螺桿式空氣壓縮機的基本工作原理

螺桿式壓縮機是一種應(yīng)用廣泛的旋轉(zhuǎn)式壓縮機，屬于體積式壓縮機。它具有壓力低、流量大的操作特點。在石化生產(chǎn)中，常用于天然氣集輸、燃料氣增壓、冷凍、壓縮(丙烷/丁烷)、火炬氣體壓縮和空氣壓縮。螺桿式壓縮機常用于無油螺桿式壓縮機和噴油螺桿式壓縮機。無油螺桿式壓縮機通常用于排氣量為3~1000m3/min、排氣壓力小于1.0mpa的情況下。
螺桿式壓縮機與往復(fù)式壓縮機相比具有以下特點：
1)結(jié)構(gòu)簡單，運動部件少，無往復(fù)式壓縮機氣閥、活塞環(huán)、填料密封等部件，維護簡單，成本低，使用壽命長；
2)減少或消除氣流脈動；
3)能適應(yīng)壓縮濕氣和含液滴的氣體；
4)在冷卻潤滑劑連續(xù)流動的情況下，允許的單級壓力(高達20~30)，排氣溫度較低；
5)由于沒有往復(fù)慣性力，可以在高轉(zhuǎn)數(shù)和高壓比下工作，尤其是噴油或噴液的螺桿式壓縮機。由于壓縮氣體的冷卻效果優(yōu)于往復(fù)式壓縮機的外部冷卻，充分利用了功率；
6)轉(zhuǎn)子線復(fù)雜，加工要求高，不適用于高壓壓縮機。特別是為了降低內(nèi)部溫度的升高，干式螺桿壓縮機必須使用增速齒輪來增加轉(zhuǎn)數(shù)，因此機械損失大，運行中氣流噪聲大。
01螺桿壓縮機的分類和基本結(jié)構(gòu)。
螺桿壓縮機可分為干式（無油潤滑）螺桿壓縮機和濕式（噴油或噴油）螺桿壓縮機。干式（無油潤滑）螺桿壓縮機（圖1）通常使用同步齒輪，以確保轉(zhuǎn)子之間必不可少的間隙。干式螺桿壓縮機中陽轉(zhuǎn)子（主動轉(zhuǎn)子）通過同步齒輪驅(qū)動陰轉(zhuǎn)子（從動轉(zhuǎn)子），轉(zhuǎn)子嚙合過程中不接觸，通過一對具有一定間隙的螺釘高速旋轉(zhuǎn)，達到密封氣體和壓縮氣體的目的。干式螺桿壓縮機的氣缸配有冷卻水套，用于冷卻壓縮氣體。其基本結(jié)構(gòu)包括氣缸、陰轉(zhuǎn)子、陽轉(zhuǎn)子、同步齒輪、軸承、密封裝置和氣體量調(diào)節(jié)裝置。
圖1無油潤滑螺桿式壓縮機。
1-陰螺桿；2-陽螺桿；3-嚙合齒輪；4-外殼；5-聯(lián)軸器。
噴油螺桿制冷壓縮機的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2中常見的噴油螺桿制冷壓縮機基本結(jié)構(gòu)。
1-身體；2-陰，陽轉(zhuǎn)子；3-吸氣端座；4-平衡活塞；5-滑閥；6-排氣端座；7-主軸承；8-徑向止推軸承；9-軸封；10-聯(lián)軸器。
噴油螺桿壓縮機通常沒有同步齒輪，陽轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動陰轉(zhuǎn)子，通過噴射潤滑油在轉(zhuǎn)子之間形成油膜，起到密封、潤滑和冷卻的作用。
噴射螺桿壓縮機通過噴射制冷劑或噴水起到冷卻和密封的作用。它改變了簡單的噴油量（噴油量甚至高達機器體積排量的1%），必須增加巨大的油處理和回收系統(tǒng)。然而，噴霧不應(yīng)完全取代噴油。制冷劑無法替代油的潤滑效果。
02螺桿式壓縮機的工作原理。
通常，螺桿式壓縮機的主動轉(zhuǎn)子節(jié)圓外有凸齒，從動轉(zhuǎn)子節(jié)圓內(nèi)有凹齒。如果將陽轉(zhuǎn)子的齒視為活塞，則陰轉(zhuǎn)子的齒槽視為氣缸（齒槽與機體內(nèi)的圓柱面和端壁共同構(gòu)成的工作體積稱為基元體積），這就像活塞式壓縮機的工作過程一樣。隨著一對螺桿的旋轉(zhuǎn)和嚙合，轉(zhuǎn)子的基元體積因陰陽轉(zhuǎn)子的相繼入侵而發(fā)生變化。吸氣端設(shè)置同步齒輪，由厚齒和薄齒組成。通過調(diào)整厚齒和薄齒的相對位置，可以調(diào)整陰陽轉(zhuǎn)子之間的嚙合間隙，保證陰陽轉(zhuǎn)子即使反轉(zhuǎn)也不接觸，減少磨損，提高使用壽命。如圖3所示，螺桿式壓縮機的工作原理。
圖3螺桿式壓縮機的工作原理。
螺桿式壓縮機的吸入和排氣口位于身體兩端，呈對角線布置。氣體通過吸入口進入基元體積對（陰陽轉(zhuǎn)子各有一個基元體積，形成一對基元體積）。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)子的齒不斷與另一個轉(zhuǎn)子的齒槽分離，齒槽的空間體積不斷增加，直到最大，如圖3（a）所示。基元體積與吸入口分離，并開始壓縮。在壓縮過程中，基元體積逐漸向移，體積逐漸減小，氣體壓縮，如圖3（b）所示。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在特定位置（根據(jù)工作條件確定的壓力比獲得的角位置或螺釘長度），基元體積與排氣口連接，壓縮結(jié)束，如圖3（c）所示。排氣過程如圖3（d）所示，直至氣體排出。由于空間接觸線的分割，基元體積在吸入端再次吸入，然后壓縮，排氣。