第一節 螺桿式制冷壓縮機的工作原理
1、螺桿式制冷壓縮機的特點
與活塞壓縮機的往復容積式不同，螺桿式壓縮機是一種回轉容積式壓縮機。與活塞壓縮機相比，螺桿式制冷壓縮機有以下優點：
a.體積小重量輕，結構簡單，零部件少，只相當于活塞壓縮機的1/3～1/2；
b.轉速高，單機制冷量大；
c.易損件少，使用維護方便；
d.運轉平穩，振動小；
e.單級壓比大，可以在較低蒸發溫度下使用；
f.排氣溫度低，可以在高壓比下工作；
g.對濕行程不敏感；
h.制冷量可以在10%～100%之間無級調節；
i.操作方便，便于實現自動控制；
j.體積小，便于實現機組化。
缺點：
轉子、機體等部件加工精度要求高，裝配要求比較嚴格；
油路系統及輔助設備比較復雜；因為轉速高，所以噪聲比較大。
2、螺桿式制冷壓縮機工作原理
雙螺桿（壓縮機）是由一對相互嚙合、旋向相反的陰、陽轉子，陰轉子為凹型，陽轉子為凸型。隨著轉子按照一定的傳動比旋轉，轉子基元容積由于陰陽轉子相繼侵入而發生改變。侵入段（嚙合線）向排氣端推移，于是封閉在溝槽內的氣體容積逐漸縮小，壓力逐漸升高，壓力升高到一定值（或者說轉子旋轉到一定位置）時，齒槽（密閉容積）與排氣孔相通，高壓氣體排出壓縮機，進入油分離器。吸氣、壓縮、排氣過程見示意圖。
3、內壓比與螺桿壓縮機經濟性的關系
螺桿壓縮機是沒有氣閥的容積型回轉式壓縮機，吸、排氣孔的打開和關閉完全為幾何結構決定的，即吸氣終了的體積和壓縮結束時的體積是固定的，即內容積比是固定的。而活塞壓縮機的吸、排氣閥片的打開是由吸、排氣腔的壓力決定的。
內容積比：Vi=VS/Vd
VS—吸氣終了時的容積，Vd—壓縮終了時的容積
內壓力比：Za = Pd / P0
Pd—壓縮終了壓力，P0—吸入壓力
可見，內壓比是由內容積比決定的。所以，壓縮終了壓力Pd是由吸氣壓力和內容積比決定的。
外壓力比：Zy = Py / P0
Py—排氣背壓力，或者說冷凝壓力
外壓比是由蒸發溫度和冷凝溫度決定的，即由運行工況所決定的。
當壓縮機內壓比小于外壓比時（內容積比小），壓縮終了壓力小于冷凝壓力，氣體進入排氣口后不能排出壓縮機，會受到下一個齒槽排出的氣體繼續壓縮（等容壓縮），直到壓力達到冷凝壓力時，才會排出排氣口，進入排氣管路；當壓縮機內壓比大于外壓比時（內容積比大），
因為一臺壓縮機的內壓比一般都是固定的，而工況的變化會導致內、外壓比不一致。所以在選用壓縮機時，應選用內壓比與使用工況對應的外壓比相同或接近的，才能獲得節能。
常用的調節內壓比的辦法有：
更換具有不同開口位置的滑閥（滑閥上開有徑向排氣口），通過改變排氣口位置來改變內壓比；
采用具有可以調節內容積比的壓縮機（可調內容積比螺桿壓縮機）。
第二節 螺桿式壓縮機的結構
螺桿制冷壓縮機一般可分為機體部件、轉子部件、滑閥部件、軸封部件和聯軸器部件。
1)機體部件
機體部件主要是由機體、吸氣端座、吸氣端蓋
排氣端座、排氣端蓋及軸封壓蓋等零件組成。
機體：機體內設有∞字形空腔，容納轉子，是壓縮機的工作汽缸。機體內腔上部設有徑向吸氣口。機體下部有一部分缸壁被鏜掉用于放置滑閥。要使壓縮機壓縮氣體的效率高，就要求機體孔與轉子之間的間隙必須嚴格保證。滑閥端部與機體的配合要嚴密，組裝時需經鉗工研合。
吸氣端座：吸氣端座上部設有軸向吸氣孔口，氣體進入壓縮機的通道。吸氣端座有三個呈三
