【導(dǎo)讀】械、制冷等工業(yè)部門。雙螺桿壓縮機已經(jīng)超過所有工業(yè)壓縮機的50％，其市場份額超。過80％，今后其市場份額還將繼續(xù)擴大?？梢?，研究雙螺桿壓縮機具有十分重要的意。本課題主要是設(shè)計通用的噴油雙螺桿空氣壓縮機，采用單邊不對稱擺線-銷齒圓弧。型型線，陰、陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)比為6：4。設(shè)計新型轉(zhuǎn)子型線，目的是使接觸線長度、泄漏。重點研究的是雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線設(shè)計、幾何特性、受力分析、熱力學(xué)計算。雙螺桿壓縮機屬于回轉(zhuǎn)式壓縮機?；剞D(zhuǎn)式壓縮機是一種工作容積作旋轉(zhuǎn)運動的容積。式氣體壓縮機械。

　　

【正文】 理論容積流量 qvi，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λ =L/D1，則有 311 DnCCq avi ??? （ 89） 查手冊得： aC =； 查手冊得： ?C =（陽轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角為 300176。 ）；長徑比 ??=L/D1=； D1=102mm；陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n1=。將已知數(shù)據(jù)代入式（ 89），得 m i n )/(2 2 0 8 7 34 6 9 7 33 mq vi ?????? 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 vivv qq /?? （ 90） 式中 η V為容積效率 , 已知 vq =，代入式（ 69），得 % 1 ??? vivv qq? 軸功率及絕熱效率 W 氣體看作理想氣體，其狀態(tài)方程如下所示： RTMmpV ? 或 RTMVmp ? （ 91） (1)吸氣過程看作等壓過程 吸進的空氣質(zhì)量 m 為， p0=p1s= ? Pa， T0=T1s=298K，空氣分子量 M = ，氣體常數(shù) R=（ ）。 共 46 頁 第 31 頁 )( 956000 KgRT MVpm ?? ??????? ?（ 92） 吸氣過程指示功 W1為 )( 95611 KJVpW s ???????? ? （ 93） （ 2）壓縮過程看作絕熱過程 壓縮過程結(jié)束時，齒間容積總的減少值 V2z為 )]([2 110012 kzz ASbV ??? ???= )]([2162 033 ????? = m? 壓縮過程結(jié)束時，齒間容積 V2為 rVVV 212 ?? = .55 ??? = m? （ 94） 壓縮終溫 Td 為 ,因為有一定熱量傳出， 1≤ n≤ k=，取 n= nnsd ppTT 112*?????????? =（ K） （ 95） CTt dd 7 30 7 6 02 7 3 ????? 壓縮過程指示功 W2為，空氣的絕熱系數(shù) k= )( 3212 KJk VpVpW ds ???? ??????? （ 96） （ 3）排氣過程看作等壓過程 排氣過程指示功 W3 )(1 3 6 4 8 3613 KJVpW d ??????? ? (97) 總的指示功 W 為 )(1 1 8 2 9 1 6 KJWWWW ??????? （ 98） （ 1） 指示功率 Pi Pi= 60/nW (99) W 為指示功， n 為壓縮機轉(zhuǎn)速 ,n=3000r/min。 共 46 頁 第 32 頁 )(??? 軸功率 mish PP ?? （ 100） η m為機械效率，一般 η m =，取 η m =。 )( KWP sh ?? η ad 螺桿壓縮機的絕熱效率 η 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。據(jù)圖 2350， Pd=, 取絕熱效率 ?ad=。 ?i ??madi ??? （ 101） 電動機功率 采用增速齒輪傳動，其傳動效率 ?t=，取 ?t=。 一般電動機功率均滿足選配大于軸功率，電動機動余度為： ?d=，取?d=，電動機功率 )( KWPPdishd ?? ?? （ 102） 電功率 本設(shè)計采用封閉式三相交流異步鼠籠式電動機，其型號為 Y280S2，電動機軸直徑 D=65mm其轉(zhuǎn)速 n=3000r/min，其效率 ?d=，則電能總消耗為： ??dimiE PP ??? (KW) （ 103） 6 雙螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 共 46 頁 第 33 頁 由于空氣壓縮機的市場競爭非常激烈， 因此空氣壓縮機多被設(shè)計為系列化、標準化的產(chǎn)品，以便大批量、低成本地生產(chǎn)和銷售。