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1、制冷压缩机系列讲座（二十四） ：螺杆式制冷压缩机制冷压缩机系列讲座（二十四） ：螺杆式制冷压缩机 II 热力性能热力性能 信息来源：中国制冷空调技术网 更新日期： 2009-3-4 关键词：关键词：制冷压缩机，螺杆式制冷压缩机，热力性能 热力性能热力性能 一一 输气量输气量 1.理论输气量理论输气量 螺杆式压缩机输气量的概念与往复式相同，也是把单位时间内排出的气体量折算为吸 入状态下的气体容积值定义为输气量。 根据螺杆式压缩机的工作过程，转子每分钟所转过的齿间容积总和的理论输气量为 （24-1） 1 1012202vtpp qz nVz n V=+ 式中 理论输气量，单位为min； vt q
2、3 /m 12 ,z z阳阴转子的齿数； 01P V 、 02p V 阳阴转子的一个齿间容积，单位为； 3 m 、阳阴转子转速单位为 r/min。 1 n 2 n 2.实际输气量和容积效率2.实际输气量和容积效率 螺杆式压缩机的实际容积输气量也与往复式压缩机一样，是理论容积 输气量与容积效率 va q vt qV之乘积 va q vt qV （24-2） 影响螺杆式压缩机容积效率的因素虽然与往复式压缩机有不同程度的相似，但是由于螺杆式压缩机没 有余隙容积，所以几乎不存在再膨胀的容积损失，容积效率随压力比增大并无很大的下降，这时制冷用尤 其是热泵用压缩机而言是十分有利的。 值得强调的是影响V的重
3、要因素是螺杆式压缩机机中转子间啮合间隙，转子与气缸内壁、端盖面的 间隙处的泄漏。螺杆式压缩机工作过程中的气体泄漏有两种情况：一为外泄漏，基元容积中压力升高的气 体向吸气通道或正在吸气的基元容积中泄漏，直接影响容积效率；另一为内泄漏，是具有较高压力基元容 积中气体向较低压力的并正在压缩的基元容积中泄漏，它只影响压缩机的功耗，对容积效率几乎没有影响。 泄漏与两转子接触线长度和间隙面积有关，而且还同螺杆喷油的温度和喷油量有关，温度低，油粘度加大， 则密封效果好。试验证明，接触线长度短，间隙值小，油温低和增加一定喷油量，有利于容积效率的提高。 二二 内压缩过程内压缩过程 螺杆压缩机在等熵压缩过程中内压
4、力 i 与内容积比的关系式为 i V i （24-3） k i V 即 0 k p i s V P PV = （24-4） 式中 P V独立一对基元容积； 0s P吸气压力； , i PV 基元容积内瞬时压力、容积。 瞬时基元容积V与转子转角的函数关系为V ()V，通常用填塞容积法来求取，瞬时基元 容积V写成 V P VV （6-5） 其中，V()() 12 i VV +2 式中， 基元容积中瞬时填塞容积，其值同转子转角的函数关系也为VV，它应 为阳阴转子相互填塞容积之和，即式（6-29） ； ()V ( 11 V) ) ) 阳转子独立基元容积被阴转子填塞的瞬时填塞容积； ( 22 V阴转子独
5、立基元容积被阳转子填塞的瞬时填塞容积。 () 11 V和容积变化可以取端面齿间面积的变化关系计算而得。设阴转子填塞阳转 子齿间端面面积和阳转子填塞阴转子齿间端面面积，它们与转子转角 ( 22 V 01 a 02 a得函数关系式为 () 01011 aa= () 02022 aa= 对于等轴节距的转子，轴向长度dL与转子转角函数关系为 2 h dLd = 式中 h转子导程。 因此，瞬时填塞式容积和() 11 V() 22 V可写成 ()() 1 1 11011 0 2 h Va 1 d= （24-6） ()() 2 2 22022 0 2 h Va = 2 d （24-7） 图图 24-1 阳转
6、子齿间容积被填塞过程图阳转子齿间容积被填塞过程图 1.阳转子内压过程 图 24-1a 所示为非对称阳转子在吸气端面上得齿形，阴影面积表示阳转子上 所讨论的独立基元容积。 当吸气端阳阴转子齿 01 a s I和 s I到达机体内壁周围的相交点， 即是填塞的开始点， 此时，阳转子齿顶中心线正好和线重合，规定此位置对应阳转子转角 H 1 HO 0 1 0 =，与中心联机 夹角为 1 HO 12 OO 01 。必须指出，对称圆弧齿形，如图 24-2 所示，阳转子齿 s I的齿顶要经过点之后，填 塞才能开始，对应齿 H s I的转角的位置应该是齿的中心线与线组成 0 1 0 = 12 OO 1 角。从此
