螺桿機課程設(shè)計

1、目錄1.雙螺桿壓縮機的特點和應(yīng)用前景11.1.雙螺桿壓縮機的特點11.2.雙螺桿壓縮機的應(yīng)用前景11.3.雙螺桿壓縮機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理22.轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則52.1.轉(zhuǎn)子型線及其要素52.2.轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則53.設(shè)計要求63.1.設(shè)計給定的參數(shù)64.選定型線類型及型線推導(dǎo)過程64.1.選定型線類型64.2.型線推導(dǎo)過程75.轉(zhuǎn)子幾何特性285.1.I級幾何特性285.2.II級幾何特性316.熱力計算346.1.設(shè)計要求346.2.計算理論容積流量346.3.計算實際容積流量346.4.設(shè)計選型以及各參數(shù)選定346.5.給定絕熱效率346.6.各級具體參數(shù)計算356.7.復(fù)算電動機功率4

2、06.8.計算比功率41 411. 雙螺桿壓縮機的特點和應(yīng)用前景1.1. 雙螺桿壓縮機的特點就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機與活塞壓縮機相同，都屬于容積式壓縮機。就主要部件的運動形式而言，又與透平壓縮機相似。所以，螺桿壓縮機同時兼有上述兩類機器的特點。1) 螺桿壓縮機的優(yōu)點如下：1）可靠性高。螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，因而它運轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達4-8萬h.2)操作維護方便。螺桿壓縮機自動化程度高，操作人員不必經(jīng)過長時間的專業(yè)培訓(xùn)，可實現(xiàn)無人值守運轉(zhuǎn)。3）動力平衡好。螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力，機器可平穩(wěn)地高速工作，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)，特別適合用作移動式壓縮機，體積小、重量輕

3、、占地面積少。4）適應(yīng)性強。螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，容積流量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣的范圍內(nèi)能保持較高的效率，在壓縮機結(jié)構(gòu)不作任何改變的情況下，適用于多種共質(zhì)。5）多相混輸。螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面間實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可輸送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。2) 螺桿壓縮機的主要缺點：1）造價高。由于螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具在價格昂貴的專用設(shè)備上進行加工。另外，對螺桿壓縮機氣缸的加工精度也有較高的要求。2）不能用于高壓場合。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機只能用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不超過3MPa。3）不能用于微型場合

4、。螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min時，螺桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能。1.2. 雙螺桿壓縮機的應(yīng)用前景1) 噴油螺桿空氣壓縮機 動力用的噴油螺桿壓縮機已系列化，一般都是在大氣壓力下吸入氣體，單級排氣壓力有0.7 MPa、1.0MPa和1.3 MPa（表壓）等不同形式。少數(shù)用于驅(qū)動大型風(fēng)鉆的兩級壓縮機，排氣壓力可達到2.5 MPa（表壓）。此類壓縮機目前的容積流量范圍為0.2-100m3/min，越來越被用到對空氣品質(zhì)要求非常高的應(yīng)用場合，如食品、醫(yī)藥及棉紡企業(yè)，占據(jù)了許多原屬無油壓縮機的市場。2) 噴油螺桿制冷壓縮機目前，半封閉和全封閉式螺桿制冷壓縮機廣泛應(yīng)用

5、于住宅和商用樓房的中央空調(diào)系統(tǒng)，產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開啟式。此外，螺桿制冷壓縮機還用于工業(yè)制冷、食品冷凍、冷藏，以及各種交通運輸工具的制冷裝置。在環(huán)境溫度下工作時，單級螺桿制冷壓縮機可達-25的蒸發(fā)溫度，采用經(jīng)濟器或雙級壓縮，可達-40的蒸發(fā)溫度。既能供冷又能供暖的冷熱兩用螺桿機組，近年發(fā)展很快。目前螺桿制冷壓縮機標(biāo)準(zhǔn)工況下制冷量范圍為10-2500KW。3) 噴油螺桿工藝壓縮機 噴油螺桿工藝壓縮機的工作壓力由工藝流程確定，單級壓力比可達10，排氣壓力通常小于4.5MPa，但可高達9MPa，容積流量范圍為1-200 m3/min。4) 干式螺桿壓縮機 目前一般干式螺桿壓縮機的單級壓力比為1.5-3.5

