螺桿空氣壓縮機的設計【容積式壓縮機】

螺桿空氣壓縮機的設計【容積式壓縮機】,容積式壓縮機,螺桿空氣壓縮機的設計【容積式壓縮機】,螺桿,空氣壓縮機,設計,容積,壓縮機 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 課題研究擬采用的手段和工作路線 ]課程設計方法： 1) 獨立思考，繼承和創(chuàng)新 設計時，要認真閱讀參考資料，繼承或借鑒前人的設計經(jīng)驗和成果，但不地進行改進和創(chuàng)新。能盲目地全盤抄襲，應根據(jù)具體的設計條件和要求，大膽 2) 全面考慮 機械零部件地強度、剛度、工藝性、經(jīng)濟性和維護等要求 任何零部件的機構和尺寸，除去考慮它的強度剛度外，還應該綜合考慮零件本身及整個部件的工藝性要求、經(jīng)濟性要求等才能確定。 3) 設計方法 通過計算確定零件的基本尺寸，再通過草圖設計決定其具體結構和尺寸；而有些零件則需先經(jīng)初算和繪草圖，得出初步符合設計條件的基本結構尺寸，然后再進行必要得計算，根據(jù)計算的結果，再對結構和尺寸進行修改。 4) 使用標準和規(guī)范 設計時應盡量使用標準和規(guī)范，這有利于零件的互換性和工藝性，同時也可減少設計工作量、節(jié)省設計時間，對于國家標準或部門規(guī)范，一般都要 嚴格遵守和執(zhí)行。設計中采用標準或規(guī)范的多少，時評價設計質(zhì)量的一項指標。因此，課程設計中，凡是有標準或規(guī)范的，應該盡量采用 工作路線： 1) 設計準備 了解設計任務書，明確設計要求、工作條件、設計內(nèi)容的步驟；通過查閱有關設計資料，觀看電教片和參觀實物或模型等，了解設計對象的性能、結構及工藝性；準備好設計需要資料、繪圖工具；擬定設計計劃等。 2) 校核V帶及減小噪音的措施 擬定和確定工作方案；選擇電機；校核V帶。大致分析壓縮機產(chǎn)生噪聲的原因和有效減小噪聲的措施。 3) 工作原理草圖設計 繪制工作原理草圖；進行各零部件和結構件設計。 4) 繪制零件工作圖 繪出零件的必要視圖；標注尺寸、公差及表面粗糙度；編寫技術要求和標題欄等 5) 編寫設計說明書 寫明整個設計的主要計算和一些技術說明。 第一章. 引 言 目前，容積式壓縮機的全球年產(chǎn)量為1.5億余臺，其中大多數(shù)被應用于空氣動力和制冷系統(tǒng)。過去的30年間，轉子型線的改進使螺桿壓縮機內(nèi)部泄漏徹底減少，同時技術日益成熟的機床可以將形狀較為復雜零件的加工公差控制在工程允許的 3μm以內(nèi)，以致傳統(tǒng)的往復式壓縮機在許多應用領域逐步被螺桿壓縮機所替代。人工分析計算的方法是設計者預測壓縮機性能的主要手段，并且在此過程中取得了一些技術上的突破，但其適用范圍和準確度與現(xiàn)代數(shù)控機床和裝配過程相比卻遜色很多。因此，先進的分析手段增大了技術創(chuàng)新的可能性，進而提高螺桿壓縮機的性能，降低制造成本，進一步擴大螺桿壓縮機的應用范圍。 轉子型線的改進依然是提高螺桿壓縮機性能最有效的手段，依靠經(jīng)驗確定轉子齒型和轉子大量采用通用型線的歷史將被逐步完善的先進、合理、高效的轉子加工工序所改寫，從而取得良好的應用成效。另外，改善的壓縮機內(nèi)部流動模型有助于更好地進行孔口設計，軸承負荷及其脈動的準確判定有助于選擇更為合適的軸承。最后，如果可以較為準確地估計由于壓縮機內(nèi)部溫度及壓力變化引起的轉子和機殼的扭轉變形，我們就可以在機器的加工過程中采取相應的措施以便將溫度及壓力脈動的不良影響降至最小。