【導(dǎo)讀】雙螺桿壓縮機(jī)屬于回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)是一種工作容積作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容。積式氣體壓縮機(jī)械。氣體的壓縮是通過容積的變化來實(shí)現(xiàn)，而容積的變化又是借壓縮。機(jī)的一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)子在氣缸里作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來達(dá)到。復(fù)式壓縮機(jī)，它除了周期性地?cái)U(kuò)大和縮小外，其空間位置也在變更。所以，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)同時(shí)兼有上述兩類機(jī)器的特點(diǎn)。回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)沒有往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般沒有氣閥，零部件少，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)件的動(dòng)力平衡性良好，故壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)高、基礎(chǔ)小。回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的適應(yīng)性強(qiáng)，在較大的工況范圍內(nèi)保持高效率。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(jī)難以達(dá)到較高的終了壓力。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機(jī)的銷售量已占所有容積式壓縮機(jī)銷售總。螺桿壓縮機(jī)自動(dòng)化程度高，操作人員不必經(jīng)過長時(shí)間的專業(yè)培。螺桿壓縮機(jī)沒有不平衡慣性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，可實(shí)。螺桿壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，容積流量幾乎不受排氣壓力的

　　

【正文】 算瞬時(shí)基元容 積投影的靜矩時(shí)，采用下圖所示的坐標(biāo)系： 圖 8 轉(zhuǎn)子坐標(biāo)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(shí)針旋轉(zhuǎn)；陰轉(zhuǎn)子以φ 2作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 取基元容積與排氣孔連通時(shí)作為計(jì)算工況，此時(shí)轉(zhuǎn)子受力最大，響應(yīng)的氣體壓力分別為： 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 共 45 頁 第 33 頁 ?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(biāo)為： ???? ?babaY O ZY O ZZdZZfdZZfSMY)()(21121 （ 109） ???? ?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(fù)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(diǎn)； 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(diǎn)。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(fù)值。 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 共 45 頁 第 34 頁 當(dāng)基元容積與排氣孔連通時(shí)，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 ??? ?? 軸向力的計(jì)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 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 共 45 頁 第 35 頁 ?2bQdTT agg ? ?? （ 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(hào)表示指向吸氣端；負(fù)號(hào)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 8 雙螺桿壓縮機(jī)的吸、排氣孔口設(shè)計(jì) 吸氣孔口 壓縮機(jī)吸氣孔口的合理位置和形狀，是實(shí)現(xiàn)氣體壓縮過程的必備條件，也是實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)效率的一個(gè)重要因素。為此，在設(shè)計(jì)吸氣孔口時(shí)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(jī)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(dòng)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(dāng)陰轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)過兩轉(zhuǎn)子的齒頂圓交點(diǎn)，并與陽轉(zhuǎn)子雙螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 共 45 頁 第 36 頁 進(jìn)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(kuò)大。在 ??= 0~??范圍內(nèi)不能布置吸氣孔口，會(huì)產(chǎn)生大小不同的吸入封閉容積。 當(dāng)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(shí)際氣體流動(dòng)滯后的因素，可適當(dāng)選取比式（ 123）計(jì)算結(jié) 果大的數(shù)值，故取 ?2s = 。 1. 徑向吸氣孔口 為了盡可能擴(kuò)大吸氣孔口的通流面積，在開設(shè)軸向吸氣孔口的同時(shí)，還將機(jī)體沿軸向挖空作為徑向吸氣孔口。 本設(shè)計(jì)采用混合吸氣孔口，即在純軸向吸氣孔口的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將機(jī)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(gè)對應(yīng)的排氣孔口。