29
3.4 转子的受力分析
3.4.1 轴向力 3.4.2 扭矩 3.4.3 径向力
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3.4 转子的受力分析

力和力矩：齿轮作用力、气体作用力、轴承支反力、平 衡活塞推力、转子自重和输入力矩、气体内力矩、摩擦 阻力矩等。
作用在转子上的力和力矩
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3.4.1 轴向力
轴向力：
Qa (Qga.d Qga.s ) Qga.a Qge.a
1
绝热效率ηad：等熵绝热压缩功率Pad与轴功率P的比值
ad Pad P
反映了压缩机能量利用的完善程度。
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3.3.5 轴功率及绝热效率
1、干式螺杆压缩机的绝热效率
受到压缩机的容积流量、 具体的结构、吸排气压力、 气体种类等的影响。 高压比下，容积效率下降， 进而影响到绝热效率
3.3 热力性能计算
3.3.1 理论工作过程 3.3.2 实际工作过程 3.3.3 内压力比及压力分布图 3.3.4 容积流量及容积效率 3.3.5 轴功率及绝热效率 3.3.6 排气温度 3.3.7 喷油影响及喷油量计算
1
3.3.1 理论工作过程
假设：无摩擦、无热交换、无泄漏、无吸排气压力损失。
螺杆压缩机的实测指示图
9
3.3.2 实际工作过程
一、气体泄漏的影响

转速越低泄漏越严重。容积流量和效率都降低。 内泄漏：泄漏的气体不会直接影响到压缩机的容积流量 如高压腔（压缩腔、排气腔）漏到低压腔，非吸气腔。 （内泄漏使齿间容积气体温度升高，导致功耗增加， 同时，加热作用会间接降低容积流量）

与活塞压缩机不同，螺杆压缩机的内外压力比可以不相等
3
3.3.1 理论工作过程
2、内、外压力比不相等的工作过程
内、外压力比不相等的工作过程
a）内压比小于外压比
b）内压比大于外压比
额外的功耗及噪声和振动
4
3.3.1 理论工作过程
三、吸气提前或延迟结束的工作过程（流量减小）

当吸气过程在齿间容积达到最大值之前结束时，气体 将在吸气结束之后进行膨胀，达到最大容值。
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3.4.3 径向力

1、 斜齿啮合时的径向分力 2、气体径向分力 3、转子自重产生的径向力
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3.4 重点
（1）转子轴向力包括那些？ （2）转子的扭矩包括哪些？ （3）转子径向力包括哪些？ （4）轴向力的方向？ （5）阳转子拖动阴转子的方案中，是否两转子都为重载 转子？同步齿轮是否传递较大扭矩。
压缩过程开始时为原点
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3.3.4 容积流量及容积效率
一、理论容积流量
扭角系数=V0/Vmax
qVt C qV 0 z1n C Cn1nD13
二、实际容积流量 :折算到吸气状态的实际容积流量
qV V qVt V C Cn1nD13
三、容积效率

实际容积流量与理论容积流量的比值
容积效率随压力比
超高压力比下压缩机 的容积效率
曲线平坦，可用于高压 比场合
压比大于10时，常采用多级压缩
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3.3.5 轴功率及绝热效率

一、等熵绝热压缩功率 等熵绝热功率Pad
pd Pad ps qV p 1 s
1


二、绝热效率
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3.3.7 喷油影响及喷油量的计算
一、喷油影响

一定压力的润滑油、喷水、喷制冷剂或喷其它液体 喷油提高了压力比，简化的结构设计，降低排气温度，降低 噪声。 冷却、密封、润滑和降噪四个功能。

2、喷油量的计算

在给定排气温度后，螺杆压缩机的喷油量可由压缩机的热平
衡式决定。
P qmg c pg (Td Tsg ) qmo c po (Td Tso )
Qga.d 及Qga.s 气体压力作用于螺杆排 出端及吸入端所产生的 轴向力 Qga.a 气体压力作用于螺杆齿 面上所产生的轴向分力 Qge.a 齿轮传动所产生的轴向 分力
由排出端指向吸入端的轴向力取正值。轴向力Qa为止推轴承所承 受。 在高压比机器中，阳转子上会设置平衡活塞：
Qa (Qga.d Qga.s ) Qga.a Qge.a Qb.a
1 pd Pad ps qV 1 1 ps
干式螺杆压缩机的绝热效率
ad Pad P
21
3.3.5 轴功率及绝热效率
2、喷油螺杆压缩机的绝热效率
粘度大，扰动损失大，但密封效果好 需要权衡功耗和密封两方面来决定所用油的粘度。
i Pad P i

轴功率=指示功率+机械摩擦损失功率

机械效率：指示功率与轴功率之比


压缩机的绝热指示效率与绝热效率之间的关系为 ：
绝热效率=机械效率×绝热指示效率
ad i m
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3.3.6 排气温度

