1、1第一章. 引 言目前，容积式压缩机的全球年产量为 1.5 亿余台，其中大多数被应用于空气动力和制冷系统。过去的 30 年间，转子型线的改进使螺杆压缩机内部泄漏彻底减少，同时技术日益成熟的机床可以将形状较为复杂零件的加工公差控制在工程允许的 3m 以内，以致传统的往复式压缩机在许多应用领域逐步被螺杆压缩机所替代。人工分析计算的方法是设计者预测压缩机性能的主要手段，并且在此过程中取得了一些技术上的突破，但其适用范围和准确度与现代数控机床和装配过程相比却逊色很多。因此，先进的分析手段增大了技术创新的可能性，进而提高螺杆压缩机的性能，降低制造成本，进一步扩大螺杆压缩机的应用范围。转子型线的改进依然是
2、提高螺杆压缩机性能最有效的手段，依靠经验确定转子齿型和转子大量采用通用型线的历史将被逐步完善的先进、合理、高效的转子加工工序所改写，从而取得良好的应用成效。另外，改善的压缩机内部流动模型有助于更好地进行孔口设计，轴承负荷及其脉动的准确判定有助于选择更为合适的轴承。最后，如果可以较为准确地估计由于压缩机内部温度及压力变化引起的转子和机壳的扭转变形，我们就可以在机器的加工过程中采取相应的措施以便将温度及压力脉动的不良影响降至最小。本文涵盖了可能引发螺杆压缩机技术创新的最新流动模型与分析方法，以及利用这些手段提高机器性能、扩展应用范围的典型案例。2第二章 螺杆压缩机的介绍一. 发展历程全套图纸及更多
3、设计请联系 QQ：36070250120 世纪 30 年代，瑞典工程师 Alf Lysholm 在对燃气轮机进行研究时，希望找到一种作回转运动的压缩机，要求其转速比活塞压缩机高得多，以便可由燃气轮机直接驱动，并且不会发生喘振。为了达到上述目标，他发明了螺杆压缩机。在理论上，螺杆压缩机具有他所需要的特点，但由于必须具有非常大的排气量，才能满足燃气轮机工作的要求，螺杆压缩机并没有在此领域获得应用。尽管如此，Alf Lysholm 及其所在的瑞典 SRM 公司，对螺杆压缩机在其它领域的应用，继续进行了深入的研究。1937 年，Alf Lysholm 在 SRM 公司研制成功了两类螺杆压缩机试验样机，
4、并取得了令人满意的测试结果。1946 年，位于苏格兰的英国 James Howden 公司，第一个从瑞典 SRM 公司获得了生产螺杆压缩机的许可证。随后，欧洲、美国和日本的多家公司也陆续从瑞典 SRM 公司获得了这种许可证，从事螺杆压缩机的生产和销售。最先发展起来的螺杆压缩机是无油螺杆压缩机。1957 年喷油螺杆空气压缩机投入了市场应用。1961 年又研制成功了喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机。过随后持续的基础理论研究和产品开发试验，通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功，螺杆压缩机的优越性能得到了不断的发挥。二. 发展方向螺杆压缩机广泛应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械
5、、制冷等工业部门，在宽广的容量和式况范围内，逐步替代了其它种类的压缩机，统计数据表明，螺杆压缩机的销售量已占其它容积式压缩机销售量的 80%以上，在所有正在运行的容积式压缩机中，有 50%的是螺杆压缩机。今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断的扩大。为了进一步改善螺杆压缩机的性能，扩大其应用范围，应在以下几个方面作深入研究。31、 在型线啮合特性、转子受力变形和受热膨胀等方面研究的基础上，创造新的高效型线，以进一步提高螺杆压缩机的效率。2、 分析喷油对、螺杆压缩机工作过程中泄漏、换热和摩擦等方面的影响机理，使喷油参数的设计从目前的经验设计提高到机理设计和优化设计。3、 研究吸气和排气过程的流动特性，