本文涵蓋了可能引發(fā)螺桿壓縮機技術創(chuàng)新的最新流動模型與分析方法，以及利用這些手段提高機器性能、擴展應用范圍的典型案例。 第二章 螺桿壓縮機的介紹 一. 發(fā)展歷程 20世紀30年代，瑞典工程師Alf Lysholm在對燃氣輪機進行研究時，希望找到一種作回轉運動的壓縮機，要求其轉速比活塞壓縮機高得多，以便可由燃氣輪機直接驅動，并且不會發(fā)生喘振。為了達到上述目標，他發(fā)明了螺桿壓縮機。 　　在理論上，螺桿壓縮機具有他所需要的特點，但由于必須具有非常大的排氣量，才能滿足燃氣輪機工作的要求，螺桿壓縮機并沒有在此領域獲得應用。盡管如此，Alf Lysholm及其所在的瑞典SRM公司，對螺桿壓縮機在其它領域的應用，繼續(xù)進行了深入的研究。1937年，Alf Lysholm 在SRM公司研制成功了兩類螺桿壓縮機試驗樣機，并取得了令人滿意的測試結果。 　　1946年，位于蘇格蘭的英國 James Howden 公司，第一個從瑞典SRM公司獲得了生產(chǎn)螺桿壓縮機的許可證。 　　隨后，歐洲、美國和日本的多家公司也陸續(xù)從瑞典SRM公司獲得了這種許可證，從事螺桿壓縮機的生產(chǎn)和銷售。最先發(fā)展起來的螺桿壓縮機是無油螺桿壓縮機。 　　1957年噴油螺桿空氣壓縮機投入了市場應用。 　　1961年又研制成功了噴油螺桿制冷壓縮機和螺桿工藝壓縮機。 　　過隨后持續(xù)的基礎理論研究和產(chǎn)品開發(fā)試驗，通過對轉子型線的不斷改進和專用轉子加工設備的開發(fā)成功，螺桿壓縮機的優(yōu)越性能得到了不斷的發(fā)揮。 二. 發(fā)展方向 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(yè)部門，在寬廣的容量和式?jīng)r范圍內(nèi)，逐步替代了其它種類的壓縮機，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機的銷售量已占其它容積式壓縮機銷售量的80%以上，在所有正在運行的容積式壓縮機中，有50%的是螺桿壓縮機。今后螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷的擴大。 為了進一步改善螺桿壓縮機的性能，擴大其應用范圍，應在以下幾個方面作深入研究。 1、 在型線嚙合特性、轉子受力變形和受熱膨脹等方面研究的基礎上，創(chuàng)造新的高效型線，以進一步提高螺桿壓縮機的效率。 2、 分析噴油對、螺桿壓縮機工作過程中泄漏、換熱和摩擦等方面的影響機理，使噴油參數(shù)的設計從目前的經(jīng)驗設計提高到機理設計和優(yōu)化設計。 3、 研究吸氣和排氣過程的流動特性，在流場分析的基礎上，進一步合理配置吸排氣孔口和相關連接管道。 4、 分析螺壓縮機的噪音產(chǎn)生機理，研究型線設計和孔口配置等因素對噪聲指標的影響，從而更有效的降低噪聲。 5、 研究轉子螺旋齒面的加工工藝，除研究高精度和同生產(chǎn)率的專用設備外，還要研究新型少切削和無切削工藝。 6、 擴大螺桿壓縮機的參數(shù)范圍，主要應向小容積流量、高排氣壓力方向發(fā)展。同時，研究氣量調(diào)節(jié)機構與智能控制系統(tǒng)，提高調(diào)節(jié)式?jīng)r下壓縮機運轉的經(jīng)濟性，進一步擴大螺桿壓縮機的應用范圍。 三. 螺桿壓縮機的研究意義 壓縮機可分二大類，容積式壓縮機和動力式壓縮機。