【正文】 i nc oss i n c oss i nc os ??? ??? Akykxy Akykxx （ 5） e) 動坐標系 222 yxo 與動坐標系 111 yxo 的變換 ??? ????????111122111112 s i nc oss i n c oss i nc os ??? ??? iAkykxy iAkykxx （ 6） （ 1）齒曲線方程及其參數(shù)變換范圍 螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線通常由多段組成齒曲線相接而成。 型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(guān)系圖 1）固結(jié)在陽轉(zhuǎn)子的動坐標系 111 yxo 2）固結(jié)在陰轉(zhuǎn)子的動坐標系 222 yxo 。吸氣封閉容積導致壓縮機功耗增加、效率降低、噪聲增大。 雙螺桿空氣壓縮機的設(shè)計 共 45 頁 第 10 頁 （２） 形 成長度較短的連續(xù)接觸線。它是齒間容積在轉(zhuǎn)子端面上的投影。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。 （ 2）泄漏三角形 。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。 對于螺桿壓縮機轉(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。這個過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，圖 4(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。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)。 吸氣過程結(jié)束時的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，所研究的齒間容積不會再增加。 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(jié)束 圖 2（ a）示出的是吸氣過程即將開始時的轉(zhuǎn)子位置。 雙螺桿空氣壓縮機的設(shè)計 共 45 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。 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。 雙螺桿壓縮機是一種容積式的回轉(zhuǎn)機械。在制冷中，對于 Co 作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)?？梢哉f，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。目前，我國的噴油內(nèi)冷卻的動力用雙螺桿壓縮機比功率已達 （ /min），已超過國外產(chǎn)品最好的比功率 （ /min）。其次陰、陽螺桿齒數(shù)從 6： 4 發(fā)展到 6： 5。此外，螺桿機械還可作為膨脹機。 （ 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 ，但可高達 9MPa，容積流量范圍為 1200 m3/min。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。 （ 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 MPa、 和 MPa（表壓）等不同形式。 2）不能用于高壓場合。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。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、占地面積少。 （１）螺桿壓縮機的優(yōu)點如下： 1）可靠性高?？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(chǔ)。 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(yīng)性強等優(yōu)點，而廣泛地應(yīng)用于礦山、化工、動力、冶金、建筑、機械、制冷等工業(yè)部門。設(shè)計吸氣孔口的形狀和合理位置，來提高壓縮機效率。本課題主要是設(shè)計通用的噴油雙螺桿空氣壓縮機。后來，又發(fā)明了圓弧形齒，非對稱齒形 SRM 和今天的第四代節(jié)能型。此外，單螺桿壓縮機、液環(huán)式壓縮機、偏心轉(zhuǎn)子式壓縮機以及旋轉(zhuǎn)活塞式壓縮機等在不同領(lǐng)域內(nèi)也得到應(yīng)用。 回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)式壓縮機難以達到較 高的終了壓力。 在某些類型的回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)壓縮機）。高轉(zhuǎn)數(shù)帶來了機組尺寸小、重量輕的優(yōu)點。 回轉(zhuǎn)式壓縮機的排氣量與排氣壓力幾乎無關(guān)，與往復式壓縮機一樣，具有強制輸氣的特征?；剞D(zhuǎn)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。 雙螺桿空氣壓縮機的設(shè)計 共 45 頁 第 1 頁 前 言 雙螺桿壓縮機屬于回轉(zhuǎn)式壓縮機。 回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)式壓縮機的主要機件（轉(zhuǎn)子）在氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，這一點又與速度式壓縮機相同。 回轉(zhuǎn)式壓縮機運動機件的動力平衡性良好，故壓縮機的轉(zhuǎn)數(shù)高、基礎(chǔ)小。同時，在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周之內(nèi)，通常有多次排氣過程，所以它輸氣均勻 、壓力脈動小，不需設(shè)置大容量的儲氣罐。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。 回轉(zhuǎn)式壓縮機的形式和結(jié)構(gòu)類型較多，分類也各有不同。 上述各種回轉(zhuǎn)式壓縮機，除羅茨鼓風機屬無內(nèi)壓縮的機 器外，其余均是有內(nèi)壓縮的機器。 回轉(zhuǎn)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。在深刻理解前人研究的理論基礎(chǔ)上，在給定設(shè)計參數(shù)和設(shè)計要求的條件下，研究雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過程、受力分析及轉(zhuǎn)子的加工，以進一步提高雙螺桿壓縮機的機械性能。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。