螺杆压缩机研究进展及应用趋势

来源:魏翔 发布时间:2018-11-13 03:03:13 点击数: 1

螺杆压缩机研宄进展及应用趋势西安交通大学压缩机研究所邢子文如所示的螺杆压缩机具有结构简单、操作方便和运转可靠等一系列独特的优点,这种形式的压缩机发明于20世纪30年代,经过持续的基础理论研究和产品开发试验,通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功,螺杆压缩机的优越性得到了不断的发挥,被广泛应用于空气动力、制冷、石油、化工、冶金、医药等工业领域。主要综述螺杆压缩机近年来的研究进展和在有关应用领域的发展趋势。

  合的而且是瞬态完成的变质量热力过程,因此要准确理解螺杆压缩机的工作过程,不能仅仅对压缩机的热力工作过程进行理论的研究和分析,应同时对其动力特性、转子变形等进行深入的研究,建立融合螺杆压缩机工作过程热力性能研究、动力特性研究和变形计算的数学模型是研究螺杆压缩机的关键和基础。在热力学模型中,需要全面考虑转子型线、泄露、传热、喷油、补气、工质物性等因素,同时需要建立基于有限元方法的压缩机动力学模型和转子受力、受热引起的变形计算模型,并对这三者模型进行耦合,以创立可以全面分析螺杆压缩机工作过程的数学模型及其仿真软件,解决螺杆压缩机性能预测的难题,为螺杆压缩机结构设计、参数优化和机器产品开发奠定基础。螺杆压缩机工作过程数学模型的基本控制方程组如下所示:姻:螺杆压缩机结构不:意图二、螺杆压缩机研宄进展1.工作过程数学模拟及试验研究螺杆压缩机的实际工作过程受到多种因素的影响,是一个复杂的、综螺杆压缩机工作过程T一V图表征压缩机的内部微观特性,对于评价压缩机的工作状态和性能水平具有重要的价值,是研究各类容积式压缩机工作过程的重要手段。由于螺杆压缩机转速较高,且其齿间工作容积在空间不断移动,因此其工作过程T一V图的测录就尤为困难。西安交通大学经过不断探索,借助装在阴转子上的微小压力传感器和高速数据采集系统,己成功地分别测录了螺杆空气压缩机和螺杆制冷压缩机的工作过程T一V图。并通过分析比较有关T一V图,得出了设计吸、排气孔口和喷油孔口的改进方案,提高了螺杆压缩机的性能水平。一种小型螺杆空气压缩机的工作过程T一V图如所示,螺杆制冷压缩GM通用机械阳转子转角压力脉动实测与计算比较传统的螺杆压缩机设计方法,依靠一些在作了许多假设之后得到的近似公式,进行设计和计算。不仅设计周期长,而且准确度差,一些设计参数还要待样机造出后,再通过试验确定。这种设计方法严重影响了新产品的供货时间和性能水平,削弱了其市场竞争力。西安交通大学在前述工作过程T一V图测录等。

  可靠性及其运行寿命,西安交迪大学还利用力传感器成功测录了不同工况下转子轴向受力的真实情况,明确了工作过程中转子轴向受力的变化规律,为螺杆压缩机的型线优化、动力学理转子轴向力测试传感器安装转转子受力实测值与计算值比较排气压力脉动是引起螺杆压缩机噪声和振动的主要因素,对其进行研究有助于了解螺杆压缩机噪声和振动的产生机理,不仅为管路系统的振动分析提供依据,更为螺杆压缩机排气流道和孔口的优化设计奠定为排气压力脉动测试装置图,排气压力脉动实测与理论计算比较如所示。

  机在部分负荷状态下的T一V图如所示。

  螺杆制冷压缩机在卸载状态下的T一V图在螺杆压缩机中,润滑油的分布和雾化在很大程度上影响着螺杆压缩机的间隙分布、泄露、效率和可靠性等技术问题。利用PIV激光测速技术以及自行设计搭建的喷油可视化。

  1无油螺杆空气压缩机型线2喷油螺杆空气压缩机型线3开启式螺杆制冷压缩机型线4封闭式螺杆制冷压缩机型线螺杆转子的加工是螺杆压缩机制造技术的核心,刀具刃形是加工转子时保证转子型线精确度的关键,因此刀具刃形的设计直接决定了转子型线的性能。为了补偿加工误差和转子工作时的受力变形及受热膨胀,需要在理论型线的基础上,设定各点的间隙,并根据由此得到的实际型线进行转子的加工。传统的间隙设定方法是等距型线法和等距型面法,两种方法都没有考虑型线各部分变形量的不同。在最先进的型线啮合间隙设定中,则利用有限元方法对型线各部分的变形进行具体的分析和计算,形成设定啮合间隙的“不等距法”。这种方法,保证了转子型线在加工时能具有很高的精度,阴、阳转子仅在节圆附近以纯滚动的方式接触和传递力矩,对进一步降低噪声和提高效率,能起到辅助作用。利用这种方法设计的的啮合间隙放大图如5所示。

  5啮合间隙放大图三、螺杆压缩机应用趋势螺杆空气压缩机分为喷油和无油两类,无油压缩机又分为干式和喷水*GM通用机械两种。由于多种类型的压缩机都可设计为空气压缩机,导致空气压缩机的市场竞争非常激烈,因此空气压缩机多被设计为系列化、标准化的产品,以便大批量、低成本地生产和销售。