容積式壓縮機又可分往復式和回轉式。本可題研究的是螺桿空氣壓縮機，屬于雙軸壓縮機。螺桿壓縮機--是回轉容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，從而將氣體壓縮并排出。 用可靠性高的螺桿式壓縮機取代易損件多，可靠性差的活塞式壓縮機，已經(jīng)成為必然趨勢。日本螺桿壓縮機1976年僅占27%，1985年則上升到85%。目前西方發(fā)達國家螺桿壓縮機市場占有率為80%，并保持上升勢頭。螺桿壓縮機具有結構簡單、體積小、沒有易損件、工作可靠、壽命長、維修簡單等優(yōu)點。 螺桿壓縮機有雙螺桿與單螺桿兩種。單螺桿壓縮機的發(fā)明比雙螺桿壓縮機晚十幾年，設計上更趨合理、先進。單螺桿壓縮機克服了雙螺桿壓縮機不平衡、軸承易損的缺點；具有壽命長，噪音低，更加節(jié)能等優(yōu)點。 相對其他復雜回轉機械來說，螺桿壓縮機的設計制造還是比較簡單的。由于螺桿壓縮機的回轉運動部件只有兩個轉子，所以它可以可靠地高速運轉。高精度的轉子齒型銑削與磨削加工可以較低的成本將齒間間隙控制在30～503μm之間。與早期的機器相比，內(nèi)部泄漏已經(jīng)大幅減少?？梢?，螺桿壓縮機已經(jīng)成為精密、高效的 機械，并且能夠適用于較大的壓力與排量范圍。因此，容積式壓縮機的大部分市場與應用場合已被螺桿壓縮機占據(jù)。 螺桿壓縮機的發(fā)展趨勢是在滿足性能要求的前提下，減小機器的尺寸。這就意味著需要在保持較高效率的同時盡可能提高轉子齒頂速度。在一般的實驗中，廣泛采用的軸承是滾動軸承，因為與滑動軸承相比，滾動軸承允許更小的間隙。另外，為使吸氣與排氣孔口處的氣流速度降到最低，吸排氣孔口需要開設得盡可能大。上述這些設計原則在任何應用場合中都是普遍適用的。與先進的轉子型線一樣，為了取得螺桿壓縮機設計的最大進步，能夠將損失降到最低的其他組件的改進也是非常重要的。所以，對轉子與機殼之間的間隙進行合理選擇也是很有必要的，尤其是在高壓端。當間隙較小時，需要采用較昂貴的優(yōu)質(zhì)軸承，當通過預緊將間隙控制在允許范圍內(nèi)時，可以采用比較廉價的軸承。 螺桿壓縮機尤其是噴油螺桿壓縮機通常在較高壓力差下工作，單級壓比較高，產(chǎn)生的軸向力與徑向力較大。中小型 壓縮機一般采用滾動軸承。由于轉子中心距受其一定的影響，為設計出滿意的產(chǎn)品，滾動軸承的選用及校核也應慎重。值得一提的是，近期研發(fā)出的一種摩擦很小的滾動軸承提供了一個不錯的選擇，詳細參見Meyers[37]。通常在轉子的高壓端設有兩個軸承來分別承受軸向力與徑向力。 轉子間的接觸力大小取決于它們之間傳遞的扭矩，當陰陽轉子直接接觸時，接觸力較大。當壓縮機的驅動力矩由陽轉子傳送時，接觸力相對較小。倘若將驅動力矩由陰轉子傳送，產(chǎn)生的接觸力非常大，這是不允許的。 噴入壓縮機內(nèi)的潤滑油也有潤滑軸承的作用，但是為了盡量減小摩擦損失，軸承的供油與回油系統(tǒng)是獨立的。機體上的噴油孔口開設在由熱力計算結果得出的氣體溫度與潤滑油溫度相等的位置，除此之外，噴油孔口應位于轉子螺旋線上方，這樣，潤滑油可以從陰轉子齒頂沿螺旋齒面切線方向進入機體，達到回收所噴入潤滑油的動能的目的。 為將吸排氣孔口的流動損失降到最低，螺桿壓縮機還應符合以下技術指標。進入壓縮機的氣體的流道應盡量避免彎曲，這就要求吸氣孔口要開設在機殼上，另外，盡量擴大進氣的流通面積從而降低吸氣孔口處的氣體流速。