【正文】 國(guó) 規(guī)定為螺桿壓縮機(jī)非對(duì)稱齒型的標(biāo)準(zhǔn)齒型 ，已知沿用至今，而本文中正是應(yīng)用的這種齒型來(lái)設(shè)計(jì)的。而透平膨脹機(jī)主要用于大型裝置 ,即小膨脹比 ,小流量的場(chǎng)合 ,因透平膨脹機(jī)在高壓、小流量的情況下 ,效率低 ,所以它的應(yīng)用受著小氣量的限制 。 前言 螺桿膨脹機(jī)是一門十分年輕的膨脹機(jī)種，在技術(shù)文獻(xiàn)中關(guān)于其書籍甚少，因而很難普及。一般地講 ,容積式膨脹機(jī)用于 小流量 ,其中活塞式膨脹機(jī)適用于高、中及低壓的中小型裝置 ,也就是適用于大膨脹比 ,小流量的場(chǎng)合。螺桿膨脹機(jī)的心臟部分是帶有特殊螺齒的轉(zhuǎn)子副， 由于關(guān)于螺桿膨脹機(jī)的研究我們國(guó)家還不是很多，而且螺桿膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)與螺桿壓縮機(jī)相似，兩者的工作過(guò)程是互逆的，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中借用的螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線等結(jié)構(gòu)。一般地講 ,容積式膨脹機(jī)用于小流量 ,其中活塞式膨脹機(jī)適用于高、中及低壓的中小型裝置 ,也就是適用于大膨脹比 ,小流量的場(chǎng)合。在進(jìn)氣過(guò)程中 ,氣體直接從徑向和軸向迸入 ,當(dāng)進(jìn)氣 口關(guān)閉時(shí) ,齒 間容積形成了一個(gè)由轉(zhuǎn)和殼體圍成的密閉空間 ,在密閉空間氣體膨脹并產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩。 （ 1） 吸氣過(guò)程圖 圖 12a 高壓氣體由吸氣孔口分別進(jìn)入陰 、陽(yáng)螺桿“ V ”字形的齒間容積 ,推動(dòng)陰、陽(yáng)螺桿向彼此 背離的方向旋轉(zhuǎn) ,這兩個(gè)齒間容積不斷擴(kuò)大 ,于是不斷進(jìn)氣 ,當(dāng)這對(duì)齒間容積后面一齒一旦切斷吸氣孔口時(shí) ,這時(shí)齒間容積的吸氣過(guò)程也就結(jié)束 ,膨脹過(guò)程開始 圖 12b。膨脹機(jī)小螺桿膨脹機(jī)沒有曲軸活塞連桿機(jī)構(gòu) ， 凸輪配氣機(jī)構(gòu) ， 也無(wú)進(jìn)排氣閥 ， 結(jié)構(gòu)非常借單 ， 零件 數(shù)極少 ， 基本無(wú)易損件因此運(yùn)轉(zhuǎn)可靠 ,壽命長(zhǎng)也不存在不平衡慣性力矩 ， 所以甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)。最初的螺桿膨脹機(jī)汽液兩相實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)是 1975 年在美國(guó) Lawerence Livemore Liboratary 簡(jiǎn)記（ LLL）進(jìn)行的，但當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍較窄。當(dāng)時(shí)，天津大學(xué)熱能研究所結(jié)合西 藏地?zé)岚l(fā)電科研課題開展了螺桿膨脹機(jī)全流系統(tǒng)的研究。 本設(shè)計(jì)中采用陽(yáng)轉(zhuǎn)子右旋，陰轉(zhuǎn)子左旋。嚙合線是知識(shí)接觸線在轉(zhuǎn)子面上的投影。從轉(zhuǎn)子型線可定性看出封閉容積的大小。 （ 3）應(yīng)使封閉容積較小。 （ 2）齒曲線的共軛曲線方程 轉(zhuǎn)子組成齒曲線的共軛曲線，是指另一個(gè)轉(zhuǎn)子上與所選定的組成齒曲線相嚙合的曲線段，現(xiàn)在假定已在陰轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線 2為 2222()(){x x ty y t?? （ 28） 1）求出陰轉(zhuǎn)子上組成齒曲線想對(duì)于陽(yáng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)的曲線簇 將方程式（ 28）帶人坐標(biāo)變換式（ 25），得 1 1 11 1 1( , )( , ){x x ty y t???? （ 29） 2）找出曲線簇的包絡(luò)條件 把包絡(luò)條件的顯函數(shù)形式 11()t??? 