購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 前 言 雙螺桿壓縮機屬于回轉式壓縮機?；剞D式壓縮機是一種工作容積作旋轉運動的容積式氣體壓縮機械。氣體的壓縮是通過容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借壓縮機的一個或幾個轉子在氣缸里作旋轉運動來達到?；剞D式壓縮機的工作容積不同于往復式壓縮機，它除了周期性地擴大和縮小外，其空間位置也在變更。 回轉式壓縮機靠容積的變化來實現(xiàn)氣體的壓縮，這一點與往復式壓縮機相同，它們都屬于容積式壓縮機；回轉式壓縮機的主要機件（轉子）在氣缸內作旋轉運動，這一點又與速度式壓縮機相同。所以，回轉式壓縮機同時兼有上述兩類機器的特點。 回轉 式壓縮機沒有往復運動機構，一般沒有氣閥，零部件（特別是易損件）少，結構簡單、緊湊，因而制造方便，成本低廉；同時，操作簡便，維修周期長，易于實現(xiàn)自動化。 回轉式壓縮機的排氣量與排氣壓力幾乎無關，與往復式壓縮機一樣，具有強制輸氣的特征。 回轉式壓縮機運動機件的動力平衡性良好，故壓縮機的轉數(shù)高、基礎小。這一優(yōu)點，在移動式機器中尤為明顯。 回轉式壓縮機轉數(shù)高，它可以和高速原動機（如電動機、內燃機、蒸汽輪機等）直接相聯(lián)。高轉數(shù)帶來了機組尺寸小、重量輕的優(yōu)點。同時，在轉子每轉一周之內，通常有多次排氣過程，所以它輸氣均勻 、壓力脈動小，不需設置大容量的儲氣罐。 回轉 式壓縮機的適應性強，在較大的工況范圍內保持高效率。排氣量小時，不像 速度式壓縮機那樣會產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。 在某些類型的回轉式壓縮機（如羅茨鼓風機、螺桿式壓縮機）中，運動機件相互之間，以及運動機件與固定機件之間，并不直接接觸，在工作容積的周壁上無需潤滑，可以保證氣體的潔凈，做到絕對無油的壓送氣體（這類機器成為無油回轉壓縮機）。同時，由于相對運動的機件之間存在間隙以及沒有氣閥，故它能壓送污濁和帶液滴、含粉塵的氣體。 但是，回轉式壓縮機也有它的缺點，這些缺點是： 由于轉數(shù)較高 ，加之工作容積與吸排氣孔口周期性地相通、切斷，產(chǎn)生較為強烈的空氣動力噪聲，其中螺桿式壓縮機、羅茨鼓風機尤為突出，若不采取消音措施，即前 言 共 44 頁 第 2 頁 不能被用戶所利用。 許多回轉式壓縮機，如螺桿式、羅茨式、轉子式等，運動機件表面多呈曲面形狀，以其嚙合運動使工作容積改變，這些曲面的加工及其校驗均較復雜，有的還需使用專用設備。 回轉式壓縮機工作容積的周壁，大多不是圓柱形，使運動機件之間或運動機件與固定機件之間的密封問題較難滿意解決，通常僅以其間保持一定的運動間隙達到密封，氣體通過間隙勢必產(chǎn)生泄漏，這就限制了回轉式壓縮機難以達到較 高的終了壓力。 回轉式壓縮機的形式和結構類型較多，分類也各有不同。 按轉子的數(shù)量區(qū)分：單轉子和雙轉子回轉式壓縮機，個別情況下還有多轉子回轉式壓縮機； 按氣體壓縮的方式區(qū)分：有內壓縮和無內壓縮回轉式壓縮機； 按工作容積是否有油（液）區(qū)分：有無油（液）和噴油（液）回轉式壓縮機。 通常都按結構元件的特征區(qū)分和命名，目前廣為使用的有羅茨鼓風機、滑片式壓縮機和螺桿式壓縮機。此外，單螺桿壓縮機、液環(huán)式壓縮機、偏心轉子式壓縮機以及旋轉活塞式壓縮機等在不同領域內也得到應用。 上述各種回轉式壓縮機，除羅茨鼓風機屬無內壓縮的機 器外，其余均是有內壓縮的機器。 雙螺桿壓縮機是一種很年輕的壓縮機型，在最近二十五年才發(fā)展成熟，形成系列化。約在一百多年前，人們已經(jīng)知道雙螺桿壓縮機的工作原理，但類似今天設計的雙螺桿壓縮機的誕生日，則應該是在 1934 年， 廠的總工程師 A利斯霍爾姆（ A專利出現(xiàn)的時候。后來，又發(fā)明了圓弧形齒，非對稱齒形 今天的第四代節(jié)能型。 回轉式壓縮機大多作為中、小排氣量，中、低壓壓縮機或鼓風機之用。目前，回轉式壓縮機在冶金、化工、石油、交通運輸、機械制造以及建筑工程等工業(yè)部門得到廣泛的應用； 隨著人民生活水平的逐步提高，在耐用消費品中也將得到廣泛的應用。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 3 頁 1 選題背景 究雙螺桿壓縮機的目的和意義 本設計題目來源是自選科研。本課題主要是設計通用的噴油雙螺桿空氣壓縮機。在深刻理解前人研究的理論基礎上，在給定設計參數(shù)和設計要求的條件下，研究雙螺桿壓縮機的轉子型線、幾何特性、工作過程、受力分析及轉子的加工，以進一步提高雙螺桿壓縮機的機械性能。設計新型轉子型線，使接觸線長度、泄漏三角形面積和封閉余隙容積 3 者達到最優(yōu)化。