1、目錄1.雙螺桿壓縮機的特點和應用前景11.1.雙螺桿壓縮機的特點11.2.雙螺桿壓縮機的應用前景11.3.雙螺桿壓縮機的基本結構和工作原理22.轉子型線設計原則52.1.轉子型線及其要素52.2.轉子型線設計原則53.設計要求63.1.設計給定的參數64.選定型線類型及型線推導過程64.1.選定型線類型64.2.型線推導過程75.轉子幾何特性285.1.I級幾何特性285.2.II級幾何特性316.熱力計算346.1.設計要求346.2.計算理論容積流量346.3.計算實際容積流量346.4.設計選型以及各參數選定346.5.給定絕熱效率346.6.各級具體參數計算356.7.復算電動機功率4

2、06.8.計算比功率41 411. 雙螺桿壓縮機的特點和應用前景1.1. 雙螺桿壓縮機的特點就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機與活塞壓縮機相同，都屬于容積式壓縮機。就主要部件的運動形式而言，又與透平壓縮機相似。所以，螺桿壓縮機同時兼有上述兩類機器的特點。1) 螺桿壓縮機的優點如下：1）可靠性高。螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，因而它運轉可靠，壽命長，大修間隔期可達4-8萬h.2)操作維護方便。螺桿壓縮機自動化程度高，操作人員不必經過長時間的專業培訓，可實現無人值守運轉。3）動力平衡好。螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力，機器可平穩地高速工作，可實現無基礎運轉，特別適合用作移動式壓縮機，體積小、重量輕

3、、占地面積少。4）適應性強。螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，容積流量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣的范圍內能保持較高的效率，在壓縮機結構不作任何改變的情況下，適用于多種共質。5）多相混輸。螺桿壓縮機的轉子齒面間實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可輸送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。2) 螺桿壓縮機的主要缺點：1）造價高。由于螺桿壓縮機的轉子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具在價格昂貴的專用設備上進行加工。另外，對螺桿壓縮機氣缸的加工精度也有較高的要求。2）不能用于高壓場合。由于受到轉子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機只能用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不超過3MPa。3）不能用于微型場合

4、。螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min時，螺桿壓縮機才具有優越的性能。1.2. 雙螺桿壓縮機的應用前景1) 噴油螺桿空氣壓縮機 動力用的噴油螺桿壓縮機已系列化，一般都是在大氣壓力下吸入氣體，單級排氣壓力有0.7 MPa、1.0MPa和1.3 MPa（表壓）等不同形式。少數用于驅動大型風鉆的兩級壓縮機，排氣壓力可達到2.5 MPa（表壓）。此類壓縮機目前的容積流量范圍為0.2-100m3/min，越來越被用到對空氣品質要求非常高的應用場合，如食品、醫藥及棉紡企業，占據了許多原屬無油壓縮機的市場。2) 噴油螺桿制冷壓縮機目前，半封閉和全封閉式螺桿制冷壓縮機廣泛應用

5、于住宅和商用樓房的中央空調系統，產量遠遠超過開啟式。此外，螺桿制冷壓縮機還用于工業制冷、食品冷凍、冷藏，以及各種交通運輸工具的制冷裝置。在環境溫度下工作時，單級螺桿制冷壓縮機可達-25的蒸發溫度，采用經濟器或雙級壓縮，可達-40的蒸發溫度。既能供冷又能供暖的冷熱兩用螺桿機組，近年發展很快。目前螺桿制冷壓縮機標準工況下制冷量范圍為10-2500KW。3) 噴油螺桿工藝壓縮機 噴油螺桿工藝壓縮機的工作壓力由工藝流程確定，單級壓力比可達10，排氣壓力通常小于4.5MPa，但可高達9MPa，容積流量范圍為1-200 m3/min。4) 干式螺桿壓縮機 目前一般干式螺桿壓縮機的單級壓力比為1.5-3.5

