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1、兰州理工大学硕士学位论文天然气涡旋压缩机增压装置供油系统的研究姓名：余鹏飞申请学位级别：硕士专业：化工过程机械指导教师：李超20080420天然气涡旋压缩机增压装置供油系统的研究A bs t r a c tA san e wh i 曲p e f f o 咖a I l c c，h i 曲e 衔c i e n c y，l o wn o i s ea n dl l i 曲r e l i a b i l 埘p o s i t i V ed i s p l a c e m e I l td e V i c e，m es c r o l lc o m p r 鼯s o rh 嬲m 锄ya d V a n
2、t a g e sc o m p a r c dw i mo t h e rt y p e so fC 0 m p r e s s o r e s p e c i a l l yi I ls m a l l e rd i s p l a c 伽 1 e n tv o l u m e 锄ds m a l l e rp o w e rC 0 n l p r e s s o r，m es c r o nc o m p r e s s o rh a sl l i 曲p e r f l 0 姗越l c e I th a u sb e e nm o r eu s e di nl o t so fa r e
3、 a s，f o re x 锄1 p l e：a i rc o n d i t i o l l i n g，p o w e re I l 百n e e r i n g，p e t r 0 1 6 h e m i c a la r e a s n sr e s e a r c h e sh a sm o r ea t t a c h e db yt h er e S e a f 出e r sn o W T h es c r o l lc o m p r e s s o ri so n eo ft h ei m p o r t 勰te q u i p m e n t s 证t h eN a t l
4、 l r eG 勰S c m nC o m p r e s s o r s，m eo i ls u p p l ys y s t e mi sV e 巧i m p o r t e n tt o l es c r 0 1 lc o m p r e s s o LT h es c r 0 Uc o m p r e s s o r s 缸c t i o n，l e a k g e，s e a l、m e d l a l l i c a ls e a lc o I l I l e c t e dw i mm eo i ls u p p l ys y s t 锄，s oi ta f r e c tm e
5、p e r f o n n a l l c eo ft h eN a t l l r cG a u sS c r o l lC o I n p r e s s o r S I n 也i sp a p A n a l y s c dt h ec o m p o s eo fm e 伍“0 np a i r sa n di t s 伍c t i o nf 1 0 r C e 舶mm ed)，I l 锄i c s m e o r y，a c c o u n t e dm ep o w e rc o n s l l l n eo fm e 伍c t i o np a i r S T bm eb i g
6、 g e s tp o w e rc o n s u m ew h i c hi nm eC o n t a C t ss t a t et o pt e e t l lb 舐e e nm eo r i b i t i n ga I l df i x e ds c r o l lp l a t e s u s e i n gm ea v e r a g eR e y l l o l d s 删i o nr e c e i V e dm eo i lf i l mp r e s s u r ea n dt h eo i lf i l ms h e 撕n gs 慨g mi n(蛐e r e r l