角形排列的孔，上部兩個是安裝主軸承的，下面一個是滑閥油活塞的工作油缸。安裝主動轉子主軸承孔口外側安裝平衡活塞套。
排氣端座：排氣端座下部的孔口是氣體壓縮終了的軸向排氣口。排氣端座上主軸承孔的外側安裝止推軸承，用軸承壓蓋將止推軸承外圈壓在排氣端座上。
吸氣端座、機體、排氣端座的相對位置是三體找正后靠它們之間的定位銷來確定。即使是同一型號機器的各部件也不能隨意搭配。機體部件中的各零件的端面相互是嚴密貼合的，通過橡膠圈或厭氧膠密封。吸、排氣端座主軸承孔及機體孔之間同心是保證轉子能正常工作的重要條件。
2)轉子部件
轉子部件由主動轉子（一般為陽轉子）、從動轉子（一般為陰轉子）、主軸承、止推軸承、軸承壓蓋、平衡活塞以及平衡活塞套等零件組成。
陰、陽轉子是螺桿壓縮機中最核心的零件。轉子的加工精度、形位公差要求都很高，精加工后還必須做動平衡試驗方可使用。主動轉子通過聯軸器與電機直聯，并帶動從動轉子旋轉。
主軸承一般采用滑動軸承，又叫主軸瓦，是支撐轉子、承擔徑向力。主軸承內表面襯有一層耐磨合金，磨損較大或拉毛、拉傷時應更換。主軸承在工作中靠潤滑油潤滑，各油路必須通暢。更換新軸承時要采取“刮花”處理。
止推軸承：每個轉子上一般裝有一對止推軸承，而且是經過游隙測定后相反方向安裝。止推軸承是克服轉子工作時產生的軸向力（排氣端壓向吸氣端），并保持轉子端面與吸、排氣端座保持一定的間隙。轉子排氣端面與排氣端座的間隙是靠調整墊的厚度來調整的。如果測量排氣端間隙大，則磨薄調整墊；如果測量排氣端間隙小，則更換調整墊或增加一個調整墊。止推軸承的內圈是通過圓螺母及防松墊片（俗稱王八墊）固定在轉子上，外圈是通過軸承壓
平衡活塞通過螺栓（或鍵）固定在主動轉子上吸氣側的一端、在平衡活塞套中隨轉子一同旋轉，承受油壓來平衡一部分軸向力，作用是延長止推軸承的使用壽命。平衡活塞及平衡活塞套磨損嚴重時必須更換。
3)滑閥部件
滑閥部件主要由滑閥、滑閥導管、滑閥導管套、螺旋管、油活塞、指示器以及“O”型圈和密封環等零件組成。螺桿制冷壓縮機最常用的能量調節方法就是在兩個轉子之間設置一個可以軸向移動的滑閥，即滑閥能量調節方法。如圖2-14所示，滑閥位置改變，與滑閥固定端脫離，打開一條與吸氣腔相通的通道，基元容積中的氣體沒有得到壓縮就旁通回吸氣腔，相當于改變了轉子的有效工作長度。滑閥位置不同，旁通氣體的量也不同，滑閥的連續移動，能量可以在10%～100%之間無級調節。滑閥位置的改變，也改變了徑向排氣口的位置，使原本設計好的內壓比發生改變，壓縮比減小，使功耗的變化與冷量的變化不成比例，效率降低。滑閥的另一個作用是將潤滑油引入滑閥內部的空腔，并通過滑閥上的若干小孔將油噴到機體與轉子之間。油在壓縮機中的作用是潤滑、冷卻、密封和消聲。因為螺桿壓縮機向工作腔中噴入潤滑油，所以稱為噴油螺桿，也因此螺桿壓縮機排氣溫度比較低。
滑閥的運動是靠油活塞運動帶動的。油活塞在吸氣端座的油缸內，油缸的兩端有進出油孔與控制系統相連。螺桿制冷壓縮機能量調節控制原理見圖2-15。
4)軸封部件
對于開啟式壓縮機，驅動軸的一端要伸出機體外部，為了防止制冷劑向外泄漏或空氣滲漏入系統，必須在軸的伸出部位及機體之間設置軸封裝置。
