PAGEPAGE1蚌埠學院本科畢業設計（論文）開題報告機械與車輛工程學院2019屆機械設計制造及其自動化班學生姓名學號課題名稱螺桿壓縮機設計及仿真一、本課題的作用、意義，在國內外的研究現狀和發展趨勢，尚待研究的問題1.本課題的作用、意義螺桿壓縮機廣泛應用于礦山、化工、動力、冶金、建筑、機械、制冷等工業部門，是一種消耗電力的機械設備。與活塞式壓縮機等其他類型的壓縮機相比，螺桿壓縮機的發展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機。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。由于具有轉速高、可靠性及動力平衡性好、適應性強、在實際應用上無喘振、臨界轉速等條件限制，在寬廣的容量和工況范圍條件下，已逐漸替代了其他種類的壓縮機。統計數據表明，螺桿壓縮機的銷售量已占所有容積式壓縮機銷售總量的80%以上，在所有正在運行的容積式壓縮機中，有50%是螺桿壓縮機，今后螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷擴大?？梢钥闯觯輻U壓縮機的設計研究在工業生產中具有十分重要的意義。通過本設計，可以充分了解雙螺桿壓縮機的有關知識，以及如何進一步改善其性能和擴大其應用范圍，使雙螺桿壓縮機能得到更好的發展，為生產和生活服務?？梢詫⑺鶎W理論知識與生產實際聯系起來，并積累了寶貴的經驗，為以后的工作打下了一個堅實的基礎。2.國內外的研究現狀和發展趨勢我國螺桿壓縮機的發展歷程很短，自從20世紀80年代引進螺桿壓縮機，僅僅20年時間，相繼引進了大、小多套螺桿壓縮機系統，在一些系統上，如丁二烯抽提裝置、苯乙烯裝置、火炬氣回收系統、低溫制冷系統等都相應地選用了一些國外專業生產廠家，如英國的豪頓（HowDNE）、日本的神鋼（KOBESTELL）、德國的戈哈哈（GHH）、美國的A-C公司生產的螺桿壓縮機組，二我們對這些機組的認識也走過了相當一段路程，在設備選型、使用、檢修上曾出現過各種失誤，原因就是我們對其原理、結構、特性等存在著認識上的不足。近年來，國內壓縮機的生產、銷售發展勢頭十分迅猛，其中具有空氣壓縮機生產許可證的企業有100多家，這些企業中大部分都是從國外進口機頭組裝型企業。根據我國壓縮機行業協會2001年統計資料顯示：國內進入行業統計范圍的75家壓縮機企業中，生產螺桿壓縮機的主要企業有：上壓、錫壓、富達、南壓、江壓、沈氣、寧波欣達、上海博萊特、煙臺藍星等幾家，再加上幾家臺資、外資企業最多不會超過20家生產螺桿空壓機的企業。經過短短4年時間，生產螺桿空氣壓縮機的企業已由2001年的十幾家發展到目前的100多家，企業數量翻了5~6倍。螺桿壓縮機的銷售總量翻了將4倍，臺資、外資企業獨占螺桿壓縮機市場的形勢有所緩解。但是，國內螺桿壓縮機的生產技術水平仍然是停滯不前，由于過度競爭甚至有所下降。螺桿壓縮機的生產在我國存在分布嚴重不均勻的現象，僅浙江一個省份的企業數量就遠遠超過廣大中西部地區的企業總和。目前，我國的噴油內冷卻的動力用雙螺桿壓縮機比功率已達5.56KW/min，已超過國外產品最好的比功率5.54KW/min。封閉式螺桿空壓機噪聲可達60-85dB(A),國外螺桿壓縮機無故障運行在7*h，國內螺桿壓縮機壽命可達4*h。西安交大刑子文教授開發的“SCCAD”螺桿設計計算軟件，已轉交給多家海內外企業應用。螺桿壓縮機在國外占據80%以上移動式空壓機市場，國內市場因柴油機方面的原因占份額不大，只有外資產品占有較少市場，螺桿空氣壓縮機占螺桿壓縮機總量的85%，制冷空調方面螺桿壓縮機約占12%。可以說，我國的個別企業的螺桿壓縮機已經達到國際先進水平。日本的神鋼與日立公司，在將近50年的時間里不斷成功地開發出了節能明顯的各種系列螺桿壓縮機。從某種程度而言，日本的空壓機節能技術的發展代表了當今世界空壓機技術的發展方向。日立公司根據轉子熱彈性變形的分析結果，對陰、陽轉子齒型修正、加工滾刀熱補償設計、轉子配合間隙的確定進行了探討，發現采用補償設計法與過去不考慮轉子熱變形的設計方法相比，運轉中轉子間隙可以減少約40%～50%。樣機試驗表明，在壓比為8時，壓縮機容積效率提高30%，絕熱效率提高38%。最近由Holroyd公司開發的新型轉子磨床將螺桿轉子的加工水平提升到新的水平。該機床將磨床、砂輪修整器、三坐標測量機集成在一臺機床中，可在加工過程中對工件進行測量，修整砂輪，從而使加工的螺桿轉子的齒廓誤差在±5μm的區域內。隨著西部大開發戰略、中部崛起戰略的實施和中西部地區豐富的礦產資源，中西部地區壓縮機的需求量將大幅度提高；我國煤礦出現事故比較頻繁而且損失較大，空氣壓縮機將隨著國家大力整頓煤礦企業二加速發展，以適應今后發展的需要。螺桿壓縮機具有獨特的優點，將隨著對其研究的不斷深化和設計技術的持續提高，螺桿壓縮機的性能將進一步改善，其應用領域會越來越廣泛。除傳統的應用場合外，螺桿壓縮機在燃料電池等新領域的應用將迅速擴大。