7、 ts h a Rs p e e d C o n s t m c t e dt h e1 e a k a g em o d l ei ns c r o nc o m p r e s s o f，a n d 舀V e dt h ec r i t 嘶o nw 1 1 i c hc a nd e t e m l i n et h em e d i u m s t a t e，s oi tc a nb ec l o s et om ef a c t a l l dc o n c l u d e dt h ef I o n n u l ao fm eq u a I l t i t yo ft h el
8、e a k a g e A n a l y S e dm eo i l1 u b r i c a t i o ns c r o l lc o m p r e s s o r ss e a lm e c h a I l i s ma n dw h a tc a na 丘c c e ti t ss e a lp 耐o H】【l a n c e，1 i sc a l lp r o v i d em et h e o r yf 0 rh o wt o1 1 1 i n i s hm el e a k a g ec 1 1 0 u 曲锄dh o wt 0i n c r e a L s et h es e
9、 a le 毹c t T l l et 锄p e r a t l 鹏6 e l do fd o u b l ef a c e sm e c h a l l i c a ls e a li sa 苴1 a 1)，z e du s i n gs o 脚a r eA N S Y S D i s c I l s s i n gm ea 虢c to ft h ev a r i a b l ea)【i s sp e e da n dm e j a b l el u b d c a t i n go i lt e m p e r a t u r eo nt h es e a J se 1 1 df a c
10、et 锄1 p e r a t u r e6 e l ds e p a r a t e l y C o n c l u d e dm eq u 觚t i t yo fh e a td i s t r i b u t i o nb e 铆e e nt 1 1 em o b i l e1 0 0 p 觚dt l l ei m m o b i l e1 0 0 p，觚dm l a l i t a t i v ea 1 1 a l y S e dm e缸c t i o n sq u 跚t i t yo f h e a to fm ed o u b l ef a c e sm e c h a n i C
11、 a ls e a l，A c c o r d i n gt ot l l et l l e o r i e so fl u b f i c 池g 锄dh 班I r o d)，I l a m i C s，c o n 删e dt l l em o d e lo fr a t eo fn o wo fl u b r i c a t i o n U s i n gm ee|q u i V a l e 芏l c ec i r c u i tm e t h o dp r e d i g e s tt h em o d e lo ft h er a t eo f f l o wo fl u b r i c
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13、 ee l e c h o m o t o r 龇l dm eg e a 卜“V e np u m p At e s ts c r o l lC 0 m p r e s s o ri sd e s i g n e da I l dd e、r e l o p e d，t l l et e s tr e s u l t sa 黟e e dw i mm em e o F o rd e v e l o p i n gt h eN a m r eG 弱S c r o l lC o m p r e s s o r s，m i sp 印e rp r o p o s e dh o wt oi m p r 0