6、在流场分析的基础上，进一步合理配置吸排气孔口和相关连接管道。4、 分析螺压缩机的噪音产生机理，研究型线设计和孔口配置等因素对噪声指标的影响，从而更有效的降低噪声。5、 研究转子螺旋齿面的加工工艺，除研究高精度和同生产率的专用设备外，还要研究新型少切削和无切削工艺。6、 扩大螺杆压缩机的参数范围，主要应向小容积流量、高排气压力方向发展。同时，研究气量调节机构与智能控制系统，提高调节式况下压缩机运转的经济性，进一步扩大螺杆压缩机的应用范围。三. 螺杆压缩机的研究意义全套图纸及更多设计请联系 QQ：360702501 压缩机可分二大类，容积式压缩机和动力式压缩机。容积式压缩机又可分往复式和回转式。本
7、可题研究的是螺杆空气压缩机，属于双轴压缩机。螺杆压缩机-是回转容积式压缩机，在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合，从而将气体压缩并排出。用可靠性高的螺杆式压缩机取代易损件多，可靠性差的活塞式压缩机，已经成为必然趋势。日本螺杆压缩机 1976 年仅占 27%，1985 年则上升到 85%。目前西方发达国家螺杆压缩机市场占有率为 80%，并保持上升势头。螺杆压缩机具有结构简单、体积小、没有易损件、工作可靠、寿命长、维修简单等优点。螺杆压缩机有双螺杆与单螺杆两种。单螺杆压缩机的发明比双螺杆压缩机晚十几年，设计上更趋合理、先进。单螺杆压缩机克服了双螺杆压缩机不平衡、轴承易损的缺点；具有寿命长，噪音低
8、，更加节能等优点。相对其他复杂回转机械来说，螺杆压缩机的设计制造还是比较简单的。由于螺杆压缩机的回转运动部件只有两个转子，所以它可以可靠地高速运转。高精度的转子齿型铣削与磨削加工可以较低的成本将齿间间隙控制在 30503m4之间。与早期的机器相比，内部泄漏已经大幅减少。可见，螺杆压缩机已经成为精密、高效的 机械，并且能够适用于较大的压力与排量范围。因此，容积式压缩机的大部分市场与应用场合已被螺杆压缩机占据。螺杆压缩机的发展趋势是在满足性能要求的前提下，减小机器的尺寸。这就意味着需要在保持较高效率的同时尽可能提高转子齿顶速度。在一般的实验中，广泛采用的轴承是滚动轴承，因为与滑动轴承相比，滚动轴承
9、允许更小的间隙。另外，为使吸气与排气孔口处的气流速度降到最低，吸排气孔口需要开设得尽可能大。上述这些设计原则在任何应用场合中都是普遍适用的。与先进的转子型线一样，为了取得螺杆压缩机设计的最大进步，能够将损失降到最低的其他组件的改进也是非常重要的。所以，对转子与机壳之间的间隙进行合理选择也是很有必要的，尤其是在高压端。当间隙较小时，需要采用较昂贵的优质轴承，当通过预紧将间隙控制在允许范围内时，可以采用比较廉价的轴承。 螺杆压缩机尤其是喷油螺杆压缩机通常在较高压力差下工作，单级压比较高，产生的轴向力与径向力较大。中小型 压缩机一般采用滚动轴承。由于转子中心距受其一定的影响，为设计出满意的产品，滚动
10、轴承的选用及校核也应慎重。值得一提的是，近期研发出的一种摩擦很小的滚动轴承提供了一个不错的选择，详细参见 Meyers37。通常在转子的高压端设有两个轴承来分别承受轴向力与径向力。转子间的接触力大小取决于它们之间传递的扭矩，当阴阳转子直接接触时，接触力较大。当压缩机的驱动力矩由阳转子传送时，接触力相对较小。倘若将驱动力矩由阴转子传送，产生的接触力非常大，这是不允许的。喷入压缩机内的润滑油也有润滑轴承的作用，但是为了尽量减小摩擦损失，轴承的供油与回油系统是独立的。机体上的喷油孔口开设在由热力计算结果得出的气体温度与润滑油温度相等的位置，除此之外，喷油孔口应位于转子螺旋线上方，这样，润滑油可以从阴
11、转子齿顶沿螺旋齿面切线方向进入机体，达到回收所喷入润滑油的动能的目的。为将吸排气孔口的流动损失降到最低，螺杆压缩机还应符合以下技术指标。进入压缩机的气体的流道应尽量避免弯曲，这就要求吸气孔口要开设在机壳上，另外，尽量扩大进气的流通面积从而降低吸气孔口处的气体流速。排5气孔口的尺寸主要是由热力性能所要求的内压力比决定的，还应考虑降低排气流速和降低内部、排气孔口处流动损失的需要。机壳的设计加工要尽量减小其重量，还应配置加强筋以提高高压下的强度。虽然螺杆压缩机现在已经是一种发展比较成熟的产品，但由于以计算机建模与数值分析为主的工程科学的介入，我们还可以在设计过程中做出更大的改进，提高效率、减小机器尺
