08技術(shù)原理-羅茨鼓風(fēng)機(jī)三葉轉(zhuǎn)子與二葉轉(zhuǎn)子性能比較_圖文

1、 為在中心距和外圓半徑相同的條件下,二葉轉(zhuǎn)子的鼓風(fēng)機(jī)比三葉的排氣量大,這是一種錯(cuò)誤的觀點(diǎn)。文獻(xiàn)3在論述羅茨鼓風(fēng)機(jī)的基元容積與節(jié)能及噪聲的關(guān)系中,通過比較二葉和三葉鼓風(fēng)機(jī)基元容積的大小從而得出三葉鼓風(fēng)機(jī)的理論輸氣量1七-葉的小藝A Q2s-3s-4Vl,2葉×rt,式中vI彪臥為一個(gè)轉(zhuǎn)子葉面積的一半;n為鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速¨】。該文的分析有些欠妥。首先,在二葉和三葉的羅茨鼓風(fēng)機(jī)中,在兩葉輪距孫和葉輪外徑如及葉輪長度相同的情況下,它們單個(gè)的葉輪端面面積是不相同的。如果面積相同,葉輪之間將不能正常的“嚙合”(兩葉輪之間有微小的間隙。以圓弧線葉型為例,分別計(jì)算葉蜂的圓弧半徑r。22一尺。

2、+口一2a×如×COS昔蘆蘭魚一。2(R。一口×cos弓爭厶I,式中Z為葉輪頭數(shù)(二葉為2,三葉為3;取外圓半徑R。=70ram;兩葉輪的中心距2a-96mm。分別代人數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)為二葉時(shí)有r=-34mm;當(dāng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)為三葉的時(shí)候有r=-24mm,兩者葉峰半徑有10mm的差距。再作出其他的曲線得出二葉和三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的整個(gè)葉輪曲線,如圖la、b所示。(a二葉轉(zhuǎn)子截面示意圖(b三葉轉(zhuǎn)子截面示意圖圖l二葉和三葉轉(zhuǎn)子截面示意圖在三維軟件Autodesk Inventor中分別進(jìn)行實(shí)體建模,如圖2a、b所示,分別測量它們端部的面積,二葉的面積為7870.19

3、8mm2,三葉的面積為7764.784mm2,三葉的面積比二葉的面積還略小一點(diǎn)。根據(jù)文獻(xiàn)3所推導(dǎo)出的基元容積公(a二葉轉(zhuǎn)子端部面積式v,=!學(xué),式中最為葉輪的面積。經(jīng)計(jì)算,二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的基元容積vn=3761.576mm3;三葉的基元容積v31=2542.855mm3。圖2二葉和三葉轉(zhuǎn)子端部面積二葉羅次鼓風(fēng)機(jī)的每轉(zhuǎn)排量Qz,=4v五×L=15046.304×Lmm31r,三葉羅次鼓風(fēng)機(jī)的排量Qas=6v3l×L=15257.130×Lmm3/r,式中L為葉輪(b三葉轉(zhuǎn)子端部面積的長度。可見三葉圓弧葉型的羅茨鼓風(fēng)機(jī)比二葉的輸氣量還大一點(diǎn),并不是文獻(xiàn)3_4

4、當(dāng)中所提出的二葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的排氣量比三葉大 一13一紅知-4v。尼葉x n,式中V1/2是單個(gè)葉輪面積的一半。為了保證葉輪間的正?！皣Ш稀?三葉和二葉的葉輪大小、葉峰半徑和谷圓半徑是有不小的差距的。其實(shí),上述所討論的二葉和三葉輸氣量的問題,就是面積利用系數(shù)的比較,面積利用系數(shù)的算法:葉輪旋轉(zhuǎn)一周,其外圓半徑所掃過的面積St='fiRm。令葉輪的橫斷面積為&則AS=S。一島。葉輪的面積利用系數(shù)定義為A:掣,它能.l準(zhǔn)確的反映鼓風(fēng)機(jī)效率的一方面,值越大,在中心距幻和心相同的情況下,鼓風(fēng)機(jī)的每轉(zhuǎn)的排量越大。圖3是根據(jù)文獻(xiàn)1所提供計(jì)算葉輪斷面面積的公式(1,(2作出圓弧線葉型的面積利用