6、，雙級壓力比可達8-10，容積流量為3-500m3/min。5) 噴水螺桿壓縮機 使噴入的水與潤滑油隔開，用于一些可能發(fā)生聚合反應(yīng)的氣體，向壓縮機入口噴入適當(dāng)?shù)娜軇?，以沖掉這些化合物。6) 其他螺桿機械 螺桿壓縮機可作為油、氣、水多相流混輸泵使用，也可作為真空泵使用單級真空度可達98%，能耗較其他類型真空泵低20%-50%。此外，螺桿機械還可作為膨脹機。1.3. 雙螺桿壓縮機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.3.1. 基本結(jié)構(gòu)通常所稱的螺桿壓縮機指的是雙螺桿壓縮機。雙螺桿壓縮機的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機。雙螺桿壓縮機是一種容積式的回轉(zhuǎn)機械。由一對陰、陽螺桿，一個殼體與一對端蓋組成。在倒“8”

7、形的氣缸中，平行地配置著一對相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子，分別稱為陰、陽轉(zhuǎn)子。它們和機體之間構(gòu)成一個“V”字形的一對密封的齒槽空間隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而逐漸變小，并且其位置在空間也不斷從吸氣口向排氣口移動，從而完成吸氣-壓縮-排氣的全部過程。一般陽轉(zhuǎn)子與原動機連接，由陽轉(zhuǎn)子帶動陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。在壓縮機機體的兩端，分別開設(shè)一定形狀和大小的孔口。一個供吸氣用，稱作吸氣孔口；另一個供排氣用，稱作排氣孔口。1.3.2. 工作原理螺桿壓縮機的工作循環(huán)可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)，這里只研究其中一對齒。1) 吸氣過程圖1示出的螺桿壓縮機的吸氣過程，所討論的一對齒用箭頭

8、標(biāo)出，陽轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)，圖中的轉(zhuǎn)子端面是吸氣端面。機殼上有特定形狀的吸氣孔口如圖1粗實線所示。圖1 雙螺桿壓縮機的吸氣過程a）吸氣過程即將開始 b）吸氣過程中 c）吸氣過程結(jié)束圖1（a）示出的是吸氣過程即將開始時的轉(zhuǎn)子位置。在這一時刻，這一對齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣孔口連通。隨著轉(zhuǎn)子開始運動，由于齒的一端逐漸脫離嚙合而形成齒間容積，這個齒間容積的擴大，在其內(nèi)部形成了一定的真空，而此齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中，如圖1（b）中陰影部分所示。在隨后的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，陽轉(zhuǎn)子齒不斷從陰轉(zhuǎn)子的齒槽中脫離出來，齒間容積不斷擴大，并與吸氣孔

9、口保持連通。吸氣過程結(jié)束時的轉(zhuǎn)子位置如圖1（c）所示，其最顯著的特征是齒間容積達到最大值，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，所研究的齒間容積不會再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。2) 壓縮過程a）吸氣過程即將開始 b）吸氣過程中 c）吸氣過程結(jié)束、排氣過程即將開始圖2示出螺桿壓縮機的壓縮過程。這是從上面看相互嚙合的轉(zhuǎn)子，圖中的轉(zhuǎn)子端面是排氣端面，機殼上的排氣孔口如圖中粗實線所示。在這里，陽轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。圖2 雙螺桿壓縮機的壓縮過程圖2（a）示出壓縮過程即將開始時的轉(zhuǎn)子位置。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減少。被密封在容積中的氣體所占據(jù)的體積也隨

10、之減少，導(dǎo)致壓力升高，從而實現(xiàn)氣體的壓縮過程，圖2（b）。壓縮過程可一直持續(xù)到齒間容積即將與排氣孔口連通之前。3) 排氣過程圖3 雙螺桿壓縮機的排氣過程a）排氣過程中 b）排氣過程結(jié)束圖3示出螺桿壓縮機的排氣過程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過排氣孔口被排出，圖3（a）。這個過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，圖3(b) 。此時，齒間容積內(nèi)的氣體通過排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積變?yōu)榱恪?. 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則2.1. 轉(zhuǎn)子型線及其要素螺桿壓縮機最關(guān)鍵的是一對相互嚙合的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線垂直面的截交線稱為轉(zhuǎn)子型線。對于螺桿

