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1、第十三章 螺杆空压机的结构,本章学习要点,螺杆空压机的主要组成部分 螺杆空压机的主要部件 本章小结,第一节 螺杆空压机的 主要组成部分,一、主机结构,（一）喷油螺杆空压机,如右图所示为LGY12/7及LGY17/7型喷油螺杆空压机的主机结构。这两种空压机都采用内置的增速齿轮驱动阳转子，通过采用不同的增速齿轮，就可方便地得到具有不同排气量的空压机。,在转子的排气端采用面对面配对安装的单列圆锥滚子轴承，同时承受空压机中的径向力和轴向力，并使转子双向定位。机体由吸气端盖、气缸和排气端盖三部分组成。在吸气端盖上设有轴向吸气孔口，在气缸上设有径向吸气孔口。在排气端盖和气缸上分别设有轴向和径向排气孔口。另
2、外，在外伸轴处，设有可靠的有油润滑机械密封。LGY17/7型喷油螺杆空压机的主要技术参数：吸气压力为0.1MPa；排气压力为0.8MPa；排气温度小于100；排气量为17m3/min；轴功率为100kW；冷却方式为风冷；驱动方式为电动机通过空压机内藏增速齿轮直联驱动。,（二）无油螺杆空压机,如右图所示为LGW40/7型无油螺杆空压机的主机结构。其转子之间不能直接接触，所以阳转子是通过高精度的同步齿轮驱动阴转子的，而且阴转子上的同步齿轮是可调的，以确保转子间的啮合间隙处于理想范围。,为了减小转子由于热膨胀而产生的不均匀变形，转子的中心开有冷却油孔。考虑到一般空压机的负荷较小，径向轴承和推力轴承都
3、采用滚动轴承，以便对转子进行精确定位。在吸、排气侧均采用波纹弹簧压紧的石墨环式轴封，以隔离压缩室和轴承部位。另外，为了防止压缩空气吹进轴承和影响润滑，在最后一个密封单元之间的机体上开有通气孔，以导出泄漏的压气。LGW40/7型无油螺杆空压机的主要技术参数：吸气压力为0.1MPa；排气压力为0.8MPa；吸气温度小于40；排气量为40m3/min；轴功率为260kW；驱动电动机功率为280kW。,二、气路系统,空气在气路系统中的流程为：空气经空气过滤器滤尘之后，进入空压机主机压缩室压缩，并与润滑油混合。经压缩后的油气混合物被排入油气分离器进行油、气分离，经过分离后的空气通过最小压力阀、气冷却器、
4、水气分离器，然后由供气阀送入用户使用系统。系统中各组件功能如下：1空气过滤器：为干式纸质过滤器，过滤纸细孔度约为10m，清除灰尘时应使用低压风由内向外吹。,2最小压力阀：保证启动时优先建立起润滑油所需的循环压力，确保机组的润滑。在压力达到0.4MPa之后放行打开，可降低流过油气分离器的空气流速，以确保油气分离器的效果，并保护油气分离器滤芯，使其避免因压差过大而受损。3水气分离器：为旋风式分离器，其工作原理是靠作用在旋转流场内颗粒上的离心力，使密度比空气大的颗粒向外运动至旋风式分离器器壁，然后再沿器壁向下运动到泄水口；而净化后的气体大多沿中心轴线由旋风分离器顶部排出。这样，压缩空气经水气分离器后
5、，即可直接送至各使用处。水气分离器内设有浮球阀，能自动泄水。,三、油路系统,润滑油在油路系统中的流程为：润滑油通过油气分离器中的压力被压入油冷却器，在冷却器中加以冷却，再经过油过滤器除去杂质颗粒，然后经过回油阀，分成两路，一路由机体下端喷入压缩室，起到润滑、冷却、密封和降噪的作用；另一路通过机体的两端，润滑轴承组及传动齿轮。而后，各部分润滑油均聚集于压缩室底部，随压缩空气排除。油路中各组件功能如下：1油气分离器：是用多层细密的玻璃纤维等材料制成，压缩空气中所含的雾状油滴经过油分离器后几乎可被完全滤去。过滤后，气体的含油量可低于5ppm。,油气分离器滤芯两侧装有一个压差开关，其设定值约为0.08
6、MPa。当压差超过设定值时，显示屏上会显示警告，提醒用户油气分离器滤芯已堵塞，应立即更换。2油过滤器：是一种纸质的过滤器，其功能是除去油中的杂质，过滤精度在1015m之间。是否应当更换油过滤器，由其压差指示警告来判断。3断油阀：其功能是在停机时能迅速切断油路，避免油气分离器内的油继续喷入空压机主机，导致润滑油由进气口喷出。断油阀是重要的零件，一旦发生故障可能会导致空压机主机因失油而烧毁。,四、冷却系统,风冷机组采用铝制板翅式换热器，冷却风扇把冷却空气吹过换热器而进行热交换，带走热量。冷却风扇由单独的电动机驱动。机组使用时环境温度不得超过40，而且必须根据周围环境的含尘状况注意定期清洗。,五、智