另外，由于壓縮空氣的用途非常廣泛，要求空氣壓縮機的運行和維護盡量簡單，以便使非專業(yè)技術(shù)人員也能夠正確操作。 噴油螺桿空氣壓縮機的機體不設(shè)冷卻水套，轉(zhuǎn)子為內(nèi)部不需冷卻的整體結(jié)構(gòu)，壓縮氣體所產(chǎn)生的徑向力和軸向力都由滾動軸承來承受。排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間有一個簡單的軸封，通過在機殼或軸上開出凹槽，并向里邊供入一定壓力的密封油，即可很好地起到密封的作用。 7 雙螺桿壓縮機的力學(xué)計算 用虛功原理對螺桿壓縮機進行動力分析，徑向力的計算歸 結(jié)為基元容積投影的幾何性質(zhì)的計算，將復(fù)雜的空間問題轉(zhuǎn)化為簡單的平面問題。 分析力學(xué)的基礎(chǔ)是虛位移原理和達郎伯原理。前者給出解決力學(xué)系統(tǒng)平衡問題的普遍原理；而后者用平衡的觀點來處理動力學(xué)問題。無論約束是定常的或不定常的，如果約束力在質(zhì)點系任意虛位移中的元功之和等于零，則任一瞬時作用在該理想約束的質(zhì)點系上的主動力與慣性力在質(zhì)點系任意虛位移中的元功之和為零。這稱為動力學(xué)普遍方程或達朗伯 拉格郎日方程。 瞬時基元容積內(nèi)的氣體對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩 Tg， Tg在虛位移即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)微元角d?上所做的功為 Wg， ?dTgWg *? （ 105） 主動力在 d?上所做的功等于瞬時基元容積之中氣體壓力 Pi 與容積微小變化 dV的乘積，按照 達朗伯 拉格郎日方程則有： 0* ?? P id VdTg ? （ 106） 因合力對任一軸的矩等于各力對同一軸的矩的代數(shù)和，所以 Tg 可通過計算瞬時基元容積在 XOZ、 YOZ 平面投影的靜矩 M 求出， P i MMMPiTg Y OZZX O ZZ ??? ?? )( （ 107） 由 （ 105） 、 （ 106） 、 （ 107） 式 ??? 21)(?? ?? MdVi （ 108） 徑向力的計算 共 46 頁 第 34 頁 計算瞬時基元容積投影的靜矩時，采用下圖所示的坐標系： 圖 8 轉(zhuǎn)子坐標系 O1Z1陽轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸； O2Z2陰轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸； X1O1Y1位于陽轉(zhuǎn)子吸氣端面； X2O2Y2位于陰轉(zhuǎn)子吸氣端面；陽轉(zhuǎn)子以φ 1作逆時針旋轉(zhuǎn)；陰轉(zhuǎn)子以φ 2作順時針旋轉(zhuǎn)。 取基元容積與排氣孔連通時作為計算工況，此時轉(zhuǎn)子受力最大，響應(yīng)的氣體壓力分別為： ?1=176。， Pi=； ?1=176。， Pi=； ?1=176。， Pi=； ?1=176。， Pi=； 基元容積在 XOZ、 YOZ平面上的投影輪廓線由接觸線、齒頂螺旋線、吸氣端面（或排氣端面）組成。 設(shè)基元容積在 YOZ 平面的投影對于 Y 軸及 Z 軸的靜矩為 MYYOZ 及 MZYOZ，密度為 1，面積為 SYOZ，則重心 G1（ Y， ZYOZ）的坐標為： ???? ?babaY O ZY O ZZdZZfdZZfSMY)()(21121 （ 109） 共 46 頁 第 35 頁 ???? ?babaY O ZY O ZYY O ZdZZfdZZZfSMZ)()(2111 （ 110） ???? ?babaX O ZX O ZZdZZfdZZfSMX)()(21222 （ 111） ???? ?bZbaX O ZX O ZXX O ZdZZfdZZZfSMZ)()(2122 （ 112） 式中的 f（ Z）為接觸線方程或齒頂螺旋線方程，若氣體壓力產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反 ，則靜矩取正直，反之則取負值，積分方式采用解析法。 MZYOZ Y ZYOZ Pi 可以確定作用在陽轉(zhuǎn)子 X1方向上徑向載荷 TX1的大小、方向、作用點； MZXOZ X ZXOZ Pi 可以確定作用在陽轉(zhuǎn)子 Y1 方向上徑向載荷TY1的大小、方向、作用點。同理， MZYOZ Y ZYOZ Pi 和 MZXOZ X ZXOZPi 分別可確定作用在陰轉(zhuǎn)子上的徑向載荷 Tx2和 Yy2。 TX、 TY與圖所示 X 軸、 Y 軸方向相反取負值。 當基元容積與排氣孔連通時，作用在陽轉(zhuǎn)子上總的徑向力 T1為： 21211 YX TTT ?? 22222 YX TTT ?? 