利用自備砂輪修正器的轉子專用數(shù)控磨床，快速加工出新型線的轉子，使轉子的精度和 表面粗糙度預計超過現(xiàn)有的值。設計吸氣孔口的形狀和合理位置，來提高壓縮機效率。同時，研究型線和孔口配置等因素對噪聲的影響指標，從而更有效地降低噪聲。通過設計雙螺桿壓縮機，可以了解雙螺桿壓縮機的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向；深入理解雙螺桿壓縮機的基本結構、特點、主要零部件設計選型、主機結構設計和機組系統(tǒng)設計；重點研究的是雙螺桿壓縮機的轉子型線、幾何特性、工作過程、受力分析、轉子加工和主要設計參數(shù)的確定。通過設計，能了解設計的一般要求和規(guī)則，能將理論知識與生產(chǎn)實際聯(lián)系起來。 雙螺桿壓縮機是一種比較新穎的壓縮機，因 其可靠性高、操作維修方便、動力平衡性好、適應性強等優(yōu)點，而廣泛地應用于礦山、化工、動力、冶金、建筑、機械、制冷等工業(yè)部門。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機的銷售量已占所有容積式壓縮機銷售總量的 80%以上，在所有正在運行的容積式壓縮機中，有 50%是螺桿壓縮機，今后螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷擴大?？梢钥闯?，螺桿壓縮機的設計研究在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。通過本設計，可以充分了解雙螺桿壓縮機的有關知識，以及如何進一步改善其性能和擴大其應用范圍，使雙螺桿壓縮機能得到更好的發(fā)展，為生產(chǎn)和生活服務?？梢詫⑺鶎W理論知識與生 產(chǎn)實際聯(lián)系起來，并積累了寶貴的經(jīng)驗，為以后的工作打下了一個堅實的基礎。 螺桿壓縮機的特點和應用前景 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。 雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 4 頁 （）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，因而它運轉可靠，壽命長，大修間隔期可達 4 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， 可實現(xiàn)無人值守運轉。 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)無基礎運轉，特別適合用作移動式壓縮機，體積小、重量輕、占地面積少。 4）適應性強。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，在寬廣的范圍內能保持較高的效率，在壓縮機結構不作任何改變的情況下，適用于多種共質。 5）多相混輸。螺桿壓縮機的轉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。 （）螺桿壓縮機的主要缺點： 1）造價高。由于螺桿壓縮機的轉子齒面是一空間曲 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 3 3）不能用于微型場合。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 ，螺桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能。 （ 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 壓）等不同形式。少數(shù)用于驅動大型風鉆的兩級壓縮機，排氣壓力可達到 壓）。來越被用到對空氣品質要求非常高的應用場合，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用于住宅和商用樓房的中央空調系統(tǒng)，產(chǎn)量遠遠超過開啟式。此外，螺桿制冷壓縮機還用于工業(yè)制冷、食品冷凍、冷購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 5 頁 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 蒸發(fā)溫度，采用經(jīng)濟器或雙級壓縮，可達 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準工況下制冷量范圍為 10 （ 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 可高達 9積流量范圍為 1m3/ （ 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 級壓力比可達 8積流量為 3 （ 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)生聚合反應的氣體，向壓縮機入口噴入適當?