7、能控制系统,（一）空压机的保护系统,1电动机过载保护，停机。2排气温度过高保护，停机。3超压缩保护，停机。4电源错相保护，缺相保护，停机。5润滑油脂显示。6精油分离器堵塞警示。7机油过滤器堵塞警示。8空气滤清器堵塞警示。9停机警示。,（二）空压机的显示系统,1排气压力显示。2润滑油压显示。3排气温度显示。4运行累计时间显示。5电动机过载显示。6空压机运行显示。7空压机停机显示。,（三）增值功能,1具有警示复位、清除旧信息功能。2具有对故障警示提供诊断相应动作资料的功能。3具有故障汇记功能。4具有远程通信功能。5具有16台机组联机功能。,第二节 螺杆空压机的主要部件,一、机体,机体由中间部分的气
8、缸及两端的端盖组成。在转子直径较小的机器中，常将一侧端盖与气缸铸成一体，制成带端盖的整体结构，转子顺轴向装入气缸；在转子直径较大的机器中，气缸与吸气、排气端盖是分开的，大型螺杆空压机为便于机器的拆装和间隙的调整，常将机体设计成水平剖分式。,（一）端盖,具有吸气通道或排气通道的端盖，有整体式结构和中分式结构两种。通常端盖内置有轴封和轴承，有的端盖同时还兼作增速齿轮或同步齿轮的箱体。,（二）气缸,螺杆空压机的气缸有单层壁和双层壁两种结构。喷油螺杆空压机的机体多采用单层壁结构气缸，如左图所示，其转子包含在机体中，机体的外侧即为大气。无油螺杆空压机的机体通常采用双层壁结构气缸，如右图所示，夹层内通以冷
9、却水或其他冷却液体，以保证气缸的形状不发生改变。如果排气温度小于100，也可采用单层壁结构，但要在外壁上顺气流方向设冷却翅片。,（三）机体材料,机体材料主要取决于所要达到的排气压力和被压缩气体的性质。当排气压力小于2.5MPa时，可采用普通灰铸铁；当排气压力大于2.5MPa时，应采用铸钢或球墨铸铁。对于空气及惰性气体，应采用普通灰铸铁；对于碳氢化合物和一些轻微腐蚀性气体，应采用铸钢或球墨铸铁；对于腐蚀性气体、酸性气体和含水气体，应采用高合金钢或不锈钢。此外，对于腐蚀性气体，也可采用在普通铸铁材料上喷涂或刷镀一层防腐材料的方法。,二、转子,转子的结构有整体式和组合式两类。当转子直径小于350mm
10、时，通常采用整体式结构，如图（a）所示；当转子直径大于350mm时，通常采用组合式结构，如图（b）至图（d）所示。,（a）（b）（c）（d）,当排气温度较高时，为了减少转子的变形，无油螺杆空压机的转子可采用内部冷却的结构。如下图所示为一种无油空压机转子内部的冷却系统图。,在螺杆空压机中，有时在阴、阳转子的齿顶设有密封齿，并在阳转子齿根圆的相应部位开密封槽，如左图所示。密封齿数及其位置，有多种方案可供选择。例如，在阴转子上有如右图所示I、II、III共三种方案。密封齿可与转子作为一体，也可以镶嵌在铣制的窄槽内。另外，有时还在转子的端面，加工许多密封肋，其形状如左图AA、BB剖视图。,大多数无油螺
11、杆空压机转子齿顶设有密封齿，其目的是使空压机在实际运行工况下的间隙尽可能小。设置密封齿后，在刚开始运行的一段时间内，密封齿能对加工误差、转子变形和热膨胀进行补偿，从而使空压机在工作时，能保持非常小的均匀间隙，使泄漏量尽量减少。当空压机被逐步加载到额定的运行工况和相应的排气温度时，密封齿的设置可以使空压机达到该工况下的最高效率。但当空压机在更高排气温度下运行一段时间后，再回到低排气温度工况下运行时，空压机的效率将降低一些。这是因为密封齿在过高的温度下会产生较多的磨损，从而导致运行在较低温度工况时，泄漏量增大。,另外，在非正常情况下，密封齿还能起到应急保护作用。例如，当转子振动或轴承损坏，致使转子
12、与气缸接触时，密封齿可防止引起大面积的咬伤，避免出现严重事故。在喷油螺杆空压机中，由于排气温度较低，转子热胀较小，一般不设置密封齿。螺杆空压机转子的毛坯常为锻件，一般多采用中碳钢（如45钢等）。有特殊要求时，也有用40Cr等合金钢或铝合金的。为了便于加工，降低成本，目前也有采用球墨铸铁QT6003的。,三、轴承,在螺杆空压机的转子上，作用有径向力和轴向力。径向力是由于转子两侧所受压力不同而产生的，其大小与转子直径、长径比、内压比及运行工况有关；轴向力是由于转子一端是吸气压力，另一端是排气压力，再加上压缩过程及驱动啮合的受力等因素产生的。由于内压缩的存在，排气端的径向力要比吸气端大。由于转子的形
