|
关键词：干式螺杆压缩机 变工况理论 热力计算分析
【摘要】利用林德的计算真实功率的公式对干式螺杆压缩机进行热力计算，以求对其进行变工况特性的理沦分析。通过对泄漏功率损耗和动力功率损耗的具体定量计算以及定性分析，对汁算这两部分损耗的公式提出质疑。此外，还提出了重新推导这两个公式的方法以供参考。
关键词：干式螺杆压缩机 变工况 热力计算公式
一、引言
我国螺杆压缩机起步于10世纪60年代，在80年代以后，越来越受到国内压缩机生产企业的重视。目前，螺杆压缩机已经成为空气动力、制冷空调这两大领域的主要机型，通过销售额可以看出，2001年，压缩机市场份额的1／3被螺杆机占领[1]。今后螺杆压缩机的市场份额将进—步扩大，尤其是无油螺杆压缩机发展前景更为广阔。由于压缩机较多得运行在变工况条件下，因此研究压缩机变工况运行具有重要的实用意义。作者拟利用奥地利L·林德先生在《螺杆压缩机》一书中提供的实际干式螺杆压缩机简化功率计算式对同一类型干式螺杆压缩机进行理沦热力计算，从而宏观分析干式螺杆压缩机的变工况特性。但在计算过程中发现了功率计算公式(174)以及公式(175)(二公式见后文)的错误，并通过分析在不同转速下和不同压比下实际机器的泄漏损耗和动力损耗对其功率的影响，对这两个公式提出质疑。变工况设计到的理论分析、计算等都是十分复杂的，由于工况的改变，导致压缩机的压力、温度、功率以及容积效率等都有所改变。虽然理论公式所计算出来的结果与实际机器的运行耗损结果还是有一定的差距，但是由于理论计算公式能够提供一种定性趋势分析并能为今后的研究提供一定的计算基础，因此是非常重要的研究思路和方法。但是理论分析出现一定的错误，也容易对机器设计者以及以后的研究者造成误导。
二、热力计算及图表分析
螺杆压缩机是一种按容积变化原理而工作的回转式压缩机。由于变工况的存在，导致压缩机耗功也增加，机器的负荷加重，操作安全性也受到影响[2]。在忽略了工作腔的泄漏和气体的涡流与摩擦损耗而得出的热力学计算公式只能用于无损耗的、完全密封的干式压缩机理论计算，而由于实际机器小泄漏损耗和动力损耗的影响，必须对其功率公式根据经验加以修正。以下是《螺杆压缩机》书巾给出的实际功率Pt的计算公式[3]：
式中Ⅱtg——切线压缩比；
Ⅱi——内压缩比；
PL——空气的热函；
Ptg——ⅡtgP1；
Pdyn——动力功率损耗；
R——气体常数，R=9．81×49．8；
α——吸气状态下工质的声速，α=(kRT吸)0.5=(kRTB)0.5；
ν——转子齿顶圆的圆周速度，ν=πDn／60；
τ/D1——相对于转子直径的螺齿的平均泄漏间隙高度。
式(174)、式(175)分别为公式在林德原著 中的公式编号。真实压缩机的功率 Pt可以视作由三部分组成，一是真实机器的绝热损耗 Pis／Ⅱtg，二是泄漏损耗 Pleak，三是动力损耗 Pdyn,即 Pt= Pis／Ⅱtg+ Pleak+ Pdyn。
在以上的热力学计算公式中，林德的(174) 及(175)两个公式只适应于他给出的具体的齿 数、阳转子扭角等背景下的机器，于是，文中也 参照他的背景，给出干式螺杆压缩机的计算原始参数：阳转子齿数z1=4，阴转子齿数z2=6，满 足长径比L／D=1．5，D1 =0．25 m． n=7700 r／min，理论排量为72 m3／min，结构容积比θ= 3．55，平均泄漏间隙高度 τ=0．3 mm，并令阳转 子扭角中ΨH=300°，κ=1．32，PB=O．1 MPa，TB=293 K。根据这些参数，用林德计算公式计算真实运行情况下该型号压缩机功率值。针对变工况 性质，首先在相同转速下，编程算出压比分别为 1．5，2，2．5，3，3．5，4，4．5这7个不同压比 下的运转功率 Pt，绝热损耗 Pis／Ⅱtg，泄漏损耗Peak和动力损耗 Pdyn四个值以及三个部分分别占 总功率的百分比并将算山的结果分别以图表表示， 以压比为4．5为例，如图1、表l所示。其次在 相同压比下，编程算出7700 r／rain，7800 r／min， 7900r／min，8010r／min这四个不同转速下的运转功率 Pt，绝热损耗 Pis／Ⅱtg，泄漏损耗Peak和动 力损耗 Pdyn四个值以及三个部分分别占总功率的 百分比，也将算出的结果分别以图表表示，以转 速为7700r／min为例，如图2、表2所示： | 