14、V et l l ee q u i p m 础sp e 面n n 锄C e I I硕士学位论文K e y W b r d s：S c r o C o m p r e s s o r；L u b r i c a t o n；F r i c t i o n；L e a l 喀e；M e c h a l l i c a l s e a I；M a t h e m a t i c a lM o d e l；F E A(F i n i t eE l e m e n tA n a I y s i s)I I I兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指
15、导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：佘月闫乌色日期：)c J 够年6 月6 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信
16、息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：余翩乌侈导师签名：石楚日期：少口多年月6 日日期：乙移年莎月，口日硕士学位论文第1 章绪论1 1 涡旋压缩机的结构、工作原理、特点及应用1 1 1 涡旋压缩机的结构涡旋压缩机的主要部件有动涡旋盘，静涡旋盘，曲轴和支架体，防自转机构(十字环、圆柱销、球形连轴器)，大、小平衡铁等。根据电机放置位置的不同，涡旋压缩机分为外驱动式(如图1 1)和全封闭式(如图1 2)两种。蕾稚褚瓣毫蘑氨电妻毫瓤定予鞋系赢蔗图1 1卧式外驱动结构图1 2 立式全封闭结构根据涡旋盘的运动规律，涡旋压缩机分为动静式结构(如图1 3
17、)、双公转式结构(如图1 4)两种【2】。目前动静式结构应用最为普遍。图1 3 动静式机构模型图1 4 双公转式机构模型根据涡旋基线数量的不同，涡旋压缩机分为单涡旋齿(如图1 5)、双涡旋齿(如图1 6)和多涡旋齿(如图1 7)结构。图1 5 单涡旋齿图1 6 双涡旋齿图1 7 三涡旋齿按照是否有润滑油的润滑，可分为无油润滑和有油润滑涡旋压缩机。天然气涡旋压缩机增压装置供油系统的研究另外，还有一些特殊结构的涡旋压缩机，如：驱动轴承内嵌式结构【3 1(如图l。8)、高低间断涡旋齿结构f 4 1(如图1 9)等等。7 丛霹歹必图1 8 驱动轴承内嵌式结构图1 9 高低间断涡旋齿结构1 1 2 涡旋
18、压缩机的工作原理排气过程压缩过程图1 1 0 涡旋压缩过程不意图涡旋压缩机是一种借助容积变化来实现气体压缩的流体机械，这一点与往复式压缩机相同。其主要部件是两个形状相同但角相位置相对错开1 8 0。的渐开线涡旋盘，其一是固定涡盘，另一个是由偏心轴带动，其轴线绕着固定涡旋盘轴线做无自转、只公转的动涡盘。装配好后，两个涡旋盘之间形成了数对月牙形的封闭腔，随着偏心轴的转动，这些月牙腔的形状大小一直在变化。气体从吸气口进入吸气腔，相继被摄入到外围与吸气腔相通的月牙形气腔里，随着这些外围月牙形气腔的闭合而不再与吸气腔相通，其密闭容积便逐渐被转移到定涡盘的中心且不断缩小，气体被不断压缩压力升高。由于动静涡
19、旋不断形成封闭腔，使吸气、压缩、排气过程连续进行，而且是多腔同时进行，整个过程连续、平稳，所以涡旋压缩机的振动和噪声比其它的压缩机低。1 1 3 涡旋压缩机的优缺点涡旋压缩机是目前开发出来的新型压缩机，它与传统压缩机相比，具有结构新颖，体积小、重量轻，可靠性高，噪音低，能耗低，输气平稳连续，维护费用少等一系列优2硕士学位论文异的技术性能，被行业内誉为“无需维修压缩机”和“新革命压缩机，是5 0 H P 以下压缩机的理想机型。其优点为：l、体积小、重量轻涡旋压缩机多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔之间的气体压差小，气体泄漏量少，容积效率高，提高了单位安装空间和单位质量的排气量，机器易达到小型轻量化。