6、，雙級壓力比可達8-10，容積流量為3-500m3/min。5) 噴水螺桿壓縮機 使噴入的水與潤滑油隔開，用于一些可能發生聚合反應的氣體，向壓縮機入口噴入適當的溶劑，以沖掉這些化合物。6) 其他螺桿機械 螺桿壓縮機可作為油、氣、水多相流混輸泵使用，也可作為真空泵使用單級真空度可達98%，能耗較其他類型真空泵低20%-50%。此外，螺桿機械還可作為膨脹機。1.3. 雙螺桿壓縮機的基本結構和工作原理1.3.1. 基本結構通常所稱的螺桿壓縮機指的是雙螺桿壓縮機。雙螺桿壓縮機的發展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機。雙螺桿壓縮機是一種容積式的回轉機械。由一對陰、陽螺桿，一個殼體與一對端蓋組成。在倒“8”

7、形的氣缸中，平行地配置著一對相互嚙合的螺旋形轉子，分別稱為陰、陽轉子。它們和機體之間構成一個“V”字形的一對密封的齒槽空間隨著轉子的回轉而逐漸變小，并且其位置在空間也不斷從吸氣口向排氣口移動，從而完成吸氣-壓縮-排氣的全部過程。一般陽轉子與原動機連接，由陽轉子帶動陰轉子轉動。在壓縮機機體的兩端，分別開設一定形狀和大小的孔口。一個供吸氣用，稱作吸氣孔口；另一個供排氣用，稱作排氣孔口。1.3.2. 工作原理螺桿壓縮機的工作循環可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉子旋轉，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環，這里只研究其中一對齒。1) 吸氣過程圖1示出的螺桿壓縮機的吸氣過程，所討論的一對齒用箭頭

8、標出，陽轉子按逆時針方向旋轉，陰轉子按順時針方向旋轉，圖中的轉子端面是吸氣端面。機殼上有特定形狀的吸氣孔口如圖1粗實線所示。圖1 雙螺桿壓縮機的吸氣過程a）吸氣過程即將開始 b）吸氣過程中 c）吸氣過程結束圖1（a）示出的是吸氣過程即將開始時的轉子位置。在這一時刻，這一對齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣孔口連通。隨著轉子開始運動，由于齒的一端逐漸脫離嚙合而形成齒間容積，這個齒間容積的擴大，在其內部形成了一定的真空，而此齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中，如圖1（b）中陰影部分所示。在隨后的轉子旋轉過程中，陽轉子齒不斷從陰轉子的齒槽中脫離出來，齒間容積不斷擴大，并與吸氣孔

9、口保持連通。吸氣過程結束時的轉子位置如圖1（c）所示，其最顯著的特征是齒間容積達到最大值，隨著轉子的旋轉，所研究的齒間容積不會再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結束。2) 壓縮過程a）吸氣過程即將開始 b）吸氣過程中 c）吸氣過程結束、排氣過程即將開始圖2示出螺桿壓縮機的壓縮過程。這是從上面看相互嚙合的轉子，圖中的轉子端面是排氣端面，機殼上的排氣孔口如圖中粗實線所示。在這里，陽轉子沿順時針方向旋轉，陰轉子沿逆時針方向旋轉。圖2 雙螺桿壓縮機的壓縮過程圖2（a）示出壓縮過程即將開始時的轉子位置。隨著轉子的旋轉，齒間容積由于轉子齒的嚙合而不斷減少。被密封在容積中的氣體所占據的體積也隨

10、之減少，導致壓力升高，從而實現氣體的壓縮過程，圖2（b）。壓縮過程可一直持續到齒間容積即將與排氣孔口連通之前。3) 排氣過程圖3 雙螺桿壓縮機的排氣過程a）排氣過程中 b）排氣過程結束圖3示出螺桿壓縮機的排氣過程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過排氣孔口被排出，圖3（a）。這個過程一直持續到齒末端的型線完全嚙合，圖3(b) 。此時，齒間容積內的氣體通過排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積變為零。2. 轉子型線設計原則2.1. 轉子型線及其要素螺桿壓縮機最關鍵的是一對相互嚙合的轉子。轉子的齒面與轉子軸線垂直面的截交線稱為轉子型線。對于螺桿