1．机体 机体是螺杆压缩机的主要部件，它由中间部分的气缸 及两端的端盖组成。双层壁结构和单层壁结构 。
五、喷液的影响

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3.3.3 内压力比及压力分布图
一、内压力比

齿间容积的内压缩终了压力pi，与吸气压力之比。 理想气体处理，绝热过程内压力比εi为：

pi V0 V ps V i

同一台机器 内容积比是定 值

当内容积比为3.5，丙烷4.17氨5.03空气5.78、氦气7.71

当吸气过程在齿间容积达到最大值之后结束时，齿间 容积中的气体将有一部分重新回流到吸气孔口内。
5
3.3.1 理论工作过程
四、具有穿通容积的工作过程 穿通容积：齿间容积达到最小容积。（余隙） 吸气、压缩、排气、膨胀
6
3.3.1 理论工作过程
五、具有封闭容积的工作过程 吸气封闭容积 ：齿间容积达到最小值后，不立即开始吸气 吸气口开启不及时 排气封闭容积 ：齿间容积达到最小值前，排气已经结束 排气口提前关闭
V qV qVt
0.75-0.95
反映了压缩机几何尺寸利用的完善程度，主要由气体泄漏所致
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3.3.4 容积流量及容积效率
转速低、容积流量小、压力比高、不喷液的压缩机，容积效率低 转速高、容积流量大、压力比低、喷液的压缩机，容积效率高 ηv= 0.75~0.95
1、干式螺杆压缩机的容积效率
压差增加， 效率下降 不大
3、喷油螺杆制冷压缩机和工艺压缩机的绝热效率
对于制冷及工艺压缩机，载荷较大，吸排气压力变化 范围宽，故对大中型机器采用滑动轴承，导致机械摩 擦损失增大，故绝热效率降低。
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3.3.5 轴功率及绝热效率
3、绝热指示效率和机械效率

绝热指示效率ηi：等熵绝热压缩所需的理论功率Pad与压缩机 指示功率Pi的比值，即：
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2．转子
整体式结构
组合式结构

转子是螺杆 压缩机的主 要零件，其 结构有整体 式与组合式 两类。
螺杆压缩机转子的毛坯常为锻件，一般 多采用中碳钢，如45钢等。
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3.3.6 排气温度
一、ε0---外压力比
二、喷油螺杆压缩机的排气温度
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3.4.2 扭矩
一、气体内力矩：若作用在齿面上的轴向分力为正值，则 为气体阻力矩，反之，为驱动力矩。 二、摩擦阻力矩：轴承摩擦阻力矩和转子旋转运动时的摩 擦鼓风阻力矩。 阳转子传递90%以上的扭矩，阴转子传递10%以下的扭 矩，因而阳转子属于高速重载转子；阴转子属于轻载转 子。所以一般以阳转子作为主动转子拖动从动转子阴转 子。 当用阳转子拖动阴转子时，同步齿轮传递12%左右的轴功 率，属于高转速、高精度、轻载荷齿轮。
干式螺杆压缩机的容积 效率与压比和转速的关系
干式螺杆压缩机的容积效率 与吸气压力的关系，固定压比
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3.3.4 容积流量及容积效率
2、喷油螺杆压缩机的容积效率 喷油的效率高，通常运行在高压比、高压差工况下。 干式转速高，50-100m/s，喷油的10-50m/s
典型的中型喷油螺杆空 气压缩机容积效率
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3.5 开启式和封闭式螺杆压缩机
3.5.1 开启式螺杆压缩机 3.5.2 半封闭式螺杆压缩机 3.5.3 封闭式螺杆压缩机
单级具有较大的压比和宽广的容量调节范围。 低温及变工况下仍然有较高的效率。 同一结构可适用于多种工质
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1.开启式制冷压缩机 最早出现。轴功率输入端伸出机体，通过联轴器或带轮和原动 机相连，易拆卸、维修，但密封性差，工质易泄漏，因此轴外 伸端有轴封装臵。 2.半封闭式制冷压缩机
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3.4.1 轴向力

一、端面轴向力：排出端及吸入端的轴向力组成，等于 各部分气体压力与其作用面积之积。

二、气体轴向力：部分齿形、齿段无轴向力存在 三、齿轮产生的轴向力： 决定于斜齿的方向，最好能平 衡掉一部分轴向力。

四、平衡活塞产生的轴向力 ：转子上的轴向力较大时， 设置平衡活塞以平衡由排气端指向吸气端的轴向力。
电动机和压缩机装在同一机体内并共用同一根主轴。
3.全封闭式制冷压缩机 将压缩机与电动机一起组装在一个密闭的罩壳内，形成一个整 体，从外表上看只有压缩机的进排气管和电动机引线。 它比半封闭压缩机更为紧凑，密封性更好。
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3.5.1 开启式螺杆压缩机
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3.5.1 开启式螺杆压缩机
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3.5.1 开启式螺杆压缩机
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3.3 重点
（1）螺杆压缩机理论工作过程有哪些，各有什么特点？ （2）根据示功图判别运行状态，分析原因。 （3）实际工作过程的影响因素，分别是产生什么影响？ （4）内压力比是指什么，各工作腔压力是如何分布的？ （5）什么是容积流量，随压力比、吸气压力的变化关系 （6）螺杆压缩机轴效率和绝热效率 （7）各种类型螺杆压缩机的排气温度的限制因素 （8）向螺杆压缩机内喷油的作用