13、状及压力作用面积不同，两转子所受的径向力大小也不一样，阴转子的径向力较大。因此，承受径向力的轴承负荷由大到小依次是：阴转子排气端轴承、阳转子排气端轴承、阴转子吸气端轴承、阳转子吸气端轴承。,同样，两转子所受轴向力大小也不同，阳转子受力较大。轴向力之间的差别比径向力的差别大得多，阳转子所受轴向力大约是阴转子的4倍。螺杆空压机常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两种。无论采用何种形式的轴承，都应确保转子的一端固定，另一端能够伸缩。一般情况下，转子在排气端轴向定位，在吸气端留有较大的轴向间隙，让其自由膨胀，以便保持排气端有不变的最小间隙值，使气体泄漏为最小，并避免端面磨损。,在无油螺杆空压机中，通常采用高
14、精度的滚动轴承，以便得到高的安装精度。在选择滚动轴承时，应保证其有足够长的寿命。而无油螺杆空压机在中压或高压工况工作时，滚动轴承的计算寿命往往较低，因此，无油螺杆空压机的轴向或径向轴承有时也采用滑动轴承。在喷油螺杆空压机中，由于轴向力及径向力都不大，故都采用滚动轴承。通常，用分别安装在转子两端的圆柱滚子轴承承受转子的径向载荷；用安装在排气端的一个角接触球轴承承受轴向载荷，并对转子进行双向定位。承受轴向力的轴承总是放在排气端，以获得最小的排气端面间隙。,四、轴封,（一）无油螺杆空压机的轴封,目前，无油螺杆空压机的轴封主要有石墨环式、迷宫式和机械式三种。,1石墨环式轴封,如右图所示为石墨环式轴封。
15、这种轴封包括一组密封盒5，其数量随密封压力的不同而不同，一般为45个，且排气侧的密封盒数多于吸气侧的密封盒数。,石墨环式轴封的密封环由摩擦系数较低的石墨制成。由于石墨具有良好的自润滑性，可使石墨环与轴颈接触。为了保证强度和使环孔的热膨胀率与转子轴材料的热膨胀率相同，在石墨环4上装有钢制支撑环。石墨环4在轴向靠波纹弹簧2压紧在密封盒5和保护圈1的侧面上，以防止气体经石墨环两侧面泄漏。当轴的旋转中心发生变化时，借助于环孔和弹簧的作用，石墨环也移动到新的位置并保持在这一位置，从而防止了磨损现象的产生。,2迷宫式轴封,3机械式轴封,当无油螺杆空压机的转速较低时，还可采用有油润滑的机械式轴封，如右图所示
16、。这种轴封工作可靠、密封性好，但需要少量的润滑油流过密封表面，这些润滑油可能会混入所压缩的气体中。如果所压缩气体不允许有这种少量的污染，则需在轴封和空压机机腔之间开一个排油槽。在无油螺杆空压机的工作转速下，采用有油润滑的机械密封时，所消耗的功是比较大的。,（二）喷油螺杆空压机的轴封,喷油螺杆空压机都采用滚动轴承，为防止压缩室的气体通过转子向外泄露，需在排气端的转子工作段与轴承之间加一个轴封。这种轴封可以做得非常简单，如下图所示，只要在与轴颈相应的机体处开设特定的油槽，通入具有一定压力的密封油，即可达到有效的轴向密封效果,喷油螺杆空压机转子的外伸轴通常都设计在吸气侧，只有在利用吸气节流的方式调节
17、空压机的排气量时，外伸轴上的轴封两侧才可能会有压差。为防止润滑油漏出和未过滤空气漏入，在小型空压机中，可采用上述的简单密封方法；大中型空压机中，可采用有油润滑的机械式轴封，如下图所示。,五、同步齿轮,在无油螺杆空压机中，转子间的间隙和驱动靠同步齿轮来实现。同步齿轮有可调式和不可调式两种结构，通常采用可调式同步齿轮，如右图所示为可调式同步齿轮结构。,六、内容积比调节滑阀,内容积比是指压缩室脱离吸气孔口瞬间容积与压缩室接通排气孔口瞬间容积之比。如右图所示，通过一种滑阀调节方案，可以获得变化的排气孔口，从而实现内容积比和内压力比的调节。,在实际使用中，还有另外一种较简单的内容积比调节方法，即采用若干个与滑阀完全独立的旁通阀来调节排气孔口的大小。旁通阀可以是轴向的，也可以是径向的。有时还可把旁通阀设计为自动调节，以便对内压缩终了压力与空压机排气压力之间的压差做出最快的反应。旁通阀不仅可以在空压机满负荷时使用，也可在任何载荷情况下使用。,本章小结,（一）螺杆空压机的主要组成部分,螺杆空压机主要由主机、气路系统、油路系统、冷却系统和智能控制系统等几部分组成。,（二）螺杆空压机的主要部件,螺杆空压机的主要部件包括机体、转子、轴承、轴封、同步齿轮和内容积比调节滑阀等。,
