灣漢鐘）等。 目前采取5:6齒數比的約有15家，采取5:7齒數比約有2家、采取6:8齒數比有1家、其余均為4:6齒數比。四發展前景隨著人們對于生活、工作環境舒適性的要求不斷提高，商用中央空調迅猛發展。基于對中央空調行業和冷凍冷藏行業等下游行業的景氣判斷，預計螺桿式制冷壓縮機行業未來5年的年均增長率約10%20%，市場需求持續旺盛。 中央空調器行業統計數據顯示，2004年我國中央空調市場呈高速增長，增長率為48%。商用中央空調行業在房地產開發、百貨倉儲物流、大型公共建筑建設等帶動下，需求繼續旺盛，20052010年，中央空調器銷售額年均增長率約為20%35%。 工業工藝水平日益要求嚴格，帶動工業制冷設備的需求量穩步增長。我國冷凍冷藏行業占整個制冷行業的比例約為20%，遠低于國際成熟市場約40%的比例。冷凍冷藏行業的市場潛力很高，尤其是中低溫冷凍冷藏設備在農、漁、牧行業的發展前景非常廣闊。與發達國家情況相比，大陸地區在農、漁、牧等農副產品的冷藏、冷凍、物流等方面差距很大。樂觀預計工業冷凍冷藏設備2006-2010年平均增長率約為20%25%，中性預計增速10%20%之間。 冷凍冷藏壓縮機可以分為小型冷凍冷藏壓縮機和大中型冷凍冷藏壓縮機，其中小型冷凍冷藏壓縮機主要應用在冷柜(往復式和回轉式結構為主，變頻技術是未來發展方向)和冷藏車(車載型螺桿式壓縮機是方向)領域;大中型冷凍冷藏壓縮機主要應用在鐵路冷藏車、冷藏船只、冷藏集裝箱和冷庫中，以往復式、螺桿式為主。螺桿式壓縮機因其長期適合24小時運轉的特性，以及應用于低溫系統的技術不斷進步，其性能與效率大幅提升，在歐美等發達國家，在低溫冷凍冷藏系統中，螺桿式壓縮機開始逐步取代傳統的活塞式機型成為標準配置。螺桿式制冷壓縮機行業供應與競爭格局螺桿式制冷壓縮機行業是技術密集型行業，生產工藝相對復雜，加工精度要求高，產品和技術更新的難度較大，企業的持續發展既需要一定的研發實力和技術儲備，也需要一定的實踐經驗積累。目前國內螺桿式壓縮機生產廠商通過技術引進、技術合作或自主研發，提高了產品的技術含量和性能質量，但其產品與國際先進水平相比，在型線、噪音、分油效率等方面仍存在一定的差距。螺桿機組將因此得到大力發展，在中型30RT-500RT的中央空調領域，螺桿式壓縮機已經逐步取代活塞式壓縮機。1.單螺桿壓縮機技術發展4上主要表現為：1.中間補氣的經濟器系統的研究及推廣應用； 2.壓縮機內容積無級調節； 3.高效率新型線的開發應用。2雙螺桿主要發展趨勢為： 1、轉子加工精度的提高和質量穩定性； 2、開啟式雙螺桿機在結構和應用上的不足已引起廠家和市場的重視； 3、重量級滾動軸承的應用，以提高主機運轉壽命和為壓縮機小型化、封閉化提供必要條件； 4、合成冷凍機油的應用； 5、壓縮機結構更趨合理和緊湊。3發展方向3.1型線幾何與轉子幾何7 螺桿壓縮機結構簡單,核心部件是一對相互嚙的轉子,轉子的端面型線很大程度上決定了螺桿壓縮機的性能,螺桿壓縮機性能的提高是伴隨著一代又一代轉子型線的成功開發和應用而產生的。 衡量型線的效率主要有以下幾個因素:(1)小的接觸力;(2)光滑的力矩傳遞和油膜形成能力;(3)較短的嚙合線;(4)大的容積腔;(5)容易高效的生產。3.2間隙、氣體泄漏和油的影響 螺桿式制冷壓縮機的熱力學性能受泄漏通道的影響最為