螺杆压缩机加卸载可靠性的研究

螺杆压缩机加卸载可靠性的研究

蔺维君

珠海格力电器股份有限公司   广东 珠海 519000

摘要：本文介绍了螺杆压缩机的加卸载可靠性与油活塞的密封，滑阀的设计、装配、清洁等因素相关等因素相关。在螺杆压缩机加卸载可靠设计上有一定的指导作用。

关键词：螺杆压缩机  加卸载可靠性

Study on the reliability of screw compressors for loading and unloading

Lin Weijun

Gree Electric Appliances Lnc of Zhuhai     Zhuhai Guangdong 519000

Abstract: This article describes that the reliability of screw compressors is related to the sealing of oil pistons,spool valve design、assembly、cleaning and other factors. There is a certain guiding role in the reliable design of screw compressor for loading and unloading.

Keyword：screw compressor    the reliable design

1、前言

容量调节机构的加卸载问题是螺杆压缩机的常见故障之一，特别是加卸载可靠性与油活塞的密封，滑阀的设计、装配、清洁等因素相关等因素相关。

2、螺杆压缩机加卸载可靠性的分析

螺杆压缩机的加卸载可靠性主要体现两个方面：

不能加卸载；

滑阀擦伤；

3、压缩机不能卸载的原因分析

螺杆压缩机的滑阀容量调节机构的原理如下图1所示：

图1 滑阀容量调节机构原理图

从原理图可知，滑阀容量调节机构主要通过油活塞的运动带动滑阀移动，从而改变压缩机有效长度而达到容量调节的目的。

从加卸载的功能上可知，影响滑阀加卸载的两个主要元件：油活塞、电磁阀。如果油活塞的密封性不好，存在泄漏，将导致油缸内压力较高，油缸压力高不利于卸载，有可能导致滑阀卸载异常。电磁阀如果不能正常开闭，在卸载的时候不能打开，那当然也会导致卸载异常，目前电磁阀在质量上出现异常导致加卸载异常的现象极少。要有效解决螺杆压缩机滑阀加卸载的可靠性，首先需确保油活塞的密封性。

4、螺杆压缩机容量调节机构的工作原理

滑阀是螺杆压缩机中用来调节容积流量的一种结构元件，虽然螺杆压缩机的容积流量调节方法有多种，但采用滑阀的调节方法获得了广泛的应用，特别是在喷油螺杆制冷和工艺压缩机中，应用尤为普遍。滑阀上开设有径向排气口，在压缩机中处于不同的位置时，转子被密封的长度也相应不同，从而在旋转一周的过程中被送入压缩腔的气体的量也不同。在密封段外的吸入气体则通过机体下方的旁通口回流至吸气端。通过这种方法就可以达到调节和改变压缩机输气量的目的。

滑阀运动时，使来自系统的高压油与油缸一侧的油室连通，活塞另一侧通向压缩机低压侧。由于活塞两侧的压差产生的合力推动活塞向一个方向运动，从而带动与之相连接的滑阀相应的向同一方向运动。这样就改变了滑阀在压缩机中的相对位置。

滑阀位于机体高压侧两内圆的交点处，能在与气缸轴线平行的方向上来回移动。理论上，滑阀的长度应该同转子一样。然而实践证明，实际滑阀的长度可减小为转子工作长度的70%左右，剩下的部分做成固定的，这样便可减小压缩机的总体尺寸。滑阀的上表面充当了螺杆压缩机的导向作用，因此对加工精度的要求非常高，会导致制造成本增加。滑阀与转子间的间隙，通常比气缸与转子间的间隙大一些，这种结构设计会使压缩机的性能严重下降。

容量调节滑阀的特性随着转子直径的不同会有所不同，这是因为由滑阀移动而造成的旁通口面积与转子直径的平方成正比。而且螺杆压缩机的容积流量可随滑阀移动距离Ls几乎呈线性地连续变化。

5、螺杆压缩机的滑阀的设计形式

滑阀相对压缩机机体的位置，有上置式、下置式两种常用设计。对于不同的位置设计，滑阀受力、运行状况不同。

5.1 上置式滑阀调节机构如图2所示：

图2

根据滑阀受力平衡，计算如下：

                   （1）

         （2）

          （3）

式中：

G—滑阀重力，N;

      F1—滑阀受到的侧压力，N;

      F2—滑阀受到的侧压力，N;

    上置式滑阀两侧受到的侧压力，与滑阀自身的质量成正比，和滑阀两侧的夹角有直接联系。滑阀越大，滑阀两侧的侧压力越大，需减少滑阀自身的质量；滑阀两侧的夹角与转子直径以及滑阀自身直径取值有关。