如圖2-16所示的彈簧式軸封，是由動環、靜環、彈簧、彈簧座、壓環和“O”型密封圈組成。其中動環、彈簧、彈簧座及動環膠圈裝配在一起并隨主動轉子旋轉而旋轉，靜環及靜環膠圈裝配在軸封壓蓋上相對于機體固定。彈簧提供給動、靜環之間合適的壓力。因此，安裝軸封時要調整彈簧的彈力。膠圈是防止氣體軸向泄漏，動、靜環的貼合面是防止氣體徑向泄漏。螺桿壓縮機的轉速很高，動、靜環表面的摩擦及發熱量都很大。為了潤滑動、靜環之間的密封面、減少滲漏并帶走熱量，軸封室內充滿潤滑油，通過油泵把油不斷地輸送到軸封。因為主動轉子軸伸出端處在排氣側，所以軸封工作位置所處壓力為壓縮機的排氣壓力，為保證軸封的正常工作，要求油壓比排氣壓高0.15~0.3MPa 。
在軸封的前端，一般裝有油封，其作用是保證軸封室內充滿潤滑油。
注意事項：對于氟利昂壓縮機，“O”型圈應使用耐氟橡膠；軸封少量滲漏是允許的；潤滑油中制冷劑過多會嚴重損壞軸封。
5)聯軸器部件
螺桿壓縮機的聯軸器有橡膠柱銷式和撓性（膜片式）聯軸器兩種。
橡膠柱銷式聯軸器由兩個半聯軸節、飛輪、傳動芯子以及螺釘等組成。這種聯軸器的橡膠傳動芯容易磨損，磨損后會導致機器運動不平穩，對轉子、軸承、軸封都會產生不良影響。目前逐漸被撓性聯軸器取代。
撓性聯軸器是由兩半聯軸節、接筒、傳動墊片以及螺釘等組成。這種聯軸器的兩個半聯軸節是經過動平衡試驗的，安裝時相對位置是固定的。
聯軸器是將電動機的動力傳遞到壓縮機主動轉子的重要部件。由于螺桿壓縮機的轉速較高，
對于新運行的機組，因為油分或機架的應力變化，會使壓縮機、電機的同軸度發生改變，應定期檢查同軸度，直至機組應力消除方可連續運轉。
第三節 螺桿式制冷壓縮機組與循環系統
1、螺桿制冷壓縮機組
螺桿壓縮機工作時要不斷向工作腔噴入潤滑油，起著潤滑、冷卻、密封和消聲作用，以及潤滑主軸承、止推軸承、軸封的潤滑油，推動油活塞、平衡活塞的壓力油，這些油最后和高壓氣體混合著排出壓縮機。這些油必須分離出來，經過冷卻、過濾、加壓后循環使用。為防止制冷系統中的雜質隨吸氣進入壓縮機對轉子、機體造成磨損，必須設置吸氣過濾器。
①吸氣過濾器
吸氣過濾器主要由殼體和金屬過濾網等組成。殼體上安裝吸氣溫度計、壓力表和加油閥。加油閥是機組運行時加油的部位。
注意事項：
拆卸端蓋時防止被彈簧彈出傷人；安裝時應注意過濾網一端的膠圈是完好的，如破損或變形應更換。
加油時通過調節吸氣截止閥使吸氣壓力稍低于大氣壓，通過油管將油吸入，操作應緩慢進行。
對于氟利昂機組，蒸發溫度比較低時，如果系統含水量比較大時，過濾器會出現冰堵現象。可以通過更換干燥過濾器濾去水分，也可以通過吸氣過濾器過濾水分。如何判斷和操作
②油分離器
螺桿壓縮機組的油分離器主要有立式和臥式兩種，并且以填料式為主。我公司目前普遍采用臥式二級油分、三種分油方式，分油效率高，可達10PPm。油分離器并且也是壓縮機、電機的基礎，使機組結構緊湊。油分內部分隔成三個腔，靠壓縮機一側桶體是保持油位的，其外部殼體上有兩個上下布置的視油鏡，是監視油位高度（自動機組有油位控制器）。靠電機一側的桶體是安裝二次油分高效分油濾芯的，其外側也有一個視油鏡，根據油位判斷是否采取回油措施。
注意事項：
油位控制：兩個視油鏡之間；分油濾芯前后部分筒內的回油操作油加熱器的作用；
分油濾芯如果污染嚴重，會增加排氣阻力，耗功增加，效率降低，應當更換；因為油分長度較長，受溫度、振動的影響
會產生應力變形，使電機和壓縮機的同軸度改變，壓縮機初期運行時應隨時調整同軸度。具體間隔時間由前次找正時測得的偏差植決定。