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%此外，螺桿機械還可作為膨脹機。 內外雙螺桿壓縮機研究的進展 螺桿壓縮機的螺桿齒形發(fā)展體現(xiàn)在以下四個階段：第一代為 形，主要線段由點生成擺線組成，限于當年加工條件，主要用于無油螺桿壓縮機；第二代為1964 年的對稱圓弧齒形， 4+6 齒，主要線段由圓弧和與之嚙合的圓弧包絡線組成，動力用螺桿壓縮機為主要應用對象；第三代為非對稱齒形 4+6 齒，主要線段由生成擺線和圓弧包絡線組成，其效率較第二代提高 10%，廣泛用于噴油和無油螺桿壓縮機；第四代， 1982 年后以 形為代表， 5+6 齒， 4+5 齒， 5+7 齒，主要線段為線生成式曲線，無尖點，凡第四代齒形均為節(jié)能型。 近年來，人們逐漸對內部進行噴油的雙螺桿壓縮機產(chǎn)生了興趣。由于精密的專用數(shù)控轉子加工銑 床 和磨床已經(jīng)使任何型線的加工變得很方便，大量的研究工作在型線方 面。其次陰、陽螺桿齒數(shù)從 6： 4 發(fā)展到 6： 5。 日本的神鋼與日立公司，在將近 50 年的時間里不斷成功地開發(fā)出了節(jié)能明顯的各種系列螺桿壓縮機。從某種程度而言，日本的空壓機節(jié)能技術的發(fā)展代表了當今世雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 6 頁 界空壓機技術的發(fā)展方向。 雙螺桿壓縮機在我國的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機，但其發(fā)展很快。目前，我國的噴油內冷卻的動力用雙螺桿壓縮機比功率已達 /已超過國外產(chǎn)品最好的比功率 /封閉式螺桿空壓機噪聲可達 60),國外螺桿壓縮機無故障運行在 7* h，國內螺桿 壓縮機壽命可達 4* h。西安交大刑子文教授開發(fā)的“ 桿設計計算軟件，已轉交給多家海內外企業(yè)應用。螺桿壓縮機在國外占據(jù) 80%以上移動式空壓機市場，國內市場因柴油機方面的原因占份額不大，只有外資產(chǎn)品占有較少市場，螺桿空氣壓縮機占螺桿壓縮機總量的 85%，制冷空調方面螺桿壓縮機約占 12%。可以說，我國的個別企業(yè)的螺桿壓縮機已經(jīng)達到國際先進水平。 今后螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷擴大，特別是無油螺桿空氣壓縮機和各類螺桿工藝壓縮機，會獲得更快的發(fā)展。目前，有人開始研究兩螺桿嚙合過程中磨損問題和潤滑油在齒面上 的分布，以提高轉子壽命。有文獻報道已可做到無磨損嚙合。在制冷中，對于 制冷劑的跨臨界循環(huán)，用螺桿壓縮機與螺桿膨脹機組成一體的機組已經(jīng)被開發(fā)。未來主要是進一步提高螺桿壓縮機的性能，擴大其應用范圍。 螺桿壓縮機的基本結構和工作原理 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機械。由一對陰、陽螺桿，一個殼體與一對端蓋組成。在倒“ 8”形的氣缸中，平行地配置著一對相互嚙合的螺旋形轉子，分別稱為陰、陽 轉子。它們和機體之間構成一個“ V”字形的一對密封的齒槽空間隨著轉子的回轉而逐漸變小，并且其位置在空間也不斷從吸氣口向排氣口移動，從而完成吸氣排氣的全部過程。 一般陽轉子與原動機連接，由陽轉子帶動陰轉子轉動。在壓縮機機體的兩端，分別開設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。雙螺桿壓縮機的總體結構見圖 1。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 7 頁 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。隨著轉子旋轉，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 2 示出的螺桿壓縮機的吸氣過程，所討論的一對齒用箭頭標出，陽轉子按逆時針方向旋轉，陰轉子按順時針方向旋轉，圖中的轉子端面是吸氣端面。機殼上有特定形狀的吸氣孔口如圖 2 粗實線所示。 