陽轉(zhuǎn)子排氣角 ?1d 為： 9 5 7 ?????? ????? czd 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 共 45 頁 第 37 頁 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(shí)排氣的原則由下式計(jì)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)。另外，為了使齒間容積內(nèi)的氣體能夠被完全排出，排氣孔口又應(yīng)盡量靠近兩轉(zhuǎn)子的中心連線。為了降低噪聲，減少氣體流動(dòng)損失，以及考慮到制造工藝上的方便，將端面排氣孔口嚙合線頂點(diǎn)處的尖點(diǎn)削平。取適中的水平段長度，以減少氣體泄漏。 圖 9 軸向排氣孔口的位置和形狀 如圖 9 所示，軸向排氣孔口型線為 123456781。需要指出的是，圖中曲線段 67， 12 分別取陰 .陽轉(zhuǎn)子齒間容積前方齒的背段型線，曲線段 345 應(yīng)取型線的高壓側(cè)嚙合線形狀，曲線段 56， 23 分別為陰陽轉(zhuǎn)子型線的齒根圓周，但通常將機(jī)體的這一部分挖空。 . 徑向排氣孔口 為了降低排氣流速，在開設(shè)軸向排氣孔口的同時(shí)， 還將機(jī)體沿軸向挖空作為徑向排氣孔口，其挖切方法與徑向吸氣孔口類同。 本設(shè)計(jì)采用混合排氣孔口，以得到最大的通流面積，從而使壓力損失達(dá)到最小，而且在排氣的情況下，氣體隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)受到的離心力對氣體排向徑向排氣孔口是有利的。 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 共 45 頁 第 38 頁 圖 10 徑向排氣孔口的位置與形狀 為了降低排氣流速，在開設(shè)軸向排氣孔口的同時(shí)，還將機(jī)體沿軸向挖空作為徑向排氣孔口，其挖空的方法與徑向吸氣孔口相同。如圖 10 所示，徑向排氣孔口的形狀為 1221 BBAA ??? .應(yīng)該指出的是， 2121 BBAA ?? 和 分別為排出端面上由點(diǎn) A、 B 所引出的陰，陽轉(zhuǎn)子的外圈螺旋線。 9 主要零部件設(shè)計(jì)和選材 機(jī)體是螺桿壓縮機(jī)的主要部件。它由中間 部分的氣缸及兩端的端蓋組成。端蓋內(nèi)置有軸封、軸承。 只要適當(dāng)安排轉(zhuǎn)子的螺旋旋向和機(jī)體上的吸排氣孔口，幾乎可以在任何位置安排吸、排氣通道。對吸排氣通道的要求是平滑過度和流速低，以減少流動(dòng)損失。 吸氣端讓吸入氣體從低部進(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。 噴油螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體采用單層壁結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子包含在機(jī)體中，機(jī)體的外側(cè)即為大氣。 為給進(jìn)氣和排氣留下氣體流動(dòng)的空間，機(jī)體需向外做必要的延伸。 機(jī)體材料為灰口鑄鐵，牌號(hào)為 HT200。 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 共 45 頁 第 39 頁 轉(zhuǎn)子是螺桿壓縮機(jī)的主要零件，由于轉(zhuǎn)子直徑較小，其結(jié)構(gòu)采用整體式。對螺旋狀工作段以外的部分，按通常的“轉(zhuǎn)軸”要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的毛坯常為鍛件，采用球墨鑄鐵，其牌號(hào)為 QT6003，既便于加工，又降低了成本。 在螺桿空氣壓縮機(jī)中，由于軸向力和徑向力都不大，故都采用滾動(dòng)軸承。 采用深溝球滾動(dòng)軸承，型號(hào)為 6006，既能承受軸向載荷，也能承受徑向載荷。 軸承采用脂潤滑。 噴油螺桿空氣壓縮機(jī)都采用滾動(dòng)軸承，為了防止壓縮腔的氣體通過轉(zhuǎn)子軸向外泄漏，必須在排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間加一個(gè)軸封。在螺桿壓縮機(jī)正常工作時(shí)，吸入端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間幾乎沒有壓差，所以，在吸氣端的轉(zhuǎn)子加工段與軸承雙螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 共 45 頁 第 40 頁 之間，只用間隙密封就能滿足要求，沒有必要再提供密封油。在小型壓縮機(jī)中，通常采用簡單的唇型密封。 氣流脈動(dòng)現(xiàn)象是引起壓縮機(jī)運(yùn)行性能和可靠性下降的重要原因之一。雖然雙螺桿壓縮機(jī)沒有排氣閥，但由于在壓縮機(jī)的排氣過程中，排氣口的面積是變化的， 在不同的時(shí)刻通過排氣孔口的氣體流量不同，因而不可避免地會(huì)產(chǎn)生排氣流量脈動(dòng)。另外， 由于不設(shè)排氣閥，當(dāng)設(shè)計(jì)工況與實(shí)際工況不一致時(shí)，在工作容積與排氣孔口連通的瞬時(shí)，理論上將出現(xiàn)等容壓縮或膨脹現(xiàn)象，導(dǎo)致排氣孔口處氣體流量的瞬時(shí)突變，這些氣流流量的脈動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生壓力的脈動(dòng)。 . 一維非定常氣流方程組及其解法 對于等截面管內(nèi)的一維非定常氣體流動(dòng)，由連續(xù)方程 .動(dòng)量方程及能量方程構(gòu)成描述其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方程組。將方程組無量綱化，得 BXGZV ?????? （ 126） 式中 ???????????????????)1(21 2kkPRURURV ????????????????????121 32kPURUkPRURUG 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 共 45 頁 第 41 頁 ?????????????????????RqaLUUDfLRB300020 利用 LW 兩步法數(shù)值求解方程組（ 126），其格式為 第一步 )(4)(2)(21 1112121ZJzjzjzjzjzjzzj BBzGGXzVVV ?????? ????????? )(4)(2)(21 1112121ZJzjzjzjzjzjzzj BBzGGXzVVV ?????? ????????? 第二步 )(2)( 2121212121212121zZJzzjzzjzzjzjzzj BBzGGXzVV ?????????????? ???????? LW 數(shù)值計(jì)算兩步法方案及步驟如圖 11 所示。其中，下 j 指管道上均分點(diǎn)的號(hào)碼，上標(biāo)指無因次時(shí)刻值。除去孔口端點(diǎn) 1 和末端點(diǎn) n 外，所有內(nèi)分點(diǎn)上氣流的參數(shù)值（ U， P， R）都可以由 Z 時(shí)刻的值，按兩步法規(guī)則，推出 ZZ ?? 時(shí)刻的值。 圖 11