12、寸、降低制造成本等。另外，为了达到最优化的设计，轴承技术与润滑的改善也是十分重要的.四.螺杆式空压机原理1.吸气过程：全套图纸及更多设计请联系 QQ：360702501 螺杆式的进气侧吸气口，必须设计得使压缩室可以充分吸气，而螺杆式压缩机并无进气与排气阀组，进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口之自由空气相通，因在排气时齿沟之空气被全数排出，排气结束时，齿沟乃处于真空状态，当转到进气口时，外界空气即被吸入，沿轴向流入主副转子的齿沟内。当空气充满整个齿沟时，转子之进气侧端面转离了机壳之进气口，在齿沟间的空气即
13、被封闭。 2、封闭及输送过程： 主副两转子在吸气结束时，其主副转子齿峰会与机壳闭封，此时空气在齿沟内闭封不再外流，即封闭过程。两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动。 3、压缩及喷油过程： 在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动，亦即啮合面与排气口间的齿沟间渐渐减小，齿沟内之气体逐渐被压缩，压力提高，此即压缩过程。而压缩同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与室气混合。 4、排气过程： 当转子的啮合端面转到与机壳排气相通时，（此时压缩气体之压力最高）被压缩之气体开始排出，直至齿峰与齿沟的啮合面移至排气端面，此时两转子啮合面与机壳排气口这齿沟空间为零，即完成（排气过程）
14、，在此同时转子啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，其吸气过程又在进行如今，螺杆机械作为压缩机兼膨胀机被用于不同的场合，其工作介质可以6是气体、干蒸汽或在机器内部发生相变的多相混合物等，按照润滑、冷却方式的不同，可以分为喷油式螺杆机械、压缩或膨胀过程中喷入其他流体的螺杆机械，以及干式螺杆机械。机体的几何形状取决于转子齿数、转子齿型还有不同组成齿曲线构成的齿段的相对比例。实践告诉我们，没有对所有应用场合都十分理想的结构和配置，为了获得最佳的机型，详细的热力学分析与设计参数的变化对机器性能影响的估算都是十分必要的。因此，在最优化分析处理过程中制定严格技术标准是研发一台优良机器的先决条件。同时
15、，这些准则有助于进一步提高现有的 螺杆机械设计水平并扩展其应用范围，在市场竞争中争取到更多的优势。五.螺杆空压机的操作规程全套图纸及更多设计请联系 QQ：3607025011、注意事项 a.使用空气软管，则尺寸要正确，并适合于所采用的工作压力，不要用已擦伤、损坏或易变形的软管，软管端部的连接件和紧固件的型号和尺寸一定要正确，在崐排出压缩空气时，开口端一定要牢牢把握住，否则软管将会挥舞而致伤人，不要将压缩空气直接对人，使用压缩空气清洁设备时要十分小心，并带上眼罩。b.不要在有可能吸入易燃或有毒气体的地方操作压缩机。 c.不要在超过铭牌上规定的压力情况下运转，尽可能不要在低于铭牌上规定的压力情况下
16、运转。 d.运转时必须关闭全部车棚边门。 e.定期检查 (a)安全装置的可靠性。 (b)软管的完好程度。 (c)有无泄漏。 (d)所有电气接头应稳固、良好。 2、初次启动前的准备工作 7a.卸除木契、垫木与抱箍及支撑。 b.检查接线是否正确。 c.检查电机过载继电器的整定值。 d.检查电气接线是否符合安全规程的要求，绝缘必须接地以防止短路，接电源开关应设在机组附近。 e.往储气罐/油气分离器加油至液面计油位“70”处。 f.接通水路。 g.关闭两个排放阀。 h.接上电源，启动后立即停车，使电机稍微移动一下，检查旋转方向与接筒上的箭头指示方向是否一致，若不一致，则重新接线。 i.机组起动，在空载