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。 雙螺桿壓縮機的特點和應(yīng)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。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 48 萬 h. 2)操作維護方便。 4）適應(yīng)性強。 （２）螺桿壓縮機的主要缺點： 1）造價高。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。少數(shù)用于驅(qū)動大型風鉆的兩級壓縮機，排氣壓力可達到 MPa（表壓）。 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。 （ 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 ，雙級壓力比可達 810，容積流量為 3500m3/min。 國內(nèi)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 Lysholm齒形，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(luò)線組成，動力用螺桿壓縮機為主要應(yīng)用對象；第三代為非對稱齒形 SRM， 4+6 齒，主要線段由生成擺線和圓弧包絡(luò)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 SRMD 齒形為代表， 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。 雙螺桿空氣壓縮機的設(shè)計 共 45 頁 第 6 頁 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。封閉式螺桿空壓機噪聲可達 6085dB(A),國外螺桿壓縮機無故障運行在 7* h，國內(nèi)螺桿 壓縮機壽命可達 4* h。 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。未來主要是進一步提高螺桿壓縮機的性能，擴大其應(yīng)用范圍。由一對陰、陽螺桿，一個殼體與一對端蓋組成。在壓縮機機體的兩端，分別開設(shè)一定形狀和大小的孔口。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。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。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。 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(zhuǎn)子位置。 （ 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(jié)束 圖 4 示出螺桿壓縮機的排氣過程。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?。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。 陰、陽轉(zhuǎn)子型線嚙合時的嚙合點軌跡，稱為嚙合線。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。吸氣封閉容積的存在，影響了齒間容積的正常充氣。轉(zhuǎn)子型線的齒間面積越大，轉(zhuǎn)子的齒間容積就越大。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。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能小地。 3）陽轉(zhuǎn)子的靜坐標系 YXO 。在設(shè)計轉(zhuǎn)子型線時，通常先在陽轉(zhuǎn)子或陰轉(zhuǎn)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(yīng)的轉(zhuǎn)子雙螺桿空氣壓縮機的設(shè)計 共 45 頁 第 12 頁 動坐標系中： ??? ?? )()(tyy txx eb ttt ?? （ 7） 上式中，參數(shù) t 的始 點 bt 和終點 et 決定了此組成曲線的起點 b 和終點 e 的坐標),( bb yx 和 ),( ee yx 。 圖 5 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。為此，通常限制 雙螺桿空氣壓縮機的設(shè)計 共 45 頁 第 15 頁 直線段 DE 的長度在 的允許范圍之內(nèi)。 ② GH 方程 陽轉(zhuǎn)子上的 GH 為陰轉(zhuǎn)子上徑向直線 AB 的共軛曲 線，將 AB 的方程（ 22）代入（ 5），得曲線簇方程為 ??? ????????1112111121 s i n)s i n( c os)c os ( ???? ???? Aky Akx （ 27） 故有 )c os (1121 ??? kx ????? 111211 s i n)s i n( ????? Akkx ????? )sin(1121 ??? ky ????? 雙螺桿空氣壓縮機的設(shè)計 共 45 頁 第 16 頁 111211 c os)c os ( ????? Akky ?????? 將上述諸式代入 包 絡(luò)條件式（ 14），可得位置參數(shù)與曲線參數(shù)的關(guān)系為 iAk /)(a rc c os 121 ??? ?? （ 28） 聯(lián)立（ 27）和（ 28）可得到 GH 的方程，可發(fā)現(xiàn) GH 的性質(zhì)是一擺線。 ② HI 方程 陽轉(zhuǎn)子上的曲線 HI 是陰轉(zhuǎn)子上銷齒圓弧 BC 的共軛曲線，將 BC 的方程（ 30）代入坐標變換式（ 5），得曲線簇方程為 雙螺桿空氣壓縮機的設(shè)計 共 45 頁 第 17 頁 ??? ??????????1112111121 s i n)s i n(s i n c os)c os (c os ??? ??? AtkRkRy AtkRkRxtt （ 32） 故有 )sin(11 tkRtx ???? ? 111211 s i n)s i n(s i n ???? AtkkRkkRx t ?????? )c os (11 tkRty ????? ? 111211 c os)c os (c os ???? AtkkRkkRy t ??????? 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（ 14），可得包絡(luò)條件為 0)s in (s in 122 ??? tiRtR tt ? 即 01?? （ 33） 由此可見， BC 與 HI 僅在 01?? 的位置嚙合，而且是整條曲線同時嚙合。 ③嚙合線方程 雙螺桿空氣壓縮機的設(shè)計 共 45 頁 第 19 頁 將 I 點方程（ 36）代入坐標變換式（ 2），并考慮到包絡(luò)條件自然滿足，得到嚙合線方程為 ??? ????