11、壓縮機轉子型線的要求，主要是在齒間容積之間有優越的密封性能，因為這些齒間容積是實現氣體壓縮的工作腔。對螺桿壓縮機性能有重大影響的轉子型線要素有接觸線、泄漏三角形、封閉容積和齒間面積等。（1）接觸線 。螺桿壓縮機的陰、陽轉子嚙合時，兩轉子齒面相互接觸而形成的空間曲線稱為接觸線。如果轉子齒面間的接觸連續，則處在高壓力區內的氣體將通過接觸線中斷缺口，向低壓力區泄漏。陰、陽轉子型線嚙合時的嚙合點軌跡，稱為嚙合線。嚙合線實質是接觸線在轉子端面上的投影。顯然接觸線連續，意味著嚙合線應該是一條連續的封閉曲線。（2）泄漏三角形 。在接觸線頂點和機殼的轉子氣缸孔之間，會形成一個空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形。若

12、嚙合線頂點距陰、陽轉子齒頂圓的交點較遠，則說明泄漏三角形面積較大。（3）封閉容積 。如果在齒間容積開始擴大時，不能立即開始吸氣過程，就會產生吸氣封閉容積。吸氣封閉容積的存在，影響了齒間容積的正常充氣。從轉子型線可定性看出封閉容積的大小。（4）齒間面積 。它是齒間容積在轉子端面上的投影。轉子型線的齒間面積越大，轉子的齒間容積就越大。2.2. 轉子型線設計原則 （）滿足嚙合要求。螺桿壓縮機的陰、陽轉子型線必須是滿足嚙合定律的共軛型線。（）形成長度較短的連續接觸線。為了盡可能減少氣體通過間隙帶的泄漏，要求設法縮短轉子間的接觸線長度。（）應形成較小面積的泄漏三角形。（）應使封閉容積較小。吸氣封閉容積導

13、致壓縮機功耗增加、效率降低、噪聲增大。所以轉子型線應使封閉容積盡可能小地。（）齒間面積盡量大。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對減少，效率得到提高。3. 設計要求3.1. 設計給定的參數排氣量:排氣壓力：2.5MPa供氣穩定：60攝氏度電機轉速：2960rpm電機功率：250kw4. 選定型線類型及型線推導過程4.1. 選定型線類型考慮到采用油潤滑，減少泄漏，提高機器效率和可靠性，因此采用單邊不對稱銷齒圓弧。本設計采用我國規定的螺桿壓縮機標準的單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線。如下圖所示。 單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線a）型線 b）嚙合線這種單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線與原始不對稱型線的主要區別在

14、于：采用徑向直線AB及DE倒棱修正，去除了原始不對稱型線外圓上的擺線形成點，并使擺線IJ的形成點向內移動。另外，將圓弧齒曲線擴大一角度，形成保護角，使擺線CD的形成點I處于陽轉子外圓之內，保護了對嚙合性能很敏感的擺線形成點。修正后，便于轉子在加工、安裝、運行及儲運中保護擺線形成點。但使接觸線頂點與轉子齒頂圓交點之距離略有增大，使通過泄漏三角形的泄漏量增加。為此，通常限制直線段DE的長度在0.5-2mm 的允許范圍之內。處在低壓側的直線段AB的長度，由于不影響氣密性，通常從制造工藝出發，使其與圓弧BC光滑過度。4.2. 型線推導過程具體型線推導過程，我們是借助于Mathcad這款軟件做的，全部參