20、2、可靠性高(1)涡旋压缩机的主机零件少，是活塞机数量的1 8，零件的减少是可靠性提高的关键要素。(2)回转半径小，线速度仅为2 m s，因而磨损小，机械效率高，振动小。(3)高可靠性特别适用于变转速运转和变频调速技术。3、噪音低动涡盘与主轴等运动部件的受力变化小，整机振动小。没有吸、排气阀，消除了阀片的敲击声和气流的爆破声。由于吸排气过程几乎同时进行，排气均匀，脉动小，整机噪声低。4、能耗低(1)吸气增压效应和没有余隙容积，使涡旋压缩机的容积效率高达9 8 以上。(2)气体在若干个工作腔被逐渐压缩，一个压缩过程分几次压缩，故热效率高。(3)无吸、排气阀，故进、排气的阻力损失几乎为零。5、维护
21、费用低主机零件少，易损件更少，可靠性高，维护费用低。缺点：l、运动机件表面多呈曲面形状，这些曲面的加工和检验均较复杂，因此加工工艺复杂，成本较高。2、高压缩比和大排气量压缩气体的需求限制了涡旋压缩机的发展。增加涡旋齿的圈数造成涡旋盘直径的增大，整机尺寸的增加，轴向力、径向力和倾覆力矩的增加，使机械磨损严重，震动加剧。高转速会使动静涡旋盘相对运动的线速度增加，摩擦损耗大，泄漏增加，效率降低。1 1 4 涡旋压缩机的应用领域l、压缩空气作为动力：驱动各种机械；用于控制仪表及自动化装置；车辆自动，门窗启闭；制药业，酿酒业中的搅拌；喷气织机中的纬纱吹送；国防工业中，潜水艇的沉浮，鱼雷的射击及驱动以及沉
22、船的打捞等等。2、压缩气体用于制冷：气体经压缩、冷却、膨胀而液化，用于人工制冷(冷冻冷藏及空气调节等)如氨或氟利昂压缩机。3、在化学工业中，气体压缩至高压，常有利于合成及聚合。例如氮氢合成氨，氢与二氧化碳合成甲醇、二氧化碳与氨合成尿素等。3天然气涡旋压缩机增压装置供麴器统的研究4、石油工业中，用于气体的远距离输送等。1 1 5 涡旋压缩机与其它形式压缩机的比较涡旋压缩机兼具容积式压缩机和透平压缩机的优势，在中、小型排气量中，涡旋、滚动活塞、往复式三类压缩机并存，其性能比较如表1 1：表1 1 几种形式压缩机的比较1 2 本课题的研究背景及现状1 2 1 涡旋压缩机的国内外发展状况涡旋压缩机以其
23、体积小、重量轻、零部件少、可靠性高、振动小、噪音低、绝热效率、容积效率和机械效率高等优点，使其相对其它类型压缩机而言发展空间更为广阔，潜在的研究价值更大。涡旋式流体机械的工作原理最初是由法国工程师克拉斯(C r e u X)提出，并于1 9 0 5年在美国取得专利权，在其专利中，涡圈采用圆渐开线，动涡盘采用公转结构，涡圈端部设计有密封材料，从现在的机器结构来看，这三项技术都被保留下来，并成为涡旋压缩机高性能的基本保障。在随后的7 0 年间，由于人们对它的重要性还未充分认识以及没有高精度的涡旋型线加工设备，涡旋机械没有得到更深入的研究和发展。之后1 9 7 5 年美国A D L 公司首次采用双伸
24、轴两级压缩的结构，成功开发了氦气涡旋压缩机；1 9 7 3 1 9 7 6 年间美国和瑞士先后开发了空气、氮气及氟利昂等介质的涡旋压缩机；1 9 8 1 年日本三菱重工成功的开发了空调用涡旋压缩机；1 9 8 3 年日本日立公司开发出2 2 3 7 K W(3 5 h p)的全封闭涡旋压缩机；随后，日本松下电器公司生产出用于家庭空调的小型全封闭涡旋压缩机；东芝公司推出列车空调压缩机；美国凯利(C a m e r)公司在冷水机组上并联使用涡旋压缩机；美国考普兰公司也致力于涡旋压缩机的制冷开发；涡旋压缩机得到快速发展。4硕士学位论文我国涡旋压缩机的研究始于1 9 8 6 年，已形成比较成熟的涡旋式
25、空调与制冷压缩机设计制造技术，特别是2 2 5 9 K W(3 8 h p)的柜式空调用涡旋压缩机已批量生产，其它特殊用途的涡旋压缩机也在研究开发之中。我国涡旋压缩机的生产主要以前主要以引进为主，先后有广州万宝压缩机有限公司、西安大金庆安压缩机有限公司、大连三洋压缩机厂建立了生产线。主要的研究单位有西安交通大学，兰州理工大学，合肥通用机械研究所等单位。近年来，又有清华大学、重庆大学、东北大学、华中科技大学等高校也进行着相关的研究。我国在理论研究和工程实践上取得了巨大的成果。柳州第二空气压缩机总厂自行开发了空气涡旋压缩机，并已批量生产。南京奥特佳冷机有限公司开发出适用于微型车到大客车空调用涡旋压
26、缩机。谷轮公司在苏州投资建设了年产1 0 0 万台5 H P涡旋压缩机的生产线。大连冰山集团与日本三洋公司合作也建成了年产6 0 万台涡旋压缩机的生产线。加速了国内涡旋压缩机的发展进程。1 2 2 涡旋压缩机的理论研究现状无论是早期的无油润滑涡旋压缩机、还是后来发展的喷油润滑涡旋压缩机、微型涡旋压缩机，急待解决的关键技术有【5 7】：l、提高涡旋压缩机的密封性能；2、提高涡旋压缩机的压缩比，减少余隙容积；3、改进涡旋压缩机的结构、简化加工工艺降低生产成本。许多研究者为此做了大量的工作，主要表现在以下几个方面：l、型线的改进目前，主要采用的型线为圆渐开线、正多边形渐开线、平行四边形渐开线、半圆偏