③油冷卻器
油分分離出來的潤滑油因為吸收摩擦熱及氣體的熱量而使溫度升高（接近排氣溫度）。潤滑油正常使用溫度是30～60℃，油溫過高粘度降低，會使密封作用減弱，內泄漏增加，降低壓縮機的效率，所以潤滑油必須經過冷卻才能循環使用。油冷卻器就是起冷卻油的作用。
一般油冷卻器采用水冷卻方式。油走殼程，水走管程，清洗水路方便。優點是系統簡單，油
工質冷卻。油走管程，工質走殼程。優點是油冷不易腐蝕，操作維護簡單；節省一套水路系統，適用于水質差或供水困難的場合；油溫比較穩定。缺點是油溫的最低溫度受冷凝溫度控制，系統需增加輔助貯液器或氨泵。輔助貯液器出液口與油冷之間至少要有1米以上的高度差。
④粗油過濾器
為保護油泵的正常工作，在潤滑油進入油泵之前通過粗油過濾器濾去雜質。過濾器由殼體和金屬濾網組成，殼體上設有加油閥，初次加油都是通過此閥。加油可以通過系統抽真空加油，也可以通過油泵加油。對于初次運轉的機器，初運轉后要檢查粗油過濾器的清潔度，并根據系統清潔度定期拆檢過濾網。可使用汽油或煤油清洗過濾網，并用干燥空氣吹干凈后繼續使用。
⑤油泵
油泵在壓縮機組中的作用是增加油壓。常采用齒輪泵或轉子泵。開機前要先檢查油泵旋轉方向。油泵齒輪或轉子磨損嚴重會導致油壓不足，必須檢修或更換；油泵軸封漏油也必須檢修或更換。
⑥精油過濾器
精油過濾器也是由殼體和過濾網組成，裝配在油泵之后、油分配器之前，過濾油中的細小顆粒，保護壓縮機轉子及軸封。為了能濾去細微的金屬磨屑，在過濾網內裝有永磁鐵。
精油過濾器的過濾網比較細密，容易受到污染而使阻力增大。當油流經精油過濾器的壓力降超過0.05～0.1Mpa時，就要對精濾器進行清洗或更換。機組設有精濾器前后壓差保護，設定值為0.1Mpa。
⑦油壓調節閥
油壓調節閥的作用是調節壓縮機的噴油壓力。如果進入壓縮機的油壓過高，會使噴油量過大，既影響壓縮機的吸氣量，又增加壓縮機的耗功，還會增加軸封漏油的可能性；油壓過低，會使噴油量過小，使潤滑油的作用減弱。一般要求精油過濾器后的油壓即噴油壓力要比排氣壓力高0.15～0.3Mpa（可調內容積比壓縮機除外）。
油壓調節閥位一般于油泵進、出油管之間，一般是彈簧式的。當油泵出口壓力高于油壓調節閥設定值時，自動頂開調節閥的閥頭，使一部分油流回進油管或油分，使油壓降低。通常在剛開油泵或油溫比較低時，油壓會比較高，達到0.4~0.6MPa，此時不須要調整油壓調節閥的設定值。機器運轉正常后，根據需要將油壓調整到合適值。
⑧止回閥
止回閥又稱止逆閥或單向閥。因為螺桿壓縮機沒有例似于活塞壓縮機中的吸、排氣閥片可以自動隔開高低壓氣腔，當壓縮機突然停機而又沒有來得及關閉吸排氣截止閥，制冷劑氣體就會從高壓側流向低壓側，同時壓縮機轉子也會在氣流的作用下出現倒轉現象。螺桿壓縮機倒轉會產生很多惡劣的影響：轉子會產生嚴重的磨損；低壓側（蒸發器）壓力升高，溫度上升；壓縮機中的潤滑油會隨氣流大量流向低壓側，會使機組油量不足，影響蒸發器換熱，或再次開機出現液擊現象。
螺桿壓縮機在吸氣截止閥與機體吸氣口之間、油分出口與排氣截止閥之間設有吸氣單向閥和排氣單向閥，用以防止制冷劑氣體反方向流動。不能把單向閥做為截止閥使用。吸、排氣止
在機體吸氣口和油分之間設還有一個電磁閥（俗稱B閥），人為停機時，電磁閥打開，使壓縮機吸、排氣口壓力迅速平衡，減輕壓縮機在停機時倒轉。
