【正文】 流量為3500m3/min。（6） 其他螺桿機(jī)械 螺桿壓縮機(jī)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(jí)真空度可達(dá)98%，能耗較其他類型真空泵低20%50%。螺桿壓縮機(jī)的螺桿齒形發(fā)展體現(xiàn)在以下四個(gè)階段：第一代為L(zhǎng)ysholm齒形，主要線段由點(diǎn)生成擺線組成，限于當(dāng)年加工條件，主要用于無(wú)油螺桿壓縮機(jī)；第二代為1964年的對(duì)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(dòng)力用螺桿壓縮機(jī)為主要應(yīng)用對(duì)象；第三代為非對(duì)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(wú)油螺桿壓縮機(jī)；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(wú)尖點(diǎn)，凡第四代齒形均為節(jié)能型。由于精密的專用數(shù)控轉(zhuǎn)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。日本的神鋼與日立公司，在將近50年的時(shí)間里不斷成功地開(kāi)發(fā)出了節(jié)能明顯的各種系列螺桿壓縮機(jī)。雙螺桿壓縮機(jī)在我國(guó)的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機(jī)，但其發(fā)展很快。封閉式螺桿空壓機(jī)噪聲可達(dá)6085dB(A),國(guó)外螺桿壓縮機(jī)無(wú)故障運(yùn)行在7* h，國(guó)內(nèi)螺桿壓縮機(jī)壽命可達(dá)4* h。螺桿壓縮機(jī)在國(guó)外占據(jù)80%以上移動(dòng)式空壓機(jī)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)因柴油機(jī)方面的原因占份額不大，只有外資產(chǎn)品占有較少市場(chǎng)，螺桿空氣壓縮機(jī)占螺桿壓縮機(jī)總量的85%，制冷空調(diào)方面螺桿壓縮機(jī)約占12%。今后螺桿壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額仍將不斷擴(kuò)大，特別是無(wú)油螺桿空氣壓縮機(jī)和各類螺桿工藝壓縮機(jī)，會(huì)獲得更快的發(fā)展。有文獻(xiàn)報(bào)道已可做到無(wú)磨損嚙合。未來(lái)主要是進(jìn)一步提高螺桿壓縮機(jī)的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在深刻理解前人研究的理論基礎(chǔ)上，在給定設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求的條件下，研究雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過(guò)程、受力分析及轉(zhuǎn)子的加工，以進(jìn)一步提高雙螺桿壓縮機(jī)的機(jī)械性能。利用自備砂輪修正器的轉(zhuǎn)子專用數(shù)控磨床，快速加工出新型線的轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的精度和表面粗糙度預(yù)計(jì)超過(guò)現(xiàn)有的值。同時(shí)，研究型線和孔口配置等因素對(duì)噪聲的影響指標(biāo)，從而更有效地降低噪聲。通過(guò)設(shè)計(jì)，能了解設(shè)計(jì)的一般要求和規(guī)則，能將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)。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)銷售總量的80%以上，在所有正在運(yùn)行的容積式壓縮機(jī)中，有50%是螺桿壓縮機(jī)，今后螺桿壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額仍將不斷擴(kuò)大。通過(guò)本設(shè)計(jì)，可以充分了解雙螺桿壓縮機(jī)的有關(guān)知識(shí)，以及如何進(jìn)一步改善其性能和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，使雙螺桿壓縮機(jī)能得到更好的發(fā)展，為生產(chǎn)和生活服務(wù)。第一章 雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理通常所稱的螺桿壓縮機(jī)指的是雙螺桿壓縮機(jī)。雙螺桿壓縮機(jī)是一種容積式的回轉(zhuǎn)機(jī)械。在倒“8”形的氣缸中，平行地配置著一對(duì)相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子，分別稱為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子。一般陽(yáng)轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)連接，由陽(yáng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)供吸氣用，稱作吸氣孔口；另一個(gè)供排氣用，稱作排氣孔口。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對(duì)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(duì)齒。機(jī)殼上有特定形狀的吸氣孔口如圖1粗實(shí)線所示。在這一時(shí)刻，這一對(duì)齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣孔口連通。在隨后的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒不斷從陰轉(zhuǎn)子的齒槽中脫離出來(lái)，齒間容積不斷擴(kuò)大，并與吸氣孔口保持連通。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開(kāi)，吸氣過(guò)程結(jié)束。這是從上面看相互嚙合的轉(zhuǎn)子，圖中的轉(zhuǎn)子端面是排氣端面，機(jī)殼上的排氣孔口如圖中粗實(shí)線所示。圖2 雙螺桿壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程圖2（a）示出壓縮過(guò)程即將開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。被密封在容積中的氣體所占據(jù)的體積也隨之減少，導(dǎo)致壓力升高，從而實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮過(guò)程，圖3（b）。圖3 雙螺桿壓縮機(jī)的排氣過(guò)程a）排氣過(guò)程中 b）排氣過(guò)程結(jié)束圖3示出螺桿壓縮機(jī)的排氣過(guò)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(guò)排氣孔口被排出，圖3（a）。此時(shí)，齒間容積內(nèi)的氣體通過(guò)排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積變?yōu)榱?。轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線垂直面的截交線稱為轉(zhuǎn)子型線。對(duì)螺桿壓縮機(jī)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。