27、心线、线段渐开线、阿基米德螺旋线、代数螺旋线、变径基元渐开线、包络型线和通用型线等。单一基体型线构成的涡旋齿难以完全啮合，不能兼顾压缩、排气和加工等方面的要求，因此常常对涡旋齿齿头实施型线修正。三菱重工(M i t s u b i s l l iH e a v yh l d u s t r i c sL，t d)开发出的P e 疵c tM e s hP r o f i l e 型线(P M P 型线)。该型线中心部位采用了两个圆弧进行修正，P 线能将残余气体排净，有效地避免了重复压缩，从而提高了压缩机效率。兰州理工大学的刘振全教授利用图解法简明的描述了双圆弧修正齿形的生成过程，得到了修正齿形参
28、数间的变化关系，并用运动轨迹的外包络线法证明了所生成的修正齿形能实现正确啮合。还有圆渐开线加直线修正、三角函数类修正及基于三基圆延伸形变修正等方法。2、动力平衡性能的改进涡旋压缩机工作时，由于动涡盘受偏心主轴作用将产生旋转惯性力，同时对轴承产生旋转惯性力矩，为了减小轴承受力，必须对主轴进行受力平衡；同时考虑到涡盘结构使得涡盘的质心与基元中心不重合，也会产生惯性力和力矩，需要对主轴和动盘进行动、静两次平衡。传统的平衡方法是对主轴和动盘进行完全的受力平衡，但使得主轴受力越5天然气涡旋压缩机增压装置供油系统的研究平衡，机架上所受未平衡力越大，这样在减少轴承受力的同时增大机架的振动，转速越高，这对矛盾
29、越突出。涡旋盘和主轴是涡旋压缩机最主要的部件，其受力变形直接影响压缩机的性能，需要进行动力学特性研究，通过新的动平衡分析方法减少其动载荷，或者通过结构的改进来改善涡旋压缩机的动力平衡性能，方法如下：(1)采用双作用涡旋盘此动盘两面均有完全对称的型线，它们分别与两侧的静涡旋盘型线啮合。这种结构的两侧气体力完全平衡，可以减小轴向磨损，并有利于尺寸利用，适用于较大排气量的压缩机。(2)采用双转子结构双转子结构(如图1 4)涡旋压缩机也称为自转型压缩机。其中一个涡旋盘由电机直接驱动旋转，另一个涡旋盘由保持相对角度的十字联轴节带动且沿相同的角度旋转。双转子结构的涡旋压缩机在旋转过程中径向啮合的密封线位置
30、和方向不变，因此通过调节加在被动涡旋盘的径向外力就很容易密封其径向泄漏，同时由于旋转质量的对称性其动力平衡性能也得到了改善。(3)采用动涡盘驱动轴承内嵌式结构【3】【8 l将动涡旋驱动轴承内嵌于动涡旋齿中，使气体力对动涡旋产生的倾覆力矩减小，使动涡旋惯性力产生的倾覆力矩为零，使动涡旋驱动轴承的受力状况得到改善，延长了其使用寿命。适用于大排气量、低压缩比情况。兰州理工大学的李超教授在这方面做了大量工作。3、改进结构，简化工艺，降低对制造精度的要求，提高密封效果(1)柔性机构的采用轴向柔性机构：。新型密封条的采用。采用镶密封条技术，用优质的P T F E 树脂等耐磨、耐温性能好的密封条。在涡旋型线
31、顶部开一密封槽，其槽宽略大于密封元件，密封元件嵌入其槽内且与槽底面保持一定的轴向间隙，借助气体压力使其紧贴于盘底面。背压自调平衡系统的采用。在动盘上开有适当的小孔与处在压缩过程中的气腔相通，气体通过该小孔作用在转子背面，形成一个合成的气体力支撑其动盘，使其将动涡旋盘压在定涡旋盘上，从而形成轴向密封，这种措施使摩擦损失小，当工况发生变化时可随时改变流体的压力，既能使轴向力的平衡始终保持在最佳状态，又能自动补偿磨损。带斜切面的涡旋壁的采用。动涡盘绕轴转动时由于压缩气体作用，相对中心轴有一小角度倾斜，其外端面可能划伤静涡盘的底面。为了避免划伤，在动涡盘涡旋体外侧面外沿和外端面之间加工一斜切面，斜切面
32、的角度略大于动涡盘运动时的倾斜角度，可避免静涡盘的划伤。径向柔性机构：为实现动盘回转半径随涡旋壁厚变动而变动，在曲柄销与动盘连接之间增加一个偏心轮结构，从而形成一个可变径的密封结构。(2)喷液技术的采用6硕士学位论文向工作腔喷液(一般为润滑油或水)，利用附着在工作腔周壁上的油膜或水膜层减少其工作介质泄漏通道的实际间隙，从而达到减少介质泄漏量的目的。(3)迷宫密封技术的采用采用带刃齿的涡旋齿结构，在动涡旋齿的外表面和静涡旋齿的内表面上加工有刃齿，从而使动静涡旋齿间的切向密封具有迷宫密封的效果。可提高涡旋压缩机的多变效率，降低曲柄销、动静涡旋齿形线的加工精度及动涡盘轴承的装配精度，兰州理工大学涡旋