5.2 下置式滑阀调节机构如图3所示：

图3

根据滑阀受力平衡，计算如下：

                 （4）

      （5）

       （6）

式中：

G—滑阀重力，N;

      F1—滑阀受到的侧压力，N;

      F2—滑阀受到的侧压力，N;

      F2—下置式滑阀受到的支持力，N;

下置式滑阀两侧的侧压力，不受滑阀自身质量影响。而与滑阀两侧夹角有关。

在螺杆压缩机容量调节机构采用滑阀设计上，有几点应该注意：

1）滑阀的长度无需和实际转子长度一致，可减小为转子工作长度的70%左右，剩下的部分做成固定的，这样便可减小压缩机的总体尺寸。

2）滑阀设计位置不同，需要考虑的因素不同。上置式滑阀要考虑到自身质量问题。如果质量偏大，在压缩机运行过程中，可能造成滑阀与压缩机机体擦伤，造成压缩机运行噪声大的结果。

3）滑阀自身对于螺杆压缩机属于关键零部件，需要保证滑阀两曲面的加工精度等。

6、压缩机不能卸载的原因分析

螺杆压缩机的滑阀容量调节机构的原理如下图1所示：

图1 滑阀容量调节机构原理图

从原理图可知，滑阀容量调节机构主要通过油活塞的运动带动滑阀移动，从而改变压缩机有效长度而达到容量调节的目的。

从加卸载的功能上可知，影响滑阀加卸载的两个主要元件：油活塞、电磁阀。如果油活塞的密封性不好，存在泄漏，将导致油缸内压力较高，油缸压力高不利于卸载，有可能导致滑阀卸载异常。电磁阀如果不能正常开闭，在卸载的时候不能打开，那当然也会导致卸载异常，目前电磁阀在质量上出现异常导致加卸载异常的现象极少。要有效解决螺杆压缩机滑阀加卸载的可靠性，首先需确保油活塞的密封性。

7、油活塞作用

油活塞作用主要用来控制油缸中高压侧与低压侧的密封，采用冷冻油推动活塞加载，用高压气体推动活塞实现卸载。油活塞的密封影响到压缩机滑阀的加卸载的功能，示意图如图2所示。

图2 滑阀容量调节机构

8、油活塞结构优化方案

（1）、单道密封环结构

单道密封环结构采用填充聚四氟乙烯材料作为密封环。密封环自身具有润滑性，耐磨。此种结构密封性实际测试使用情况看来，效果较差。活塞对油缸的加工精度要求较高，光洁度至少在1.6以上，才能保证压缩机有最好的耐磨和密封性能。若油缸的光洁度低于1.6，会加速密封环的磨损，导致油缸中有高压气体泄漏，压缩机加卸载不稳定，或出现不能加载及卸载现象。

（2）、单道密封环增加密封槽

在密封环的外圈上加工密封槽，密封槽结构能对气体密封作用较好，但不耐磨，同样对油缸表面光洁度要求高的问题。密封环为塑性材料，加工时难于保证单齿的尺寸，并容易磨损。磨损后压缩机加卸载异常。

（3）、双道密封环+O型圈结构方案

此种结构在单道环的基础上增加了一道，密封性能有所改善，本质上仍未能提高油活塞的稳定性。

（4）、密封环+O型圈+导向环的结构方案

密封环+O型圈+导向环组合的结构方式，密封环用于油缸的密封，导向环用于支撑活塞，避免因重力作用导致密封环单侧受压，产生间隙，影响密封效果及磨损量。

9、实验方案情况

对压缩机进行各工况下的加卸载实验，检验加卸载时间，及其压缩机自动加载情况，来判定油活塞的密封性能。加卸载实验工况与记录表如下：

加卸载可靠性实验：

对压缩机进行100次的加卸载实验，监控实验过程有无异常，再拆检压缩机检查滑阀与油活塞有无异常。

10、实验结果情况如下：

LG压缩机1000次频繁加卸载平均时间与稳定情况：

11、结论

螺杆压缩机的加卸载可靠性与油活塞的密封，滑阀的设计、装配、清洁等因素相关等因素相关。采用密封环油活塞结构方案能保证油缸的密封性能；经过频繁的加卸载实验后，油活塞的密封性能没有衰减。

参考文献：

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[2] 陈敏,螺杆式压缩机能量调节器性能不稳定原因分析及改进措施.机床与液压,2008,36(5)211-212.

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[4] 夏 航,一种螺杆式制冷压缩机滑阀调节机构的改进研究。 制冷,2008,3:81-83.

[5]谭良李爽.双螺杆式制冷压缩机的日常维护和保养.市政工程,2022-03.

作者简介:蔺维君，35岁，男，广东珠海人，工程师，目前主要从事制冷设备的设计、研究相关工作，E-mail：351417749@163.com