帶 入 曲線簇方程（ 29），就是曲線簇的包絡(luò)線方程，即 1 1 11 1 1( , ( ))( , ( )){ x x t ty y t t???? （ 210） 此包絡(luò)線上任一點(diǎn)的切線斜率可微分上式，得 1 1 1111 1 111()()yy dtdy t txxdx dttt????? ? ??? ? ??? ? ??? ? ? （ 211） 與包絡(luò)線共切于該點(diǎn)的曲線簇中的一條曲線（ 1? 為常數(shù)），其斜率為 1111ydy txdxt????? （ 212） 由于是公切線，這兩切線的斜率應(yīng)該相等，令式（ 211）與式（ 212）右邊相等，整理得 : 1 1 1 1110x y x ytt??? ? ? ???? ? ? ? (213) 或是 1111110xxtyyt??????????? （ 214） 同樣，若假定在陽(yáng)轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線 1，即 2222()(){x x ty y t?? (215) 將曲線一的方程（ 215）帶入動(dòng)坐標(biāo)變換式（ 26），得到曲線簇的方程為 : 2 2 12 2 1( , )( , ){x x ty y t???? (216) 經(jīng)類似的推演，可得到其包絡(luò)條件為 : 2212210xxtyyt?????? ????? （ 217） 3）求共軛曲線方程 若已在陰轉(zhuǎn)子上 給定了一 段組成曲線 2為 ： 2222()(){x x ty y t?? （ 218） 則其共軛曲線方程，可用方程（ 210）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即 1 1 11 1 11( , )( , )( , ) 0x x ty y tft?????????????? （ 219） 同樣，若已在陽(yáng)轉(zhuǎn)子上給定了一段曲線 1為 : 22 12 2 1( , )( , ){X X tY Y t ???? 則其共軛曲線方程 ，可用方程（ 216）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即 : 2 2 12 2 11( , )( , )( , ) 0x x ty y tft?????????????? （ 220） 4）共軛曲線的嚙合線方程 共軛曲線的嚙合線方程一般式可表示為 : 2 2 12 2 11( , )( , )( , ) 0X X tY Y tft?????????????? （ 221） 第三章 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì) 單邊不對(duì)稱擺線 — 銷齒圓弧形線 對(duì)于螺桿膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子，在陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子之間的動(dòng)力的傳遞只按照某一轉(zhuǎn)向恒定的，因而轉(zhuǎn)子的兩邊齒廓不需要無(wú)條件的造成對(duì)稱，只要盡可能完善的密封就好。 處在低壓側(cè)的直線段 AB 的長(zhǎng)度，由于不影響氣密性，通常從工藝出發(fā)，使其與圓弧 BC 光滑過(guò)度。 ③ 嚙合線方程 將 I 點(diǎn)方程（ 315）代入坐標(biāo)變換式（ 22），并考慮到包絡(luò)條件自然滿足，得到嚙合線方程為： 1 1 1 11 1 1 1co s( )sin ( ){ XbYb ?????? （ 323） 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 317）確定。從式（ 344）可以看出， KL 是圓心在 1o ，半徑為 1tR 的圓弧，這說(shuō)明節(jié)圓圓弧的共軛曲線仍為節(jié)圓圓弧。為此，在各螺桿直徑下，列出幾個(gè)長(zhǎng)徑比值，以變化排氣量范圍，能 使相鄰系列螺桿直徑的排氣量交錯(cuò)相接。過(guò)大的螺旋角，使螺桿齒面扭曲得厲害，惡化了螺桿的切削工藝性。 尺寸如下： 1. 陽(yáng)轉(zhuǎn)子 ① 12段： 312 pdAn? ?，其中 A為由材料許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力所確定的系數(shù)， 45 鋼為 2545，取 A=30。 ⑧ 89段：為安裝軸承端蓋，悶蓋， 89d? =40mm， 89l? =25mm。 三維圖如 43 所示 43 陰轉(zhuǎn)子 三維圖 第 五 章 膨脹機(jī) 殼體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 吸 、排 氣孔口 膨脹機(jī)吸 、排 氣孔口的合理形狀和位置，是實(shí)現(xiàn)氣體膨脹過(guò)程的必備條件，也是實(shí)現(xiàn)膨脹機(jī)效率的一個(gè)重要因素。前后機(jī)座的設(shè)計(jì)根據(jù)所選擇的軸承和軸的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)的，其形狀 如圖 5 53 所示。