33、研究所在这方面做了大量工作，且获有专利。(4)改变涡旋体壁厚，提高压缩比通常方法是增加涡旋圈数来提高压力比，但实际上圈数过多会导致涡旋压缩机内部传热性能恶化，并且使泄漏长度增加。采用变壁厚型线，使涡旋压缩机仅用较少的圈数便可达到较高的压力比，可改进面积的利用系数，在压力差大的中间区域使两个涡壁接触。这样，即使是在空转时的高压情况下，或是在超低速区，也不会发生容积效率以及能效比很低等不良现象。(5)改变涡旋齿的齿高，提高压缩比改变涡旋齿的齿高即改变工作腔的轴向尺寸。这种间断涡旋齿是由不相连接的内齿和外齿组成的。由于外齿工作腔内的气体压力较低且需有较大的吸气容积，因此可将外齿设计成齿高较高、齿壁较
34、薄和具有较大吸气容积的型线，如线段渐开线；同理可将内齿设计成齿高较低、齿壁较厚和具有较小排气容积的型线，如圆渐开线的圆弧类完全啮合修正型线。因此该结构可以更好地兼顾吸气、压缩和排气全过程，具有较高的综合性能。(6)强化冷却涡旋压缩机的压力比在一定程度上受工作温度制约，加强冷却是提高轴承与工作型线寿命的关键。在无油润滑涡旋压缩机中，日本岩田涂装机工业株式会社在动、静盘上设计夹层且作成开式，切断了工作腔热量直接传到轴承上，提高轴承工作寿命。在有油润滑涡旋压缩机中，通过油槽将系统供油输送到各润滑机构中，在外部辅助装置(冷却器)作用下冷却。(7)改进材质为了减少动静盘的磨损，对动静盘的型线进行过表面硬
35、化处理，如阳级氧化处理，其硬度达H V 一8 0 0。新型铝硅合金材料的应用，其硬度高，可塑性好。4、变排气量的调节(I)变频处理：通过变频器调节电机的转速，进而控制涡旋压缩机的排气量f 9】。(2)无电磁离合器的变排量涡旋压缩机。静涡盘底板开有一系列的泄放孔，同时装有一环行阀盘，盘上设一系列阀孔，阀盘可以旋转，泄放孔和阀孔连通或切断，则压缩腔和低压腔连通或切断。阀盘的转动由一执行机构带动，执行机构由汽缸、活塞、弹簧组成，活塞的上下滑动带动阀盘转动，汽缸被活塞分为上下两个腔室，上腔室和排气腔相连，下腔室通过另一电磁控制阀和吸气腔相通。电磁控制阀包括阀壳和两位阀芯，两个7天然气涡旋压缩机增乐装置
36、供油系统的研究压力口和一个压力控制口，阀芯的两个位置分别接通排气腔、低压腔及低压腔、下腔室。电磁控制阀的电磁线圈的通断电由发出的制冷信号或其它信号控制。此外，在压缩机吸气口也设有一控制吸气腔和外部通断的阀件。(3)s a l l d e I l 公司申请变排量压缩机专利，变排量机构主要由两部分阀件组成；阀件1包括一个汽缸和可以在汽缸内自由滑动的活塞，活塞的位置对应排量的大小，汽缸室、中间压力腔和吸气腔有通道相连；阀件2 包括活塞和活塞上的波纹管，排气腔、活塞腔有通道相连。波纹管感受通道内的压力动作引起活塞滑动开关第一个孔，从而开或关中间压力腔和吸气腔的通道，回气通过，改变压缩比，调整排量。(4
37、)M a t s h u S l l i t aE 1 e c t r i cI I l d u 矧a 1C o，L t d 申请的专利：静涡盘端板一汽缸，内有一往复运动节流阀，其两面分别作用一弹簧力和控制压力P m，净压力决定其滑动的位置，两组旁通孔，第一组和各容积腔连通，第二组和一个容积腔连通；节流阀滑动可以改变第一组旁通孔相通的通道面积，从而改变回气流量，改变排气流量；变排量控制机构和静涡盘端板作成一体。克服旁通孔不对称布置，躁声大，效率低以及变排量机构元件多，加工成本高，重量大的缺点。(5)s a l l d e I l 公司为了简化变排量机构，设计了锥型孔球阀机构，在动涡盘盘底中心设
38、有一旁通孔，通过球阀机构和通道，压缩容积腔和吸气腔连通，盘底设有一圆柱形凹槽，一锥型孔和圆柱孔通容积腔，一圆盘板压入槽内，板上也设有一锥型孔和圆柱孔，通向吸气腔；在板和槽之间的两锥型孔对应处装有一可自由移动的球，球的运动由旋转时受到的离心力大小控制，打开或关闭旁通阀。5、防自转机构的简化十字环联轴器、球型联轴器、圆柱销环圈联轴器是涡旋压缩机常用的三种防自转机构。十字环联轴器由于键和动涡盘问的摩擦力大，机械效率低；圆柱销环圈联轴器因承受动涡盘的轴向力，机械效率也低；球形联轴器由于定环和球之间存在间隙，噪音、振动较大。S a I l d 锄公司采用偏心运动轴承，结构只有一对一体的轨道和球轴承；吸排