軸承支反力 陽轉(zhuǎn)子吸氣側(cè)和排氣側(cè)軸承支反力分別為： ? ? ? ? NRRF sysxs 23 ??? ?? ? ? ? ? NRRF dydxd ??? ?? 陰轉(zhuǎn)子吸氣側(cè)和排氣側(cè)軸承支反力分別 為： ? ? ? ? NRRF sysxs ??? ?? ? ? ? ? NRRF yddxd ??? ?? 共 46 頁 第 36 頁 軸向力的計算 在半徑為 r 齒面的微元螺旋線段 dl 上，氣體壓力 dpi 可以分解為軸向分離 dQa、徑向分力 dT，切向分力 dQT。 按力學(xué)規(guī)則可得 dQT與 dQa的關(guān)系式： ?ctgdQdQ aT ? （ 113） 式中 ? — 半徑為 r 的圓柱面上的螺旋角 又因 rbctg ?? 2? 則有 rbdQdQaT ?2? （ 114） 式中 b— 螺桿的 導(dǎo)程 作用于 dl 上的轉(zhuǎn)矩 dTg： rbdQdTag ?2? （ 115） 積分上式得氣體對抓呢子的旋轉(zhuǎn)力矩 Tg ?2bQdTTagg ? ?? （ 116） 將（ 107）式展開： )( 111 Y OZZX OZZg MMPiT ?? ?? （ 117） )( 222 Y OZZX OZZg MMPiT ?? ?? （ 118） 整理（ 116）、（ 117）、（ 118） 式： 11112)( bMMPiQ Y O ZZX O ZZa ??? ?? （ 119） 222212 2)( bMMZZPiQ Y O ZZX O ZZa ??? ?? （ 120） 式中 Qa Qa2 陽、陰轉(zhuǎn)子型面軸向力，正號表示指向吸氣端；負號表示指向排氣端。 ? ? NQ a 7 77 41 11 指向吸氣端 ? ?? NQ a 2 9 6 9 92 指向排氣端 共 46 頁 第 37 頁 8 雙螺桿壓縮機的吸、排氣孔口設(shè)計 吸氣孔口 壓縮機吸氣孔口的合理位置和形狀，是實現(xiàn)氣體壓縮過程的必備條件，也是實現(xiàn)壓縮機效率的一個重要因素。為此，在設(shè)計吸氣孔口時應(yīng)該滿足一系列的要求： ① 吸氣孔口應(yīng)盡量減少吸氣封閉容積的影響。 ② 吸氣孔口的位置應(yīng)能保證齒間 容積獲得最大程度的充氣，以提高機器的容積利用率。 ③ 氣體在吸氣孔口處及齒間容積內(nèi)的流動損失要小。即力求孔口面積盡能地大、氣流通道截面變化平滑。 （ 1） 吸氣開始角 目前廣泛使用的不對稱型線，當陰轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)過兩轉(zhuǎn)子的齒頂圓交點，并與陽轉(zhuǎn)子進入嚙合后，在接觸線的一側(cè)，轉(zhuǎn)子的齒間容積將逐步減少。在接觸線的另一側(cè)，轉(zhuǎn)子的齒間容積將從零開始擴大。在 ??= 0~??范圍內(nèi)不能布置吸氣孔口，會產(chǎn)生大小不同的吸入封閉容積。 當陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過兩轉(zhuǎn)子的中心線后，處于壓縮過程的容積不再與吸氣端面連通，從此位置開始， 即可布置吸氣孔口。吸氣孔口不應(yīng)處于嚙合線范圍內(nèi)，為使齒間容積盡早開始吸氣過程，吸氣孔口應(yīng)盡量靠近兩轉(zhuǎn)子的中心連線，即陽轉(zhuǎn)子的吸氣開始角應(yīng)為 ?。 （ 2） 吸氣結(jié)束角 吸氣孔口的位置應(yīng)能保證齒間容積獲得最大程度的充氣。陽轉(zhuǎn)子的軸向吸氣角?1s由下式確定： τ1z=3π/2 β= 6 6 8 )/11(22 111 ?????????? ??????? Zks （ 121） 5 6 5 )/11(2/2/ 11 ?????? Zz ???? （ 122） 陰轉(zhuǎn)子軸向吸氣角 ?2s為 1 5 8 ??? Zi ss ??? （ 123） 考慮到實 際氣體流動滯后的因素，可適當選取比式（ 123）計算結(jié)果大的數(shù)值，共 46 頁 第 38 頁 故取 ?2s = 。 1. 徑向吸氣孔口 為了盡可能擴大吸氣孔口的通流面積，在開設(shè)軸向吸氣孔口的同時，還將機體沿軸向挖空作為徑向吸氣孔口。 本設(shè)計采用混合吸氣孔口，即在純軸向吸氣孔口的基礎(chǔ)上，進一步將機殼應(yīng)上該開徑向吸氣孔口的位置挖 10mm。 排氣孔口 （ 1） 排氣開始角 對所要求的內(nèi)容積比，必有一個對應(yīng)的排氣孔口。陽轉(zhuǎn)子排氣角 ?1d 為： 9 5 7 ?????? ????? czd 相應(yīng)的陰轉(zhuǎn)子排氣角度， 可根據(jù)陰、陽轉(zhuǎn)子齒間容積同時排氣的原則由下式計算： ??? Zidd ??? （ 125） （ 2）排氣結(jié)束角 為了防止處于排氣壓力的氣體流回處于吸氣壓力的齒間容積，排氣孔口應(yīng)處于嚙合線范圍之內(nèi)。另