2、單級螺桿制冷壓縮機組系統、潤滑與控制
(1)壓縮機組系統
單級螺桿制冷壓縮機組一般由壓縮機、電動機、吸氣過濾器、油分離器、油冷卻器、油過濾器、油泵、止回閥以及電氣控制臺組成，安裝在同一公共底座上。電氣啟動柜一般集中在一個控制室內。
(2)潤滑與噴油
螺桿制冷壓縮機有內油路和外油路兩種。不論那種油路，以下各點都應保證潤滑：
a.滑閥噴油
b.平衡活塞噴油
c.滑閥導軌噴油
d.吸、排氣端主軸承及止推軸承噴油
e.軸封噴油
(3)控制與保護
螺桿制冷壓縮機組的控制一般分為全自動型和手動操作加自動保護型。不論那種類型，都應設置下列自動保護：
a.主電機過載保護
b.排氣壓力高保護：≤1.57MPa
c.噴油溫度高保護：≤65℃
d.油壓與排氣壓力差保護：≥0.10 MPa
e.精油過濾器前后壓差高保護：≤0.1MPa
f.吸氣壓力低保護：根據工況設定
3、帶經濟器的螺桿制冷循環系統
螺桿壓縮機的特點之一是單級壓比大，但隨著壓比增大，壓縮機的內泄漏增加，效率降低，耗功大。利用螺桿壓縮機的吸氣、壓縮、排氣單向進行的特點，在轉子轉動到開始壓縮的某一位置設置一個中間補氣孔，補入中間壓力下的制冷劑氣體，使單級螺桿按兩極壓縮運轉，相當于準雙級，即為帶經濟器的螺桿壓縮機。
帶經濟器的螺桿制冷循環系統又稱為節能系統。如圖2-18所示的為帶經濟器的一級節流循環原理圖。
A—壓縮機
B—油分離器
C—冷凝器
S—貯液器
J—經濟器
E—蒸發器
P—油泵
F—油冷
G1—節流閥1
G2—節流閥2
帶經濟器的螺桿壓縮機組常用于蒸發溫度為-25~-40℃的制冷系統。與原來的單級壓縮機相比，制冷量、制冷效率都有了大幅的提高，同時還節省電能。見圖2-19所示，為帶經濟器的氨螺桿壓縮機制冷量、軸功率的增加率跟溫度的關系，可見軸功率變化比較平緩，而制冷量隨蒸發溫度的降低增加率增高，并且壓比越大，增加的效果越顯著。
4、螺桿液氨冷卻壓縮機組
采用液氨油冷卻器的壓縮機組。適用于水質差、供水困難或水成本高的場合；油溫比較穩定。缺點是油溫的最低溫度受冷凝溫度控制，系統需增加輔助貯液器或氨泵。采用輔助貯液器時輔助貯液器的出液口與油冷之間至少要有1米以上的高度差。
5、螺桿冷水機組
將螺桿壓縮機組與蒸發器、冷凝器、干燥過濾器、電磁閥及熱力膨脹閥等組合在一個公共底座上，采用水作為載冷劑的機組。冷水機組常采用R22作為制冷劑，并采用熱力膨脹閥自動調節供液量。目前也有采用氨作為制冷劑、板式換熱器作為蒸發器和冷凝器。采用殼管換熱器可制取4～15℃的空調或冷卻用水；而采用板式換熱器可制取1℃左右的冷水。冷水機組除了有正常壓縮機組的自動保護外，還有冷水、冷卻水斷水保護及冷水水溫低保護。
熱力膨脹閥：由感溫包、毛細管、彈性膜片、彈簧、閥芯、閥座及調節裝置等組成。感溫包是綁在靠近壓縮機的吸氣管路上的，利用感溫包內的制冷劑飽和溫度與飽和壓力的對應關系，溫度變化時壓力也發生變化，改變閥芯的開啟度，調節膨脹閥的供液量。調節裝置是用來改變彈簧壓在膜片上的彈力的，從而改變吸氣過熱度。
6、螺桿鹽水（乙二醇）機組
結構與冷水機組相似，采用鹽水（乙二醇溶液）作為載冷劑，制取-10～-40℃的低溫鹽水（乙二醇溶液）。由于鹽水有腐蝕性，鹽水機組的蒸發器內的換熱管采用耐低溫、耐腐蝕的高效黃銅管制成。鹽水（乙二醇）機組蒸發溫度比較低，初期運行時要注意觀察吸氣過濾器是否出現冰堵。