今后螺桿壓縮機的研究依舊圍繞提高螺桿壓縮機的性能展開，主要包括：螺桿壓縮機型線幾何和轉子幾何；間隙、氣體泄漏和油的影響；熱力學（泄漏、傳熱、油氣換熱的數學模型，排氣孔口流動）過程的研究；道具計算；壓縮機轉子震動與噪聲，轉子碰撞、噴液螺桿機等方面的研究。螺桿壓縮機具有獨特的優良作業性能，但是要繼續保持優勢還需要借助許多新的研究手段與工具，在型線設計、熱力過程、加工制造等方面進行深入研究。應以我國螺桿壓縮機的現有研究現狀、今后的發展方向為指導，穩步提高其工作性能，擴大其應用范圍，使螺桿壓縮機在我國工業的發展應用中起到至關重要的作用。3.尚待研究的問題（1）轉子型線的設計螺桿壓縮機結構簡單,其核心部件是一對相互嚙合的轉子,轉子的端面型線在很大程度上決定了螺桿壓縮機的性能,螺桿壓縮機性能的提高是伴隨著一代又一代轉子型線的成功開發和應用而發生的。對于螺桿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。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。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。吸氣封閉容積導致壓縮機功耗增加、效率降低、噪聲增大。所以轉子型線應使封閉容積盡可能地小。（2）齒間容積及其變化過程螺桿壓縮機工作時，陰、陽轉子的齒間容積因彼此侵占而減小，從而實現壓縮氣體的目的。用端面齒間面積的變化來描述容積的變化，可以使復雜的空間問題轉化為簡單的平面問題。螺桿壓縮機的陰、陽轉子齒從開始嚙合到解脫嚙合期間，位于接觸線一側的齒間容積從最大值減少到零，完成壓縮和排氣過程。同時，位于接觸線另一側的齒間容積卻從零擴大到最大值，完成了吸氣過程。（3）熱力學和功率計算螺桿壓縮機由于轉子齒內部過程比較復雜，很難精確計算出具體數值。因此，本節計算主要是為了算出在工作過程當中，壓力、溫度這兩個數值之間的變化。然后，機器的功率也根據此計算出。同時，壓縮機工作原理主要是通過空氣壓縮進行的，因此它的容積效率也是很有必要計算出來的大概值。由于過程復雜，因此在計算的時候，采用簡單的方式模型去加以計算。參考文獻[1]尚勇軍.無油螺桿壓縮機主體結構及其設計[J].機械學報，2003，30(12)：19-21.[2]范春艷.試論螺桿壓縮機發展現狀及應用[J].化學工程與裝備，2010,21(9):186-187．[3]熊偉，馮全科.螺桿壓縮機研究現狀與熱點[J].流體機械，2005，33(3):30-33．[4]邢子文,吳華根,束鵬程.螺桿壓縮機設計理論與關鍵技術的研究和開發[J]．西安交通大學學報，2007，41(7):755-763，810．[5]王俊.PLC控制系統在螺桿壓縮機控制系統中的應用[J].壓縮機技術,2010,23(3):18-20.[6]侯偉.PLC在雙螺桿壓縮機控制系統中的應用[J].石油化工自動化,2008,14(4):34-36．[7]彭學院,邢子文，束鵬程.螺桿壓縮機CAD系統的研究與開發[J].流體機械，1997，25(3):186-187.[8]李文華，王麗麗.螺桿壓縮機故障診斷專家系統的構建與實現[J].煤礦機械，2007，28(1):173-175．[9]張鐵新.螺桿壓縮機振動故障的分析與處理［J].石油化工設備,2010,39(增刊1):91-93．[10]伍賢君.螺桿壓縮機轉子磨削成形法［J].流體機械,2000,28(7):33-35.[11]穆安樂，郗向儒，馬建輝，等.螺桿壓縮機整機優化設計［J].壓縮機技術，2003,1(3):20-23．[12]StosicN,SmithIK,KovacevicA.Opportunitiesforinnovationwithscrewcompressors[J].ProcInstnMechEngrs,2003,217PartE:157-170.二、完成任務的研究思路和方案（一）研究思路：（1）查找資料，了解螺桿壓縮機的基本結構和工作原理；（2）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。利用公式對以上影響要素進行計算求出轉子型線方程；（3）建立數學模型，通過計算螺桿壓縮機工作過程中壓力、溫度這兩個數值之間的變化求出壓縮機的功率；（4）機構設計和最主要零部件的強度校核。（二）研究方案：（1）對陰陽轉子進行設計;（2）對陰陽轉子軸和軸承進行校核;（3）機殼的結構設計;（4）繪制三維模型并進行仿真:（5）繪制霧件圖和裝配圖;（6）撰寫學士論文。三、指導教師評語建議填寫內容：對學生提出的方案給出評語，明確是否同意開題，提出學生完成上述任務的建議、注意事項等（閱后請將本提示刪除）。指導教師簽名：年月日注：=1\*GB2⑴開題報告由學生在畢業設計（論文）工作前期內完成，外語專業的開題報告必須用相應的語種寫作。=2\*GB2⑵開題