圖 2 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）吸氣過程結束 圖 2（ a）示出的是吸氣過程即將開始時的轉子位置。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 2（ b）中陰影部分所示。在隨后的轉子旋轉過程中，陽轉子齒不斷從陰轉子的齒槽中脫離出來，齒間容積不斷擴大，并與吸氣孔口保持連通。 吸氣過程結束時的轉子位置如圖 2（ c）所示，其最顯著的特征是齒間容積達到最大值，隨著轉子的旋轉，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）吸氣過程結束、排氣過程即將開始 圖 3 示出螺桿壓縮機的壓縮過程。這是從上面看相互嚙合的轉子 ，圖中的轉子端雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 8 頁 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，陽轉子沿順時針方向旋轉，陰轉子沿逆時針方向旋轉。 圖 3 雙螺桿壓縮機的壓縮過程 圖 3（ a）示出壓縮過程即將開始時的轉子位置。 隨著轉子的旋轉，齒間容積由于轉子齒的嚙合而不斷減少。被密封在容積中的氣體所占據(jù)的體積也隨之減少，導致壓力升高，從而實現(xiàn)氣體的壓縮過程，圖 3（ 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 4 雙螺桿壓縮機的排氣過程 a）排氣過程中 b）排 氣過程結束 圖 4 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 4（ a）。這個過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，圖 4(b) 。此時，齒間容積內的氣體通購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 9 頁 過排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積變?yōu)榱恪?2 雙螺桿壓縮機轉子型線設計 子型線設計原則 螺桿壓縮機最關鍵的是一對相互嚙合的轉子。轉子的齒面與轉子軸線垂直面的截交線稱為轉子型線。 對于螺桿壓縮機轉子型線的要求，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、陽轉子嚙合時，兩轉子齒面相互接觸而形成的空間曲線稱為接觸線。如果轉子齒面間的接觸連續(xù)，則處在高壓力區(qū)內的氣體將通過接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄漏。 陰、陽轉子型線嚙合時的嚙合點軌跡，稱為嚙合線。嚙合線實質是接觸線在轉子端面上的投影。顯然接觸線連續(xù)，意味著嚙合線應該是一條連續(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。若嚙合線頂點距陰、陽轉子齒頂圓的交點較遠，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 。它是齒間容積在轉子端面上的投影。轉子型線的齒間面積越大，轉子的齒間容積就越大。 （） 滿足嚙合要求。螺桿壓縮機的陰、陽轉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，要求設法縮短轉子間的接觸線長度。 （）應形成較小面積的泄漏三角形。 雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 10 頁 （）應使封閉容積較小。吸氣封閉容積導致壓縮機功耗增加、效率降低、噪聲增大。所以轉子型線應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。 線方程和嚙合線方程 （ 1）坐標系建立 為了用數(shù)學方程描述螺桿型線中各段組成齒曲線，建立如圖 5 所示的四個坐標系： 圖 5 坐標 系關系圖 1）固結在陽轉子的動坐標系 111 2）固結在陰轉子的動坐標系 222 3） 4） 由于螺桿壓縮機的陰、陽轉子之間是定傳動比嚙合，故有 : 2121121212 （ 1） 1121 )1( i 21式中， 2、 1 為陰、陽轉子轉角； 陰、陽轉子轉速； 2、 1 為陰、陽轉子角速度； 陰、陽轉子節(jié)圓半徑； 陰、陽轉子齒數(shù)； i 為傳動購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 11 頁 比； A 為陰、陽轉子中心距。 