11、壓縮機轉(zhuǎn)子型線的要求，主要是在齒間容積之間有優(yōu)越的密封性能，因為這些齒間容積是實現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。對螺桿壓縮機性能有重大影響的轉(zhuǎn)子型線要素有接觸線、泄漏三角形、封閉容積和齒間面積等。（1）接觸線 。螺桿壓縮機的陰、陽轉(zhuǎn)子嚙合時，兩轉(zhuǎn)子齒面相互接觸而形成的空間曲線稱為接觸線。如果轉(zhuǎn)子齒面間的接觸連續(xù)，則處在高壓力區(qū)內(nèi)的氣體將通過接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄漏。陰、陽轉(zhuǎn)子型線嚙合時的嚙合點軌跡，稱為嚙合線。嚙合線實質(zhì)是接觸線在轉(zhuǎn)子端面上的投影。顯然接觸線連續(xù)，意味著嚙合線應(yīng)該是一條連續(xù)的封閉曲線。（2）泄漏三角形 。在接觸線頂點和機殼的轉(zhuǎn)子氣缸孔之間，會形成一個空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形。若

12、嚙合線頂點距陰、陽轉(zhuǎn)子齒頂圓的交點較遠(yuǎn)，則說明泄漏三角形面積較大。（3）封閉容積 。如果在齒間容積開始擴大時，不能立即開始吸氣過程，就會產(chǎn)生吸氣封閉容積。吸氣封閉容積的存在，影響了齒間容積的正常充氣。從轉(zhuǎn)子型線可定性看出封閉容積的大小。（4）齒間面積 。它是齒間容積在轉(zhuǎn)子端面上的投影。轉(zhuǎn)子型線的齒間面積越大，轉(zhuǎn)子的齒間容積就越大。2.2. 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則 （）滿足嚙合要求。螺桿壓縮機的陰、陽轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共軛型線。（）形成長度較短的連續(xù)接觸線。為了盡可能減少氣體通過間隙帶的泄漏，要求設(shè)法縮短轉(zhuǎn)子間的接觸線長度。（）應(yīng)形成較小面積的泄漏三角形。（）應(yīng)使封閉容積較小。吸氣封閉容積導(dǎo)

13、致壓縮機功耗增加、效率降低、噪聲增大。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能小地。（）齒間面積盡量大。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對減少，效率得到提高。3. 設(shè)計要求3.1. 設(shè)計給定的參數(shù)排氣量:排氣壓力：2.5MPa供氣穩(wěn)定：60攝氏度電機轉(zhuǎn)速：2960rpm電機功率：250kw4. 選定型線類型及型線推導(dǎo)過程4.1. 選定型線類型考慮到采用油潤滑，減少泄漏，提高機器效率和可靠性，因此采用單邊不對稱銷齒圓弧。本設(shè)計采用我國規(guī)定的螺桿壓縮機標(biāo)準(zhǔn)的單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線。如下圖所示。 單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線a）型線 b）嚙合線這種單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線與原始不對稱型線的主要區(qū)別在

14、于：采用徑向直線AB及DE倒棱修正，去除了原始不對稱型線外圓上的擺線形成點，并使擺線IJ的形成點向內(nèi)移動。另外，將圓弧齒曲線擴大一角度，形成保護角，使擺線CD的形成點I處于陽轉(zhuǎn)子外圓之內(nèi)，保護了對嚙合性能很敏感的擺線形成點。修正后，便于轉(zhuǎn)子在加工、安裝、運行及儲運中保護擺線形成點。但使接觸線頂點與轉(zhuǎn)子齒頂圓交點之距離略有增大，使通過泄漏三角形的泄漏量增加。為此，通常限制直線段DE的長度在0.5-2mm 的允許范圍之內(nèi)。處在低壓側(cè)的直線段AB的長度，由于不影響氣密性，通常從制造工藝出發(fā)，使其與圓弧BC光滑過度。4.2. 型線推導(dǎo)過程具體型線推導(dǎo)過程，我們是借助于Mathcad這款軟件做的，全部參

15、數(shù)化設(shè)計，以下提供軟件中設(shè)計的各類參數(shù)，同時電子稿里面也會附上源文件，還有各種作圖文件。下圖為proe畫出的I級轉(zhuǎn)子嚙合三維曲線。5. 轉(zhuǎn)子幾何特性5.1. I級幾何特性5.1.1. I級齒間面積和面積利用系數(shù)1) 齒間面積陰、陽轉(zhuǎn)子的齒間面積是螺桿壓縮機的重要幾何性質(zhì)之一，在對轉(zhuǎn)子型線的各段組成齒曲線建立方程逐個確定其參數(shù)變化范圍后，可利用解析法求得轉(zhuǎn)子的齒間面積。陰、陽轉(zhuǎn)子齒間面積系由多段光滑曲線及齒頂圓弧首尾相接圍成的，故其面積的一般表達式為： （1） 陰轉(zhuǎn)子齒間面積陰轉(zhuǎn)子齒間面積A01為：由CAD查詢工具得：或可有= （2） 陽轉(zhuǎn)子齒間面積陽轉(zhuǎn)子齒間面積A02為：由CAD查詢工具得：或