選擇 角接觸球軸承， 根據(jù)轉(zhuǎn)子螺桿在安裝軸承處設(shè)計(jì)的尺寸，對(duì)于陽(yáng)轉(zhuǎn)子選用軸承 型號(hào)為 7208C，陰轉(zhuǎn)子選用軸承型號(hào)為 7207C,既能承受軸向載荷，也能承受徑向載荷。 為了防止膨脹腔的氣體通過(guò)轉(zhuǎn)子軸向外泄漏，必須在排氣段的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間加一個(gè)軸封。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以說(shuō)讓我收獲頗豐，因?yàn)橐玫饺S軟件和二維軟件我選擇了我們學(xué)習(xí)過(guò)得 Pro/E和 CAD軟件，在作圖過(guò)程中我將以前學(xué)習(xí)過(guò)得只是都又溫習(xí)了一遍 。 15 第四章 螺桿膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子尺寸設(shè)計(jì) 28 吸、排氣孔口 29 軸承選擇 30 軸承密封系統(tǒng)的確定 6 第二章 螺桿膨脹機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分析 2 螺桿膨脹機(jī)發(fā)電的工作原理和工作過(guò)程 以前習(xí)慣了去仿照模板，而這一次我學(xué)會(huì)了如何去思考問(wèn)題，還有要敢于去接受新的東西。 螺桿膨脹機(jī)目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還不是很多，最具代表性的是廈門普科技有限公司的通過(guò)螺桿膨脹機(jī)利用工廠余熱蒸汽進(jìn)行發(fā)電。這種密封方式特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)，但磨損較快。 吸氣端讓吸入氣體從底部進(jìn)入，沿徑向進(jìn)入機(jī)體，與吸氣類似，排氣設(shè)在機(jī)體的頂部，采用徑向排氣。 殼體設(shè)計(jì) 膨脹機(jī)殼體設(shè)計(jì)包括對(duì)轉(zhuǎn)子外殼和前后機(jī)座的設(shè)計(jì)。 ④ 45段：為陰轉(zhuǎn)子螺旋線，已設(shè)計(jì)， 45l? =150mm。 ④ 45段： 45段是 密封 段， 45d? =52mm， 45l? =40mm。內(nèi)壓力比相同時(shí)，具有大螺旋角的螺桿，能得到較大的徑向與軸向排氣孔面積，如圖 41所示： 圖 41 螺旋角對(duì)排氣孔口面積的影響 螺桿 設(shè)計(jì) 螺桿轉(zhuǎn)子 齒型 參數(shù)的確定 單邊不對(duì)稱 銷齒圓弧型線齒廓的端面形狀主要由以下參數(shù)決定 ： 陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù) z1 陰轉(zhuǎn)子齒數(shù) z2 中心距 a 陽(yáng)轉(zhuǎn)子直徑 D1 陰轉(zhuǎn)子直徑 D2 齒高半徑 R=%a 陰轉(zhuǎn)子節(jié)圓直徑 Dw1 陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓直徑 Dw2 此外還有齒的螺旋數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度 L 陽(yáng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)程 h1 目前通用的結(jié)構(gòu)，陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù) z1=4,陰轉(zhuǎn)子齒數(shù) z2=6。因此吸氣口與排氣口的面積也增大，不但減少氣體 進(jìn)入時(shí)與排出時(shí)的壓力損失，而且螺桿直徑變大，轉(zhuǎn)子具有良好的剛性 在此次設(shè)計(jì)中，為了獲得所需的排量，我們選擇螺桿公稱直徑為 100mm，長(zhǎng)徑比為 ，即螺桿 相對(duì)長(zhǎng)度為 150mm。 通常，在系列標(biāo)準(zhǔn)中，螺桿直徑按某種優(yōu)選數(shù)系選取。 其嚙合線就是 D點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的軌跡，即以 2O 為圓心，以 D 點(diǎn)到 2O 的距離為半徑的圓弧。 ② HI 方程 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的曲線 HI 是陰轉(zhuǎn)子上銷齒圓弧 BC的共軛曲線，將方程（ 39）帶入坐標(biāo)變換式（ 25），的曲線簇方程 為 ：