  另外,由于压缩空气的用途非常广泛,因而还要求空气压缩机的运行和维护尽量简单,以使非专业技术人员也能够正确操作。在如6所示的螺杆空气压缩机的设计中,必须考虑上述这些因素。

  7高速无油螺杆压缩一膨胀机组近年来,除了继续应用于传统的空气动力装备外,螺杆空气压缩机在一些新领域的应用也越来越多。如公共汽车和轿车燃料电池系统用无油螺杆空气压缩机、发动机增压用螺杆空气压缩机、铁路车辆和城市轻轨车辆用螺杆空气压缩机等等。7所示为国家863计划中开发的高速无油螺杆压缩一膨胀机组,用于为燃料电池供气及能量回收。

  与电动机联接方式的不同,螺杆制冷压缩机分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。这类压缩机单级有较大的压缩比及宽广的容量范围,适用于蒸发温度为一405*C范围内的高、中、低温各种工况,特别在低温工况PTC“压缩机、风机高峰论坛”回顾PTC feykw及变工况情况下仍有较高的效率,这一优点是其他机型不具备的。因此,螺杆式制冷压缩机被广泛用于空调、冷冻、化工、水利等各个工业领域。

  尤其值得指出的是,螺杆制冷压缩机在中央空调领域的应用正在迅速增加,生产量提高极快,各种冷水机组和风冷热泵系统中螺杆制冷压缩机的应用十分广泛。在机组配置方面,采用经济器循环和变频驱动,可使螺杆制冷机组的性能得到进一步的提高和改善。

  近年来,西安交通大学与烟台冰轮股份有限公司在螺杆制冷压缩机研究与开发方面进行了长时间的成功合作。相继成功开发30个型号的LG系列开启式螺杆制冷压缩机和10个型号的BF系列半封闭螺杆制冷压缩机,其综合性能达到国际先进水平。开发成功的开启式螺杆制冷压缩机和半封闭螺杆制冷压缩机分别如8和9所示。

  9半封闭螺杆制冷压缩机螺杆工艺压缩机属于小批量、多品种的机型,在大多数情况下,这种压缩机是在螺杆制冷压缩机的基础上,考虑工艺气体的特殊性质和压缩机运行工况后的变型产品。

  螺杆工艺压缩机今后所能处理的工艺气体的范围将继续扩大,包括像(:02和\等惰性工质,也包括像h2、He等轻气体,还包括一些化学性质活泼的气体如HC1、012等。

  国内螺杆工艺压缩机的制造技术与国际先进水平还有较大的差距,但近年来也有一些进步和提高。西安交通大学与沈阳大陆激光技术公司合作,对多次出现故障、严重影响流程运行的镇海炼化公司C0201/B机组LG一87/5喷水螺杆压缩机进行了成功的改造,通过设计一种转子新型线,使该压缩机喷水量明显减少,输气量大幅提高,取得了巨大的经济效益。改造后的C0201/B机组转子如0所不。

  0镇海炼化C0201/B机组转子改造近年来,设计技术和制造方法与螺杆压缩机类似的一些螺杆机械也获得了很快的发展。对螺杆膨胀机和螺杆混输泵的应用作些简单介绍。

  螺杆膨胀机按螺杆压缩机的逆原理工作,其基本构造几乎与螺杆压缩机完全相同,但工作过程正好相反。

  虽然螺杆膨胀机是一种崭新的膨胀机械,但它是在螺杆压缩机的基础上进行研究和开发的,螺杆压缩机技术的许多新突破都可以直接应用于螺杆膨胀机。因此,尽管螺杆膨胀机的历史不长,却己经在几种新型节能系统和装置中得到了应用。如在大型常规制冷机组和co2跨临界循环中代替节流阀等,在太阳能、地热能及工业余(废)GM通用机械热动力利用方面,螺杆膨胀机也有着很大的应用潜力。

  1双螺杆油气混输泵如1所示的螺杆混输泵用于直接输送油井中产出的原油、水和天然气等多相流体,这类混输泵是在普通螺杆液体泵的基础上,吸收了螺杆气体压缩机的螺杆型线设计和转子加工等关键技术后发展起来的。随着边际区块和卫星油井的开发,利用增压来加大集油半径的多相混输方式愈来愈显示出其重要性和必要性。这种输送方式减少了繁杂的分离器、输油泵、气体压缩机以及两套独立的气液输送管道,既可减少基建投资,又能降低管理费用。另外,对于后期低压油井,还可利用现有生产设施,降低井口回压,增加油气产量,从而有效地提高油田开发的经济效益。与传统的生产系统相比,多相混输系统可节省30%40%的油田开发费用。目前己有多家公司可提供用于陆地或固定平台上的螺杆多相混输泵,一些公司还提供用于水下多相混输系统的水下螺杆多相混输泵。

  螺杆压缩机具有独特的优点,随着对其研究的不断深化和设计技术的持续提高,螺杆压缩机的性能将进一步改善,其应用领域会越来越广泛。除传统的应用场合外,螺杆压缩机在燃料电池等新领域的应用将迅速扩大。


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