39、气腔之间取消O 环密封圈，直接靠金属面接触密封；取消传动轴平衡重，以针型轴承代替以往的球轴承支撑传动轴等技术措施，简化了结构，减小了质量，噪音振动性能也得到了改善。一1 3 本课题研究的目的和意义1 3 1 研究的目的对天然气涡旋压缩机增压装置供油系统进行分析研究，研究供油系统与涡旋压缩机的摩擦、泄漏、密封、机械密封之间的关系。建立油系统的分析模型，确定最佳的润滑油量，机械密封油量，使涡旋压缩机的效率达到最高，机械密封效果达到最好，增压装置的性能最佳。硕士学位论文1 3 2 研究的意义1、无油润滑涡旋压缩机存在着缺陷，需要研究有油润滑技术的涡旋压缩机。无油润滑涡旋压缩机散热性差、要求加工精度高
40、、电控系统复杂。因此需要研究有油润滑技术的涡旋压缩机。早期涡旋压缩机的研究主要针对无油压缩机，该类压缩机工作腔内气体的密封完全依靠涡盘的加工精度来控制，型线的加工精度要求极高；同时为确保压缩机散热及可靠运行，压缩机电控系统也极为复杂，造成压缩机的生产成本与价格很高，实用性差，不利于扩大发展。后来研究人员开始重视有油润滑涡旋压缩机的研发。2、有油润滑技术在其它形式压缩机中的成熟应用。喷油技术在单螺杆式、往复式压缩机中的成功运用以及不断进步也为涡旋压缩机喷油技术提供了可靠保证。目前国内大部分涡旋压缩机都倾向于采用喷油进行内部冷却，以降低机械加工精度、提高压缩机性能及可靠性。3、研究工质绝热指数较大
41、气体压缩的必要性。一般情况下涡旋压缩机无法实施外部冷却，工作过程中的热量难以导出，必须对压缩腔进行内部冷却或选用压缩绝热指数小的流体。在早期技术不完善的情况下，对于制冷、空调领域，由于氟利昂工质绝热指数小，涡旋压缩机发展相对顺利，技术也较完善；但是却限制了工质绝热指数较大的空气、天然气涡旋压缩机的发展，如果不采用内部冷却，空气、天然气压缩机压缩比不能大于3。因此，研究天然气涡旋压缩机的润滑冷却系统，以提高压缩比、提高涡旋压缩机的工作效率有着重要的意义。4、涡旋压缩机及其内供油系统的研究现状和存在问题。目前国内外大部分已经公开发表的文献主要注重于研究压缩机内部机构，如涡旋盘、十字滑块、柔性机构、
42、型线、吸排气腔等，忽略了压缩机辅助系统，如供油系统、油冷却器系统、油气分离系统、电机等，而机外辅助系统对压缩机性能影响又很大。国内外对涡旋压缩机供油系统也有研究。国内方面：文献 1 0 系统地分析了立式全封闭型带背压腔的涡旋压缩机整个润滑系统的特性，建立了润滑系统整体性能的模型。文献 11 考虑润滑油影响对立式全封闭型带背压腔的涡旋压缩机的压缩过程建立了数学模型，并进行了计算模拟，得到了流入压缩腔的润滑油量与压缩机容积效率、压缩功率损失，背压和排气温度的关系曲线。文献 1 2 对涡旋式空气压缩机润滑系统的流动进行了研究，将润滑油的流动简化为层流流动，建立了润滑系统油量分配模型，运用流体力学理论
43、，并依据油量分配模型推导出了润滑油路系统的流量和功耗计算公式。文献 1 3 在分析涡旋压缩机曲柄销滑动轴承实际运动的基础上，推导了相应的雷诺方程，提出绝热计算的油膜润滑数学模型。运用有限差分方法对雷诺方程、能量方程和粘温方程联立数值求解。通过实例计算得到了润滑油膜的压力和温度分布规律。文献 1 4 对立式全封闭型涡旋压缩机建立了润滑系统性能分析模型，分析了润滑系统各部分的流量关系，确定了润滑系统润滑油量的优化准则对润滑系统的关键设计参数的确定方法和润滑系统整体结9天然气涡旋压缩机增压装置供油系统的研究构参数的合理匹配原则进行了讨论。文献 1 5 讨论了空调用涡旋压缩机介质含油量各种热力参数的计
44、算方法，运用优化方法得出不同工况下介质含油的最佳值。文献 1 6 以D K S 2 1 5 S 型斜盘式汽车空调压缩机为研究对象，就制冷剂含油对汽车空调压缩机性能的影响进行了全面的分析和实验研究。文献 1 7 对多级涡旋压缩机压力比与喷油量进行了较为深入的研究，提出了工作过程及优化设计的数学模型。国外方面：文献 1 8 通过考虑储油面高度和润滑油的流速两个参数对立式全封闭型涡旋压缩机的轴承和曲轴建立了润滑数学模型，分析含油率与涡旋压缩机的性能。文献 1 9 考虑润滑介质外在压力和内在吸气腔的压力的影响下，分析了涡旋压缩机的滑动止推轴承摩擦系数在不同转速下的情况。文献 2 0 运用流体动压润滑理