2）坐標變換 螺桿壓縮機轉子型線上的每一點，都可以表示在上述四個坐標系中，這些坐標之間的變換關系式如下： a) 動坐標系 111 1111111111 c o ss i n s i nc o s yx （ 2） b) 動坐標系 222 1212212122 c o ss in s o s （ 3） c) 1221 A （ 4） d) 動坐標系 111 動坐標系 222 變換 112121112121 s o ss in c o ss o s （ 5） e) 動坐標系 222 動坐標系 111 變換 111122111112 s in c （ 6） （ 1）齒曲線方程及其參數(shù)變換范圍 螺桿壓縮機的轉子型線通常由多段組成齒曲線相接而成。在設計轉子型線時，通常先在陽轉子或陰轉子上給定一些組成齒曲線，用如下的參數(shù)方程表示在相應的轉子動坐標系中： )()(eb （ 7） 上式中，參數(shù) t 的始 點b 和終點 e 的坐標雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 12 頁 ),( bb ),( ee （ 2）齒曲線的共軛曲線方程 轉子組成齒曲線的共軛曲線，是指另一個轉子上與所選定的組成齒曲線相嚙合的曲線段，現(xiàn)假定已在陰轉子上給定了一段組成齒曲線 2 為 )()(2222 （ 8） 1）求出陰轉子上組成齒曲線相對于陽轉子運動時的曲線簇方程 將方程（ 8）代入坐標變換式（ 5），得 ),(),(111111 （ 9） 2）找出曲線簇的包絡條件 把包絡條件的顯函數(shù)形式 )(11 t 代入曲線簇方程（ 9），就是曲線簇的包絡線方程，即 )(,()(,(111111 （ 10） 此包絡線上任一點的切線斜率可微分上式，得 1111111111 （ 11） 與包絡線共切于該點的曲線簇中的一條曲線（ 1 為常數(shù)），其斜率為 1111 （ 12） 由于是公切線，這兩切線的斜率應該相等，令式（ 11）與式（ 12）右邊相等，整理得 0111111 （ 13） 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 13 頁 或 011111114） 同樣，若假定在陽轉子上給定了一段組成齒曲線 1，即 )()(2222 （ 15） 將曲線 1 的方程（ 15）代入動坐標變換式（ 6），得到曲線簇的方程為 ),(),(122122 （ 16） 經(jīng)類似的推演，可得其包絡條件為 012212217） 3）求共軛曲線方程 若已在陰轉子上給定了一段組成曲線的 2 為 )()(2222 （ 18） 則其共軛曲線方程，可用方程（ 10）及補充條件聯(lián)立表示，即 0),(),(),(1111111 （ 19） 同樣，若已在陽轉子上給定了一段曲線 1 為 ),(),(122122 則其共軛曲線方程，可用方程（ 16）及補充條件聯(lián)立表示，即 雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 14 頁 0),(),(),(1122122（ 20） 4）共軛曲線的嚙合線方程 共軛曲線的 嚙合線方程一般可表示為 0),(),(),(1122122（ 21） 邊不對稱擺線 本設計采用我國規(guī)定的螺桿壓縮機標準的單邊不對稱擺線 圖 5所示。其組成齒曲線和相應的嚙合線見附表 1。 圖 5 單邊不對稱擺線 a）型線 b）嚙合線 這種單邊不對稱擺線 采用徑向直線 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 形成點向內移動。另外，將圓弧齒曲線擴大 一角度，形成保護角，使擺線 形成點 I 處于陽轉子外圓之內，保護了對嚙合性能很敏感的擺線形成點。修正后，便于轉子在加工、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 長度在 允許范圍之內。處在低壓側的直線段 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 滑過度。 現(xiàn)在推導各段齒曲線方程、嚙合線方程及相應的參數(shù)變化范圍。 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 15 頁 1） 程 陰轉子上的 一徑向直線，其方程為 : 122122 （ 22） 參數(shù) 2 的變化范圍為 R 222 （ 23） 由三角形 2222 RR （ 24） （ 25） 即 2122 ZR t （ 26） 式中 ,別為陰、陽轉子齒數(shù)， R 為齒高半徑，在標準中，規(guī)定 R=。 