17、运行期间检查油是否泄漏后，打开供气阀。 k.逐渐关闭供气阀至压缩机卸荷运行；检查机组是否正常运行在负荷运行期间注意冷凝液是否能自动排放掉，以检验水气分离器中浮球阀工作是否正常。 l.检查压力调节器卸载和负载压力整定值。 m.停车 n.开车 10 分钟，检查油位，液面计的油位应接近“0”位置。 3、启动前 a.检查油位液面计的油位应接近“0”位置，如需加油可按程序加油。 b.关闭水气分离器，气冷却气排放阀。 4、启动 a.将水路接通。 b.接上电源，启动电机，检查“电源”指示灯是否亮着。 c.按下“启动”按钮，启动后，“启动”指示灯应亮所有其它报警指示灯应熄崐灭。 d.检查油有否泄漏，启动次数一
18、小时内应不超过 10 次。 e.打开供气阀。 f.按下“加载”，压缩机开始正常运行、供气。 85、运行 要定期进行下列各项检查 a.储气罐/油气分离器中的油位。如油位过低，应加油至运转时处于“0”位置处，加油时应先停车，卸压后方可旋松加油塞加油。 b.供气温度。 c.水气分离器浮球阀，冷凝液自动排放的情况。 d.排气温度应不超过规定值，检查后应将门关上。 e.压力调节器当压缩机工作压力在上限时应卸载在下限时应负载。 6、停车 a.关闭供气阀。 b.按下“卸载”按钮，并至少再运行 30 秒。 c.按下“停车”按钮“运行”信号灯灭，电机停车。 d.打开排放阀，排放水气分离器和气冷却器中冷凝水。 e
19、.排出冷却器中的冷却水。9第三章 参数及选取原则3.1.型线参数3.1.1 型线种类全套图纸及更多设计请联系 QQ：360702501转子型线种类对压缩机性能具有重大影响，型种类在于采用不同的组成齿曲线。第一代和第二代转子型线是“线”密封型线。第三代为“带”密封型“带”密封型线的性能明显优于“线”密封型线。特别是高压比工况或转子直径较小的中小型螺杆压缩机中，这种“带”密封型线的优势更加明显。所以在各种类型的螺杆压缩机中，都应尽量采用各具特色的“带”密封型线。3.1.2 转子齿数在理论上转子齿数是没有限制的。但在实际选择转子齿数时要考虑多种因素，机时这些因素往往是相互冲突的。如：增大面积利用系数
20、会降低压缩机所能随的压差；当所能随的压差增大时，又会影响一压缩机的效率。因此，最终选择方案应根据所设计压缩机的具体应用场合，进行优化选择。10在通常的设计条件下，螺杆压缩机的阴/阳转子的齿数比一般在 3/3-10/11之间，最常用的是 3/4、4/5、4/6、5/6、5/7、6/8 等。通常转子直径小，就具有泄漏线长度与容积流量之比较小的优点，可使压缩机具有较高的效率。但其抗弯刚度较差。当压差太大时，它将产生较大的弯曲变形，甚至现机体相接触。直径大的转子抗弯能力强，但泄漏长度也较长，导致压缩机效率差。这种高度方案可适用于压力差较大的场合。4/6 组合方案转子刚度适中，并且阴阳转子的刚度相近，压
21、缩机的效率也高。因此，获得了较为广泛的应用。在一般螺杆空气压缩机中，新的不对称型线则趋于采用 5/6 的齿数组合，而在常规的螺杆制冷压缩机中则趋于采用 5/7 齿数的组合方案。实测性能表明，这两种方案在刚度上也是足够的，并且比 4/6 组合方案具有更高的效率。3.1.3 齿高半径随着转子齿高半径的增大，面积利用系数也增大。但过分大的齿高半径，往往会使阴转子齿根部宽度不足。而过不到预期的加工精度。在一般情况下，齿高半径与转子中心距的比值 R/A 应在 0.15-0.35 的范围内。3.1.4 齿顶高在双边型线中，通过采用恰当的齿顶高，可使阴阳转子的直径相同，十分有利于零件的加工和检验，还能使面积利用系数增大。但转子齿顶高太大时，过大的泄漏三角形面积会使压缩机的效率降低。特别值得指出的是齿顶高还会对阴阳转了之间的力矩分配产生较大的影响。当齿顶高取值不当时，会使作用在阴转上的合力矩太小。并在工况变动时，有可能会使合力矩的方向发生改变，从而产生异常的哭声和振动。在一般的双边型线路，齿顶高 H 与转子中心距的比值 H/A 应在 0.005-0.05 的范围内3.2 转子结构参数3.2.1 转子直径和长径比转子直径是关系到螺杆机系列化和零件标准化、通用化的一个重要参数。