15、數化設計，以下提供軟件中設計的各類參數，同時電子稿里面也會附上源文件，還有各種作圖文件。下圖為proe畫出的I級轉子嚙合三維曲線。5. 轉子幾何特性5.1. I級幾何特性5.1.1. I級齒間面積和面積利用系數1) 齒間面積陰、陽轉子的齒間面積是螺桿壓縮機的重要幾何性質之一，在對轉子型線的各段組成齒曲線建立方程逐個確定其參數變化范圍后，可利用解析法求得轉子的齒間面積。陰、陽轉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式為： （1） 陰轉子齒間面積陰轉子齒間面積A01為：由CAD查詢工具得：或可有= （2） 陽轉子齒間面積陽轉子齒間面積A02為：由CAD查詢工具得：或

16、可有= （3） 陰陽轉子齒間面積總和：=78982) 面積利用系數螺桿壓縮機的面積利用系數，表征轉子直徑范圍內總面積的利用程度。其定義式為：查教材表3-12，得單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線的面積利用系數=0.515。3) I級扭角系數及內容積比扭角系數為 查螺桿壓縮機理論、設計及應用表3-2，得單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線的扭角系數為C=0.989。4) 轉子長度 L取陽轉子長徑比 l =1.3，得250mmm，陰陽轉子長度相同。5) 復算排氣量理論排氣量 ：取扭角系數 =0.989n=2960rpm/min陽轉子=4，得 實際排氣量：取容積效率 =0.9 根據實際情況要求:因此，氣量滿足設計

17、要求。5.2. II級幾何特性5.2.1. II級齒間面積和面積利用系數1) 齒間面積陰、陽轉子的齒間面積是螺桿壓縮機的重要幾何性質之一，在對轉子型線的各段組成齒曲線建立方程逐個確定其參數變化范圍后，可利用解析法求得轉子的齒間面積。陰、陽轉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式為：（1）陰轉子齒間面積陰轉子齒間面積A01為：由CAD查詢工具得：或可有= （2） 陽轉子齒間面積陽轉子齒間面積A02為：由CAD查詢工具得：或可有= （3） 陰、陽轉子齒間面積總和：=32332) 面積利用系數螺桿壓縮機的面積利用系數，表征轉子直徑范圍內總面積的利用程度。其定義式為：

18、查教材表3-12，得單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線的面積利用系數=0.515。3) II級扭角系數及內容積比扭角系數為 查螺桿壓縮機理論、設計及應用表3-2，得單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線的扭角系數為C=0.989。4) 轉子長度 L取陽轉子長徑比 l =1，得160mmm，陰陽轉子長度相同。5) 復算排氣量計算理論排氣量 取扭角系數 =0.989n=2960rpm/min陽轉子=4，得 計算實際排氣量取容積效率 =0.9 根據實際情況要求:經過計算，II級理論排氣量為5.33，具體計算見熱力計算那邊。因此，氣量滿足設計要求。6. 熱力計算6.1. 設計要求排氣量:排氣壓力：2.5MPa供氣穩定

19、：60攝氏度電機轉速：2960rpm電機功率：250kw6.2. 計算理論容積流量螺桿壓縮機的理論容積流量，為單位時間內轉子轉過的齒間容積之和，它只取決于壓縮機的幾何尺寸和轉速。若令=L/D1，但由于本設計形線就是根據給定參數排氣量設計的，因此在這里就直接令qvi=6.3. 計算實際容積流量取容積效率為0.9，螺桿壓縮機的實際容積流量是指折算到吸氣狀態的實際容積流量，計算式為=0.9= 6.4. 設計選型以及各參數選定由于壓力比較大，大于10，我們決定使用兩級壓縮。分配各級壓力比設定噴油溫度為50度設定I級排氣溫度Td=70度設定II級排氣溫度Td=90度工作過程當作等熵過程進行6.5. 給定絕熱效率螺桿壓縮機的絕熱效率ad反映了壓縮機能量利用的完善程度，其數值依機型和工況不同而有明顯的差別。本次絕熱效率選為0.756.6. 各級具體參數計算6.