程 陽轉子上的 陰轉子上徑向直線 共軛曲 線，將 方程（ 22）代入（ 5），得曲線簇方程為 1112111121 s in)s c os)c （ 27） 故有 )co s (1121 111211 s in)s )s 1121 111211 c o s)c o s ( 將上述諸式代入 包 絡條件式（ 14），可得位置參數(shù)與曲線參數(shù)的關系為 雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 16 頁 )( a r c c o s 121 （ 28） 聯(lián)立（ 27）和（ 28）可得到 方程，可發(fā)現(xiàn) 性質是一擺線。 嚙合線方程 合時的嚙合線方程，可按式（ 21），通過把 方程（ 22）代入坐標變換式（ 3），并與包絡條件式（ 28）聯(lián)立得到，即 ( a r c c o s)s )c o s (12111221122（ 29） 1） 程 陰轉子上的曲線 一圓心在節(jié)點 P，半徑為 R 的圓弧， 又 稱銷齒圓弧，其方程為 ts （ 30） 參數(shù) t 為 21 （ 31） 由直角三角形 12 2 1 為保護角，通常為 5° 標準規(guī)定為 5°。 程 陽轉子上的曲線 陰轉子上銷齒圓弧 共軛曲線，將 方程（ 30）代入坐標變換式（ 5），得曲線簇方程為 1112111121 s in)s in(s in c os)c c （ 32） 故有 )s 11 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 17 頁 111211 s i n)s i n (s i n )c o s (11 111211 co s)co s (co s 將上述諸式代入包絡條件式（ 14），可得包絡條件為 0)s s 即 01 （ 33） 由此可見， 在 01 的位置嚙合，而且是整條曲線同時嚙合。把式（ 33）代入式（ 32），得到簡化后的 程為 ts o s)(121 （ 34） 銷齒圓弧的共軛曲線仍是一完全的銷齒圓弧，兩曲線僅在 01 的瞬時嚙合，而且是沿著整個圓弧段同時嚙合。 嚙合線方程 把 程（ 30），代入坐標變換式（ 3）， 并與包絡條件（ 33）聯(lián)立，得到嚙合線方程為 ts o （ 35） 式（ 35）表明，銷齒圓弧的嚙合線是與銷齒圓弧一樣的圓弧。 2） I 點與 I 點方程 陽轉子上的 I 點為一固定點，在 111 標系中的 111111 by （ 36） 而由三角形 知： 112121 c 雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 18 頁 111 s cs in 程 陰轉子上的 線是與陽轉子上 I 點共軛 的曲線，將 I 點的方程（ 36）代入坐標變換式（ 6），得 )s s in)c c （ 37） 參數(shù)變化范圍為 11 （ 38） 陰轉子 線上任一點距陰轉子中心 距離可用下式表示： 2222 （ 39） 將式（ 37）代入式（ 39），整理得 )c o s (2 1112122 即 1221211 2a r c c （ 40） 故 1221211 2a r c c C （ 41） 1221211 2a r c c o s D （ 42） 其中 12222 c （ 43） 2其中 e 稱為徑向直線修正長度，標準規(guī)定為 e=。 嚙合線方程 將 I 點方程（ 36）代入坐標變換式（ 2），并考慮到包絡條件自然滿足，得到嚙合線方程為 )s c o s (11111111 （ 44） 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 19 頁 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 38）確定。 I 點與其共軛曲線 合時，其嚙合線就是以陽轉子中心 圓心 ，以 I 點到距離 半徑的圓弧，即 I 點在靜坐標系中的運動軌跡。 3） D 點與 D 點方程 陰轉子上的 D 點為一固定點，在 標系中的坐標為 222222 s c o s)( （ 45） 其中， 由曲線 程（ 37），有 )s s in)c o s (c o （ 46） 式中 由式（ 42）確定。 