5、系數(shù)曲線圖。可以看出,三葉圓弧葉型的面積利用系數(shù)始終比二葉的大,而且隨著徑距比的增大而逐漸加大。Z=3時(shí)是=(。+,k舶一24r(a+b,at2121一(a+:b”22。d'y(1壓2時(shí)是=(。#。肌訂n扣16“椰艄識(shí)V/1d贏(a+b:點(diǎn)2。-一'(2式中a為中心距的一半;易為葉峰圓心到葉輪中心的距離;r為葉峰的半徑。產(chǎn)手一手,a的取值范圍為o詈n1。對于漸開線型的葉輪,由于面積利用系數(shù)籟髏匪熏韙暄1.41.42l。441.461.481.5I.521.54徑距比足-,口圖3二葉和三葉轉(zhuǎn)子面積利用系數(shù)曲線-14-和葉輪的頭數(shù)沒有關(guān)系,也就是在選用漸開線葉輪的時(shí)候,二葉和三葉的

6、羅茨鼓風(fēng)機(jī)在主要參數(shù)相同的時(shí)候其排量是相同的。通過上面的論述,在葉型選取適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,三葉的比二葉的理論輸氣量更大。所以說文獻(xiàn)3-4講的三葉是以犧牲了基元單元的容積來降低了它的噪聲,這句話是不恰當(dāng)?shù)?三葉的在降低了噪聲的同時(shí)并沒有降低它的排量,這正是三葉轉(zhuǎn)子其中之一的優(yōu)勢。1.2噪聲及振動(dòng)大小的比較羅茨鼓風(fēng)機(jī)在工作過程中,氣體逆流壓縮產(chǎn)生強(qiáng)烈的空氣沖擊動(dòng)力噪聲,為了減少這種噪聲,在不改變整個(gè)有效容積的情況下,減少單個(gè)有效容積y的體積,從而減少霍而姆共振效應(yīng),達(dá)到減小噪聲的目的。將二葉型變?yōu)槿~型,從而將有效容積從兩等分變?yōu)槿确?減少了輸出氣流壓力的脈動(dòng),而且排氣腔部分體積通過葉輪間隙回流到進(jìn)氣

7、腔的氣體流量減少,氣體的擾動(dòng)減小,氣體的脈動(dòng)壓力減小,從而使鼓風(fēng)機(jī)的振動(dòng)減少。壓力脈動(dòng)是羅茨鼓風(fēng)機(jī)的主要噪聲源,三葉式鼓風(fēng)機(jī)能有效地降低噪聲達(dá)5dB。為了進(jìn)一步減少羅茨鼓風(fēng)機(jī)的噪聲,對于三葉的葉型可以采用扭葉型,如圖4所示。這種結(jié)構(gòu)不僅可以進(jìn)一步擴(kuò)大鼓風(fēng)機(jī)的基元容積,而且可以進(jìn)一步減小羅茨鼓風(fēng)機(jī)的噪聲。當(dāng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的葉輪扭轉(zhuǎn)角為60。時(shí),其理論流量為定值,不勻度為零¨1;另一方面扭葉結(jié)構(gòu)還可以延緩回流過程,降低排氣脈動(dòng)。由于受到內(nèi)泄漏的影響,其進(jìn)氣流量總有一些脈動(dòng),但要比三葉直葉的要小。扭葉型的羅茨鼓風(fēng)機(jī)的排氣脈動(dòng)要比直葉型的小一些,三葉直葉型的排氣脈動(dòng)也比二葉的要小,但差別不是太明

8、顯。二葉的轉(zhuǎn)子不可能利用扭葉這種形式,因?yàn)槿绻~的采用扭葉的話,其扭轉(zhuǎn)角要取270。,在保證葉輪 圖4三葉扭葉轉(zhuǎn)子正常嚙合的情況下,這種結(jié)構(gòu)是不可能實(shí)現(xiàn)的。而三葉的扭葉轉(zhuǎn)子,只需其包容角不小于180。,即可以滿足要求11。1.3內(nèi)泄漏的比較在間隙大小及工作條件相同的情況下,三葉鼓風(fēng)機(jī)的內(nèi)泄漏流量往往比二葉的小一點(diǎn)?；莘ey處于泄漏間隙與進(jìn)氣口之間,對內(nèi)泄漏流動(dòng)具有一定的阻隔作用。對二葉鼓風(fēng)機(jī)而言,容積y只在微小的角度范圍內(nèi)保持封閉狀態(tài),阻隔作用不大。三葉鼓風(fēng)機(jī)的基本容積至少有60。的封閉旋轉(zhuǎn)過程,阻隔效果顯著一些,可以提高鼓風(fēng)機(jī)的容積效率。采用三葉轉(zhuǎn)子及逆流冷卻的鼓風(fēng)機(jī),封閉容積內(nèi)的氣體處