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙合時(shí)，兩轉(zhuǎn)子齒面相互接觸而形成的空間曲線稱為接觸線。陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線嚙合時(shí)的嚙合點(diǎn)軌跡，稱為嚙合線。顯然接觸線連續(xù)，意味著嚙合線應(yīng)該是一條連續(xù)的封閉曲線。在接觸線頂點(diǎn)和機(jī)殼的轉(zhuǎn)子氣缸孔之間，會(huì)形成一個(gè)空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形。（3）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。（4）齒間面積 。轉(zhuǎn)子型線的齒間面積越大，轉(zhuǎn)子的齒間容積就越大。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共軛型線。為了盡可能減少氣體通過(guò)間隙帶的泄漏，要求設(shè)法縮短轉(zhuǎn)子間的接觸線長(zhǎng)度。（４）應(yīng)使封閉容積較小。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能小地。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對(duì)減少，效率得到提高。3）陽(yáng)轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系。由于螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子之間是定傳動(dòng)比嚙合，故有: （21） 式中，φφ1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角；nn1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；ωω1 為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子角速度；R2t、R1t為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑；zz1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)；i為傳動(dòng)比； A為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子中心距。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子型線時(shí)，通常先在陽(yáng)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)子動(dòng)坐標(biāo)系中： （27）上式中，參數(shù)t的始點(diǎn)和終點(diǎn)決定了此組成曲線的起點(diǎn)b和終點(diǎn)e的坐標(biāo)和。如圖5所示。圖5 單邊不對(duì)稱擺線銷齒圓弧型線a）型線 b）嚙合線這種單邊不對(duì)稱擺線銷齒圓弧型線與原始不對(duì)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(duì)稱型線外圓上的擺線形成點(diǎn)，并使擺線IJ的形成點(diǎn)向內(nèi)移動(dòng)。修正后，便于轉(zhuǎn)子在加工、安裝、運(yùn)行及儲(chǔ)運(yùn)中保護(hù)擺線形成點(diǎn)。為此， 的允許范圍之內(nèi)。
現(xiàn)在推導(dǎo)各段齒曲線方程、嚙合線方程及相應(yīng)的參數(shù)變化范圍。② GH方程陽(yáng)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（222）代入（25），得曲線簇方程為 （227）故有 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（214），可得位置參數(shù)與曲線參數(shù)的關(guān)系為 （228）聯(lián)立（227）和（228）可得到GH的方程，可發(fā)現(xiàn)GH的性質(zhì)是一擺線。10176。②HI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BC的方程（230）代入坐標(biāo)變換式（25），得曲線簇方程為 （232）故有 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（214），可得包絡(luò)條件為 即 （233）由此可見(jiàn)，BC與HI僅在的位置嚙合，而且是整條曲線同時(shí)嚙合。③嚙合線方程把BC方程（230），代入坐標(biāo)變換式（23），并與包絡(luò)條件（233）聯(lián)立，得到嚙合線方程為 （235）式（235）表明，銷齒圓弧的嚙合線是與銷齒圓弧一樣的圓弧。③嚙合線方程將I點(diǎn)方程（236）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 （244）其參數(shù)變化范圍仍由式（238）確定。D點(diǎn)與IJ①D點(diǎn)方程陰轉(zhuǎn)子上的D點(diǎn)為一固定點(diǎn)，在O2x2y2坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 （245）其中， 由曲線CD方程（237），有 （246）式中由式（242）確定。其嚙合先就是D點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的軌跡，即以O(shè)2為圓心，以D點(diǎn)到O2的距離為半徑的圓弧。③嚙合線方程把DE的方程（256）代入坐標(biāo)變換式（23），并與包絡(luò)條件式（259）聯(lián)立，即得到其嚙合線方程為 （260）其參數(shù)變化范圍由式（257）確定。從式（265）可以看出，KL是圓心在O1，半徑為R1 t的圓弧，這說(shuō)明節(jié)圓圓弧的共軛曲線仍為節(jié)圓圓弧。3 雙螺桿空氣壓縮機(jī)螺桿尺寸的確定雙螺桿壓縮機(jī)螺桿尺寸按以下的關(guān)系式確定：陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓直徑 d1=D1/（1+h1‘）=68mm陰轉(zhuǎn)子節(jié)圓直徑 d2=d1/（z2/z1）=102mm陽(yáng)轉(zhuǎn)子根圓直徑 Di1=d1/（1h2‘）陰轉(zhuǎn)子頂圓直徑 De2=d1/（i+h2‘）陰轉(zhuǎn)子根圓直徑 Di2=d1/（ih1‘）轉(zhuǎn)子螺桿長(zhǎng)度 135mm=L=（L/De1）De1中心距 A=（d1+d2）=85mm陰轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角 τ2=τ1/i陽(yáng)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程 b1=360176。L/τ2陽(yáng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min） n1=60u1/陰轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min） n2=n1/i節(jié)圓螺旋角 β=arctg（b1/2πr1）= arctg（b2/2πr2）本設(shè)計(jì)中壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子螺桿部分的幾何尺寸選用標(biāo)準(zhǔn)系列。陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)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(dá)式為： （267）（1）陰轉(zhuǎn)子齒間面積陰轉(zhuǎn)子齒間面積A02為： =（mm2） （268）（2） 陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積A01為： =（mm2） （269） =(mm4)螺桿壓縮機(jī)的面積利用系數(shù)，表征轉(zhuǎn)子直徑范圍內(nèi)總面積的利用程度。一般若轉(zhuǎn)子的齒間面積為A、有效工作段長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則齒間容積V為 （271）由上式，可得陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間容積V0V01分別為 （272） （273） （274）螺桿壓縮機(jī)工作時(shí)，陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間容積因彼此侵占而減小，從而實(shí)現(xiàn)壓縮氣體的目的。如圖6所示，當(dāng)陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到齒1’，即將侵占陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒1后的齒間面積A01位置時(shí)，即為壓縮開(kāi)始點(diǎn)，也是齒間容積減少的起點(diǎn)。此后，陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒1后的齒間面積就因陰轉(zhuǎn)子齒1`的侵入而由最大值A(chǔ)01逐漸減少。同理，可得到陰轉(zhuǎn)子A2r的齒間面積被陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒侵占的齒間面積隨陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角φ1的變化曲線，如圖7（b）所示。圖7 齒間面積侵占圖a）陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積被侵占圖b）陰轉(zhuǎn)子齒間面積被侵占圖c）一對(duì)齒間面積被侵占圖圖7中，τ1z為陽(yáng)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角，τ1z=300176?？煞秩齻€(gè)階段：第Ⅰ階段（0≤j1≤j1k）：該階段結(jié)束時(shí)齒間容積減少值為V1k=T1/（2p）S0第Ⅱ階段（j1k≤j 1≤t 1z）：該階段容積減少值為 （277）該階段結(jié)束時(shí)，齒間容積總的減少值為 （278）第Ⅲ階段（t 1z≤j 1≤t 1z+ j 1k）：該階段容積減少值為。同時(shí)，位于接觸線另一側(cè)的齒間容積卻從零擴(kuò)大到最大值，完成了吸氣過(guò)程。另外，由于壓縮空氣的用途非常廣泛，要求空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)盡量簡(jiǎn)單，以便使非專業(yè)技術(shù)人員也能夠正確操作。排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間有一個(gè)簡(jiǎn)單的軸封，通過(guò)在機(jī)殼或軸上開(kāi)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。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。③ 氣體在吸氣孔口處及齒間容積內(nèi)的流動(dòng)損失要小。（1） 吸氣開(kāi)始角目前廣泛使用的不對(duì)稱型線，當(dāng)陰轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)過(guò)兩轉(zhuǎn)子的齒頂圓交點(diǎn)，并與陽(yáng)轉(zhuǎn)子進(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。當(dāng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)兩轉(zhuǎn)子的中心線后，處于壓縮過(guò)程的容積不再與吸氣端面連通，從此位置開(kāi)始，即可布置吸氣孔口。（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。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(kāi)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。（1） 排氣開(kāi)始角對(duì)所要求的內(nèi)容積比，必有一個(gè)對(duì)應(yīng)的排氣孔口。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。取適中的水平段長(zhǎng)度，以減少氣體泄漏。需要指出的是，圖中曲線段67，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(yáng)轉(zhuǎn)子型線的齒根圓周，但通常將機(jī)體的這一部分挖空。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(duì)氣體排向徑向排氣孔口是有利的。如圖10所示，分別為排出端面上由點(diǎn)A、B所引出的陰，陽(yáng)轉(zhuǎn)子的外圈螺旋線。它由中間部分的氣缸及兩端的端蓋組成。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。吸氣端讓吸入氣體從低部進(jìn)入，沿徑向進(jìn)入機(jī)體。噴油螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體采用單層壁結(jié)構(gòu)。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。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。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。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。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(guò)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。在小型壓縮機(jī)中，通常采用簡(jiǎn)單的唇型密封。此外至少還必須近似地求出壓縮機(jī)的容積效率。螺桿壓縮機(jī)齒槽內(nèi)的實(shí)際的熱力學(xué)過(guò)程十分復(fù)雜，在理論上還不能準(zhǔn)確地掌握的。 （31）查表2312，得單邊不對(duì)稱擺線銷齒圓弧型線的扭角系數(shù)為Cj =。將已知數(shù)據(jù)代入上式得： =（1） 指示功率Pi Pi= （310)W為指示功，n為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速,n=3000r/min。 螺桿壓縮機(jī)的絕熱效率ηad反映了壓縮機(jī)能量利用的完善程度，其數(shù)值依機(jī)型和工況不同而有明顯的差別。 （312）采用增速齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)效率ht=，取ht=。（2） 陽(yáng)螺桿，右旋，齒數(shù)為4，螺桿長(zhǎng)度為135mm,與陰螺桿嚙合傳（3）壓