程 將 D 點的方程（ 45）代入坐標變換式（ 5），即得 程為 )s (s in)c )(c 47） 參數(shù)變化范圍為 11 （ 48） 陰轉子 線上任有點距陽轉子中心 距離可用下式表示： 21212 （ 49） 將式（ 47）代入（ 49）中，得 )co s ()(2)(1222222 即 )(2 )(a r c c o s2222221 （ 50） )(2 )(a r c c o s2222221 （ 51） 雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 20 頁 )(2 )(a r c c o s2222221 （ 52） 其中 112121 c J 方程 在直角三角形 ， （ 53） 在直角三角形 ， 32222 c 2)( （ 54） 嚙合線方程 將 D 點方程（ 45）代入坐標變換式（ 3）中，并考慮到包絡條件自然滿足，得到嚙合線方程為 )s )()c o s ()(12221222 （ 55） 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 48）確定。 其嚙合先就是 D 點在靜坐標系中的軌跡，即以 圓心， 以 D 點到 5） 程 陰轉子上的 一徑向直線，其方程為 222222 （ 56） 參數(shù) 2 的變化范圍為 22 )( （ 57） 將 方程（ 56）代入坐標變換式（ 5），得曲線簇方程為 )s s in)c o s (c o （ 58） 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 21 頁 故有 )co s (1221 )co s (s )s 1221 )c o s (c o 將上述諸式代入包絡條件式（ 14），得到曲線參數(shù) 2 與轉角參數(shù) 1的關系為 )a r c c o s( 221 （ 59） 其參數(shù)變化范圍由式（ 57）確定，式（ 58）表明 性質是一擺線。 嚙合線方程 把 方程（ 56）代入坐標變換式（ 3），并與包絡條件式（ 59）聯(lián)立，即得到其嚙合線方程為 a r c c o s()s )c o s (22112221222（ 60） 其參數(shù)變化范圍由式（ 57）確定。 6） 程 陰轉子上 線為一圓心在 徑為 R2 方程為 （ 61） 參數(shù) t 和變化范圍為 1222 （ 62） 程 雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 22 頁 將 方程（ 61）代入坐標變換式（ 5），得 11211121 s in)s c o s)c o s ( （ 63） 故有 )s 121 11211 s in)co s ( )co s (1211 11211 co s)s 將上述諸式代入包絡條件式（ 14），可得包絡條件為 1 （ 64） 把式（ 64）代入式（ 63），整理后得 )/(1111 （ 65） 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 62）確定。從式（ 65）可以看出， 圓心在 徑為 R1 t 的圓弧，這說明節(jié)圓圓弧的共軛曲線仍為節(jié)圓圓弧。 嚙合線方程 把 方程（ 61）代入坐標變換式（ 3），得 02 22 （ 66） 上式表明節(jié)圓圓弧的嚙合線為一固定點，即 節(jié)點 p。 陰轉子型線程序見附件（三）； 陽轉子型線程序見附件（四）； 3 雙螺桿空氣壓縮機螺桿尺寸的確定 雙螺桿壓縮機螺桿尺寸按以下的關系式確定： 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 23 頁 陽轉子節(jié)圓直徑 1/（ 1+） 陰轉子節(jié)圓直徑 d2= z2/ 陽轉子根圓直徑 1） 陰轉子頂圓直徑 i+） 陰轉子根圓直徑 ） 轉子螺桿長度 L=（ L/心距 A=d1+ 陰轉子扭轉角 2= 1/i 陽轉子的導程 60° L/ 1 陰轉子的導程 60° L/ 2 陽轉子的轉速（ r/ 0轉子的轉速（ r/ n2=n1/i 節(jié)圓螺旋角 = = 本設計中壓縮機轉子螺桿部分的幾何尺寸選用標準系列，具體見附表 2。 取陽轉子圓周速度 0m/s，則 陽轉子轉速 060 10/(陰轉子轉速 n2= r/4 幾何特性 間面積和面積利用系數(shù) 陰、陽轉子的齒間面積是螺桿壓縮機的重要幾何性質之一，在對轉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子的齒間面積。 陰、陽轉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： 11 21 （ 67） （ 1）陰轉子齒間面積 陰轉子齒間面積 ： 雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 24 頁 12222102 21 = （ 68） （ 2） 陽轉子齒間面積 陽轉子齒間面積 ： 11111101 21 = （ 69） 02010 =螺桿壓縮機的面積利用系數(shù)，表征轉子直徑范圍內總面積的利用程度。