45、论，对涡旋压缩机的径向轴承和止推轴承如何减少摩擦和提高可靠性做了分析。文献 2 1 采用平均雷诺方程，固体接触理论分析方法确定了涡旋压缩机止推轴承润滑性能的优化设计方法，综合润滑性能。由给出的摩擦面积、推力负载和轨道运行速度、油膜压力、固体接触力和摩擦力计算决定摩擦系数。确定由给出的压缩机工况可以计算出止推轴承的优化设计值。通过上述文献描述的内容可以看出：目前，研究人员对供油系统的研究主要集中在(1)以立式全封闭型涡旋压缩机为主，很少针对卧式开启式结构的涡旋压缩机，由于它们的供油方式不同，需要具体分析。(2)研究的与润滑油混合的压缩气体介质主要是制冷剂或者空气，而压缩气体介质为天然气的很少，由
46、于天然气热力性质不同，气液混合状态参数也不同，需要重新计算。(3)研究限于涡旋压缩机主、副轴承处结构、磨损、油膜厚度对供油的影响等局部问题上，没有考虑供油辅助设备的影响。没有考虑油的循环回路的其它参数如温度、压力的影响。(4)没有单独对涡旋压缩机的机械密封进行分析。1 4 天然气涡旋压缩机增压装置介绍1 4 1 增压装置的作用燃气轮机所需天然气的增压有两种情况，一是由于天然气输配管线的压力不足，导致燃气轮机燃烧所需供气量不足需要增压；二是增加燃气轮机进气管中充量的密度，使得进入燃烧室的实际进气量比自然吸气的进气量多，来达到增加燃气轮机功率的目的。此增压装置的作用主要用于后者。1 4。2 增压装
47、置的组成涡旋压缩机、风冷器、油气分离器、油过滤器、齿轮泵、储气罐、储油罐、分流器、皮带轮、电机等【2 2】，如图1 1 1。1 0硕士学位论文图1 1 1 增压装置系统图图1 1 2 增压装置实物图1 4 3 增压装置供油油路的说明增压装置供油系统共分两个子系统，其中第一个循环油路用于天然气增压装置中涡旋压缩机的机械密封，此循环采用压力供油，通过齿轮泵将油从储油罐经过滤器后输送到涡旋压缩机的主轴的双端面机械密封装置中，然后经过风冷式换热器冷却后回到储油罐。第二个循环油路用于润滑天然气增压系统中涡旋压缩机的轴承和机头，润滑油经涡旋压缩机排气口排出后，到风冷式换热器冷却，经油气分离器分离后再经过风
48、冷式换热器冷却，而后通过油过滤器，经分流器后，一部分油喷到涡旋压缩机机头，另一部分进入涡旋压缩机内部润滑各轴承。1 4 4 涡旋压缩机内油路的说明天然气涡旋压缩机型号为：W T Y l 5 0 1 0 6。排气雎力06MPa(表压)进。tH 力0MPa(表压】最大流量l5Nm3 min雎缩机天然气涡旋式天然气涡旋压缩机增压装置供油系统的研究图1 1 3 涡旋压缩机内油路图1、此装置的主要技术参数：型式：单级、风冷、涡旋式；驱动方式：电动机经皮带轮传动；排气量：1 5 N m m 毗最大排气压力：O 6 M P a；额定转速：3 3 0 m m；轴功率：3 0 4 K W；在进气温度 2 0 情
49、况下排气温度 1 2 5，经后冷却器后 8 0。2、一部分润滑油经喷油进入吸气腔，通过油膜的表面张力对动、静涡旋盘的轴向及径向泄漏起密封作用；另一部分进入主轴润滑油路润滑各轴承和曲柄销，然后通过背压腔进入压缩腔，随压缩气体排出(如图1 1 3)。1 5 课题来源及研究的主要内容1 5 1 课题来源本课题属国家“8 6 3 计划协作项目，甘肃省自然科学基金(3 z S 0 6 2 一B 2 5 0 2 9)项目。1 5 2 研究的主要内容1、分析涡旋压缩机各摩擦副的受力情况，计算各摩擦副的功耗，根据功耗确定润滑油流量，包括涡旋压缩机中涡旋盘的喷油量、机械密封的供油量。2、建立涡旋压缩机主要摩擦副
50、动静涡旋盘啮合齿顶面处摩擦分析模型，用平均雷诺方程求解，得出油膜载荷和油膜剪力都随压缩机转速变化的情况。3、建立涡旋压缩机的泄漏模型，通过分析给出判断依据来确定泄漏介质的流态和混和物的状态，使泄漏模型更具体化。4、运用油膜表面张力密封原理和边界摩擦原理分析轴向密封和径向密封的影响因素。5、运用有限元理论和A N S Y S 软件模拟机械密封环温度场的分布情况；判断机械密封动静环温度场随润滑油量、初始温度及主轴转速间的变化关系；建立动静环热量的分配关系式，分析膜厚、转速与各密封环端面摩擦热的关系。6、运用等价电路法对涡旋压缩机的内油路建立数学模型；计算涡旋压缩机内油路润滑系统功耗。7、计算了主要