9、于吸排氣的中間壓力,這樣通過葉輪頂端及端面的泄漏就不是從排氣壓力直接到吸氣壓力。對三葉扭葉轉(zhuǎn)子,當(dāng)排氣口呈對角線布置時(shí),結(jié)合扭葉轉(zhuǎn)子逐漸嚙合的特點(diǎn),使扭葉轉(zhuǎn)子工作時(shí)并不象直葉那樣能使基元容積完全與排氣口相通,在與排氣口連通前使基元容積中的氣體能在機(jī)殼內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一定的內(nèi)壓縮,這樣就比二葉轉(zhuǎn)子在同樣條件下的直接泄漏量還要小,容積比能也相應(yīng)降低b1。1.4轉(zhuǎn)子力學(xué)性能比較由于三葉葉輪和二葉的在葉型結(jié)構(gòu)上存在的差異。在一般情況下,三葉轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能要好于二葉的。在葉輪大小和氣體壓差相同的情況下,三葉轉(zhuǎn)子承受的最大的合力要比二葉轉(zhuǎn)子的小,大概是二葉轉(zhuǎn)子的80%i-l。三葉轉(zhuǎn)子本身結(jié)構(gòu)的剛性就比二葉

10、的好,而且在中心距、葉輪半徑和葉輪長度相同,所用材料也相同的情況下,三葉的質(zhì)量要比二葉的稍微輕點(diǎn)。所以三葉轉(zhuǎn)子在保證葉輪和外殼的間隙及葉輪間的間隙方面,更具有優(yōu)勢。1.5三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)在羅茨鼓風(fēng)機(jī)在汽車上的應(yīng)用也越來越廣泛。圖5是機(jī)械增壓器的部分剖視圖,可以看出它就是一個(gè)小型的羅茨鼓風(fēng)機(jī)。在汽車上所應(yīng)用的羅茨增壓器要求的增壓不是很大,但轉(zhuǎn)速提高了很多,最高可以達(dá)到20000r/min,而且要求質(zhì)量輕,體積小,最重要的就是噪聲不能太大。三葉扭葉轉(zhuǎn)子羅茨鼓風(fēng)機(jī)和二葉的相比由于其噪聲較低,轉(zhuǎn)動(dòng)也相對的平穩(wěn),在機(jī)械增壓器上獲得了廣泛的應(yīng)用。2結(jié)論圖5機(jī)械增壓器剖視圖(1在中心距和外圓半

11、徑相同的情況下,圓弧葉型的三葉轉(zhuǎn)子羅茨鼓風(fēng)機(jī)比二葉的排量要大。漸開線葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)的排量和轉(zhuǎn)子的頭數(shù)沒有關(guān)系。(2三葉轉(zhuǎn)子羅茨鼓風(fēng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲比二葉的小,在三葉轉(zhuǎn)子上使用的軸承的壽命比在二葉上使用的長15%左右。而且三葉轉(zhuǎn)子可以采用扭葉轉(zhuǎn)子來降低其噪聲和振動(dòng),二葉轉(zhuǎn)子由于結(jié)構(gòu)上的限制不能采用扭葉結(jié)構(gòu)。(3三葉轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能較好,相比于二葉的可更好地保證葉輪之間及其葉輪和機(jī)殼的間隙。(4三葉轉(zhuǎn)子羅茨鼓風(fēng)機(jī)特別是扭葉型的由于噪聲和動(dòng)平衡性能較好,在汽車機(jī)械增壓上的應(yīng)用越來越多。隨著機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展,批量的生產(chǎn)三葉直葉轉(zhuǎn)子已經(jīng)不是難題。扭葉型的轉(zhuǎn)子在數(shù)控機(jī)床上加工的效率也越來越高。由于三葉轉(zhuǎn)子鼓風(fēng)機(jī)相對于二葉的優(yōu)勢較明顯,其應(yīng)用會(huì)更加的廣泛。參考文獻(xiàn)1蘇春模.羅茨鼓風(fēng)機(jī)及其應(yīng)用M.