16、可有= （3） 陰陽轉(zhuǎn)子齒間面積總和：=78982) 面積利用系數(shù)螺桿壓縮機的面積利用系數(shù)，表征轉(zhuǎn)子直徑范圍內(nèi)總面積的利用程度。其定義式為：查教材表3-12，得單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線的面積利用系數(shù)=0.515。3) I級扭角系數(shù)及內(nèi)容積比扭角系數(shù)為 查螺桿壓縮機理論、設(shè)計及應(yīng)用表3-2，得單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線的扭角系數(shù)為C=0.989。4) 轉(zhuǎn)子長度 L取陽轉(zhuǎn)子長徑比 l =1.3，得250mmm，陰陽轉(zhuǎn)子長度相同。5) 復(fù)算排氣量理論排氣量 ：取扭角系數(shù) =0.989n=2960rpm/min陽轉(zhuǎn)子=4，得 實際排氣量：取容積效率 =0.9 根據(jù)實際情況要求:因此，氣量滿足設(shè)計

17、要求。5.2. II級幾何特性5.2.1. II級齒間面積和面積利用系數(shù)1) 齒間面積陰、陽轉(zhuǎn)子的齒間面積是螺桿壓縮機的重要幾何性質(zhì)之一，在對轉(zhuǎn)子型線的各段組成齒曲線建立方程逐個確定其參數(shù)變化范圍后，可利用解析法求得轉(zhuǎn)子的齒間面積。陰、陽轉(zhuǎn)子齒間面積系由多段光滑曲線及齒頂圓弧首尾相接圍成的，故其面積的一般表達式為：（1）陰轉(zhuǎn)子齒間面積陰轉(zhuǎn)子齒間面積A01為：由CAD查詢工具得：或可有= （2） 陽轉(zhuǎn)子齒間面積陽轉(zhuǎn)子齒間面積A02為：由CAD查詢工具得：或可有= （3） 陰、陽轉(zhuǎn)子齒間面積總和：=32332) 面積利用系數(shù)螺桿壓縮機的面積利用系數(shù)，表征轉(zhuǎn)子直徑范圍內(nèi)總面積的利用程度。其定義式為：

18、查教材表3-12，得單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線的面積利用系數(shù)=0.515。3) II級扭角系數(shù)及內(nèi)容積比扭角系數(shù)為 查螺桿壓縮機理論、設(shè)計及應(yīng)用表3-2，得單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線的扭角系數(shù)為C=0.989。4) 轉(zhuǎn)子長度 L取陽轉(zhuǎn)子長徑比 l =1，得160mmm，陰陽轉(zhuǎn)子長度相同。5) 復(fù)算排氣量計算理論排氣量 取扭角系數(shù) =0.989n=2960rpm/min陽轉(zhuǎn)子=4，得 計算實際排氣量取容積效率 =0.9 根據(jù)實際情況要求:經(jīng)過計算，II級理論排氣量為5.33，具體計算見熱力計算那邊。因此，氣量滿足設(shè)計要求。6. 熱力計算6.1. 設(shè)計要求排氣量:排氣壓力：2.5MPa供氣穩(wěn)定

19、：60攝氏度電機轉(zhuǎn)速：2960rpm電機功率：250kw6.2. 計算理論容積流量螺桿壓縮機的理論容積流量，為單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的齒間容積之和，它只取決于壓縮機的幾何尺寸和轉(zhuǎn)速。若令=L/D1，但由于本設(shè)計形線就是根據(jù)給定參數(shù)排氣量設(shè)計的，因此在這里就直接令qvi=6.3. 計算實際容積流量取容積效率為0.9，螺桿壓縮機的實際容積流量是指折算到吸氣狀態(tài)的實際容積流量，計算式為=0.9= 6.4. 設(shè)計選型以及各參數(shù)選定由于壓力比較大，大于10，我們決定使用兩級壓縮。分配各級壓力比設(shè)定噴油溫度為50度設(shè)定I級排氣溫度Td=70度設(shè)定II級排氣溫度Td=90度工作過程當(dāng)作等熵過程進行6.5. 給定絕熱效率螺桿壓縮機的絕熱效率ad反映了壓縮機能量利用的完善程度，其數(shù)值依機型和工況不同而有明顯的差別。本次絕熱效率選為0.756.6. 各級具體參數(shù)計算6.