7、位置开始， 随着阴转子齿不断伸入阳转子基元容积，阳转子独立的基元容积被填塞逐渐变小，造成容积内气体压力上 升。通常把填塞分为两个阶段进行： 图图 24-2 对称圆弧齿形开始填塞（对称圆弧齿形开始填塞（ 0 1 0 =）时的转子位置）时的转子位置 第一阶段，阳转子齿 s I由图 24-1a 所示位置经过图 24-1b 位置到图 24-1c 位置，从吸气端面看，阴转 子扫过阳转子的齿间面积正好是面积，从转子轴在线看（图 624-1c） ，阳阴转子形成了完整的连续接触 线 123451，填塞过程第一阶段到此结束。此时，令阳转子转角为 01 a 01 ，则 01101 1 2 z = =+ （24-8
8、） 式中 1 z阳转子齿数。 此阶段中，阳转子被填塞的容积为 () 01 1 1 0111 0 2 h Va d= （24-9） 式中 阳转子的导程。 1 h 第二阶段，阳转子填塞应为常值填塞，转子转角 1 应从第一阶段结束时的转角开始，到阳转子基元 容积与排气孔口连通的瞬间为止（图 24-1d） 。从吸气端面看，阴转子的齿完全的覆盖阳转子在端面上的齿 间面积（图 24-1c） ，从转子的轴向看，它是完整的接触线 123451 由吸气端向排气端推移，好像往复式 压缩机气缸内的活塞一样，使阳转子独立基元容积减少。 01 a 在此阶段中，阳转子被填塞的容积为 ( 1 1011 2 c h Va =
9、) 01 （24-10） 式中 阳转子从填塞开始到排气孔口连通时内压缩转角，见图 24-1d。 1c 由式（24-9） 、式（24-10）得到阳转子总的填塞面积 1 V为 ()() 01 11 1011101101 0 22 c hh Vada = + 经整理后得 ()() 01 1 10111011 0 2 c h Vada = + 01 （24-11） 图图 24-3 螺杆式压缩机的效率曲线图螺杆式压缩机的效率曲线图 -可变内容积比可变内容积比 固定内容积比固定内容积比 2.阴转子内压缩过程 阴转子独立基元容积填塞应在图 24-1a 中与阳转子独立基元容积沟通开始， 如图 24-3 所示，
10、此时阳转子填塞阴转子基元容积的内压缩转角 0 2 0 =。由图可知得到阴转子独立基元容积比 阳转子延迟开始的转角 2 2 a =，即为阴转子齿宽中心角。按阳阴转子啮合原理可以得到如下关系式 2211 2i = （24-12） 式中 阳阴转子传动比。 21 i 但是，有的阴转子无齿宽中心角,上式即为 （24-13） 221 i =1 3.内容积比、 内压力比 i V i 和内压缩转角 1c 由式 （24-3） 式 （24-4） 式 （24-5） 并顾及扭角系数C 引起基元容积充气减少，可得到内压力比 i 表达式为 K p i P C V VV = (24-14) 对于实际螺杆压缩机，还要考虑压缩
11、时气体得泄漏，喷油所占据体积，及吸入气体加热等影响因素， 因此时（24-14）还需要修正成 012 k pv i i sPp C V p pKVVK qC V = v （24-15） 式中，喷射和润滑的油量进入基元容积中，同制冷剂气体混合后一起由排气管排出，其值通常取q pv C V 乘积的（0.61）； 计算内压力比时的修正值，通常取0.9； 1 K 1 K 油在压缩过程中雾化和减少气体泄漏的影响值，通常取 1； 2 K v 容积效率，参看图 6-19，设计时取 0.80.9。 三三 功率和效率功率和效率 螺杆式压缩机功率和效率的定义及计算与第二章中所述相同。 影响螺杆式压缩机轴效率 e 的主要因素 是指标效率 i 和机械效率 m 。 i 受到气体流动所造成的动力损失和压缩机内部的内泄漏影响。图 6-19 的实践给出了使用 R22 和 R717 工质的螺杆式压缩机在不同内容积比时等熵效率 i V ts 与内压力比 i 的关 系，虚线表示可变内容积比与 i V ts 与 i 的关系。 主要参考文献： 1、缪道平，吴业正 主编，制冷压缩机。机械工业出版社，2004。 2、朱立 主编，制冷压缩机与设备。机械工业出版社，2005。 3、郁永章 主编，容积式压缩机技术手册。机械工业出版社，2005。 4、高等职业技术教育教材，制冷压缩机。中国商业出版社，2004。