其定義式為： 2102011 /)( （ 70） 查表 23單邊對稱擺線 = 間容積及其變化過程 一般若轉子的齒間面積為 A、有效工作段長度為 L，則齒間容積 V 為 L L d （ 71） 由上式，可得陰、陽轉子的齒間容積 別為 )(100 3 1 50 1 8 9 340202 （ 72） )(104 5 7 0 40101 （ 73） )(106 4 8 502010 （ 74） 螺桿壓縮機工作時，陰、陽轉子的齒間容積因彼此侵占而減小，從而實現(xiàn)壓縮氣體的目的。用端面齒間面積的變化來描述容積的變化，可以使復雜的空間問題轉化為簡單的平面問題。 如圖 6 所示，當陰轉子轉到齒 1，即將侵占陽轉子齒 1 后的齒間面積 置 時，即為壓縮開始點，也是齒間容積減少的起點。規(guī)定處于這一位置的陽轉子轉角為零，即 1=0。此后，陽轉子齒 1 后的齒間面積就因陰轉子齒 1的侵入而由最大值 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 25 頁 漸減少。 圖 6 基元容積開始減 少時的轉子位置 從壓縮過程開始點起，根據(jù)轉子型線方程或型線坐標點，應用解析法、數(shù)值積分法或圖解積分法，可得到陽轉子的齒間面積被陰轉子齒侵占的齒間面積 的變化曲線，如圖 7（ a）所示。同理，可得到陰轉子 齒間面積被陽轉子齒侵占的齒間面積隨陽轉子轉角 1 的變化曲線，如圖 7（ b）所示。將兩圖疊加，得到圖 7（ c），它表示一對齒間面積 侵占值轉角 1 的關系。 圖 7 齒間面積侵占圖 a）陽轉子齒間面積被侵占圖 b）陰轉子齒間面積被侵占圖 c）一對齒間面積被侵占圖 圖 7 中 ， 1 1z=300° ，螺旋角 = 11 75） 雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 26 頁 齒間容積減少的數(shù)值可用 曲線下的面積求得，即 1011 )(2)(（ 76） 由式（ 75）可得到齒面間容積對的容積減少值與轉角 1 的關系曲線，如圖所示。 可分三個階段： 第階段 （ 011k）： 該階段結束時齒間容積減少值為 1/（ 2） 階段（ 1k 11z）：該階段容積減少值為 )(2)(2 1101012 11 k （ 77） 該階段結束時，齒間容積總的減少值為 )(2 110012 （ 78） 第階段（ 1z 1 1z+ 1k）：該階段容積減少值為 013 2 。顯然有關系式 0011001321 )(2 （ 79） 從上述分析看出，螺桿壓縮機的陰、陽轉子齒從開始嚙合到解脫嚙合期間，位于接觸線一側的齒間容積從最大值減少到零，完成壓縮和排氣過程。同時，位于接觸線另一側的齒間容積卻從零擴大到最大值，完成了吸氣過 程。 角系數(shù)及內容積比 扭角系數(shù)（ 80） 查表 23單邊不對稱擺線 = 決定壓縮機的排氣孔口位置，其定義為 a （ 81） 購買文檔就送對應 紙 咨詢 14951605 共 44 頁 第 27 頁 氣體的壓縮過程終止于第階段，則 0011110 （ 82） )()1(00111 （ 83） 做近似計算，氣體的壓縮過程終止于第階段，則 )(33010 k （ 84） 將上式代入式（ 82）及式（ 83），得 （ 85） 1)1( （ 86） 則 31 c（ 87） 5 雙螺桿壓縮機的熱力學計算 螺桿壓縮機的熱力學計算的目的，是為了求出在壓縮過程中壓力和溫度的變化，并由其結果算出機器 所需要的功率。此外至少還必須近似地求出壓縮機的容積效率。 在螺桿壓縮機的設計計算中，對于大部分所輸送的工質的壓力和溫度變化與理想氣體相同。螺桿壓縮機齒槽內的實際的熱力學過程十分復雜，在理論上還不能準確地掌握的。因此，在熱力學計算上只能采用十分簡化的模型，于是得出的結果只能近似地接近實際。 壓力比 若壓縮氣體視為理想氣體，則內壓力比可用下式近似計算： （ 88） 式中， 壓 )為內壓縮終了的壓力；氣壓 ),為吸氣終了雙螺桿空氣壓縮機的設計 共 44 頁 第 28 頁 壓力； 壓縮過程結束時的容積值； 吸氣過程結束時的容積值；V為壓縮機的內容積比； m 為多方壓縮過程指數(shù)。將已知數(shù)據(jù)代入上式得： i= 積流量及容積效率 螺桿壓縮機的理論容積流量 單位時間內轉子轉過的齒間容積之和，它只取決于壓縮機的幾何尺寸和轉速。若令 =L/有 311 （ 89） 查手冊得：查手冊得：C=轉子扭轉角為 300° ）；長徑比 =L/02轉子轉速 已知數(shù)據(jù)代入式（ 89），得 m i n )/(2 2 7 34 6 9 3 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 （ 90） 式中 V 為容積效率 , 已知入式（ 69），得 % 功率及絕熱效率 氣體看作理想氣體，其狀態(tài)方程如下所示： 或 （ 91） (1)吸氣過程看作等壓過程 吸進的空氣質量 m 為， p0=