排氣孔口的尺寸主要是由熱力性能所要求的內(nèi)壓力比決定的，還應考慮降低排氣流速和降低內(nèi)部、排氣孔口處流動損失的需要。機殼的設計加工要盡量減小其重量，還應配置加強筋以提高高壓下的強度。< /p> 雖然螺桿壓縮機現(xiàn)在已經(jīng)是一種發(fā)展比較成熟的產(chǎn)品，但由于以計算機建模與數(shù)值分析為主的工程科學的介入，我們還可以在設計過程中做出更大的改進，提高效率、減小機器尺寸、降低制造成本等。另外，為了達到最優(yōu)化的設計，軸承技術與潤滑的改善也是十分重要的. 四.螺桿式空壓機原理 1.吸氣過程： 螺桿式的進氣側吸氣口，必須設計得使壓縮室可以充分吸氣，而螺桿式壓縮機并無進氣與排氣閥組，進氣只靠一調(diào)節(jié)閥的開啟、關閉調(diào)節(jié)，當轉子轉動時，主副轉子的齒溝空間在轉至進氣端壁開口時，其空間最大，此時轉子的齒溝空間與進氣口之自由空氣相通，因在排氣時齒溝之空氣被全數(shù)排出，排氣結束時，齒溝乃處于真空狀態(tài)，當轉到進氣口時，外界空氣即被吸入，沿軸向流入主副轉子的齒溝內(nèi)。當空氣充滿整個齒溝時，轉子之進氣側端面轉離了機殼之進氣口，在齒溝間的空氣即被封閉。 2、封閉及輸送過程： 主副兩轉子在吸氣結束時，其主副轉子齒峰會與機殼閉封，此時空氣在齒溝內(nèi)閉封不再外流，即[封閉過程]。兩轉子繼續(xù)轉動，其齒峰與齒溝在吸氣端吻合，吻合面逐漸向排氣端移動。 3、壓縮及噴油過程： 在輸送過程中，嚙合面逐漸向排氣端移動，亦即嚙合面與排氣口間的齒溝間漸漸減小，齒溝內(nèi)之氣體逐漸被壓縮，壓力提高，此即[壓縮過程]。而壓縮同時潤滑油亦因壓力差的作用而噴入壓縮室內(nèi)與室氣混合。 4、排氣過程： 當轉子的嚙合端面轉到與機殼排氣相通時，（此時壓縮氣體之壓力最高）被壓縮之氣體開始排出，直至齒峰與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時兩轉子嚙合面與機殼排氣口這齒溝空間為零，即完成（排氣過程），在此同時轉子嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長，其吸氣過程又在進行 如今，螺桿機械作為壓縮機兼膨脹機被用于不同的場合，其工作介質(zhì)可以是氣體、干蒸汽或在機器內(nèi)部發(fā)生相變的多相混合物等，按照潤滑、冷卻方式的不同，可以分為噴油式螺桿機械、壓縮或膨脹過程中噴入其他流體的螺桿機械，以及干式螺桿機械。機體的幾何形狀取決于轉子齒數(shù)、轉子齒型還有不同組成齒曲線構成的齒段的相對比例。實踐告訴我們，沒有對所有應用場合都十分理想的結構和配置，為了獲得最佳的機型，詳細的熱力學分析與設計參數(shù)的變化對機器性能影響的估算都是十分必要的。因此，在最優(yōu)化分析處理過程中制定嚴格技術標準是研發(fā)一臺優(yōu)良機器的先決條件。同時，這些準則有助于進一步提高現(xiàn)有的 螺桿機械設計水平并擴展其應用范圍，在市場競爭中爭取到更多的優(yōu)勢。 五.螺桿空壓機的操作規(guī)程 1、注意事項 a.使用空氣軟管，則尺寸要正確，并適合于所采用的工作壓力，不要用已擦傷、損壞或易變形的軟管，軟管端部的連接件和緊固件的型號和尺寸一定要正確，在崐排出壓縮空氣時，開口端一定要牢牢把握住，否則軟管將會揮舞而致傷人，不要將壓縮空氣直接對人，使用壓縮空氣清潔設備時要十分小心，并帶上眼罩。 b.不要在有可能吸入易燃或有毒氣體的地方操作壓縮機。 c.不要在超過銘牌上規(guī)定的壓力情況下運轉，盡可能不要在低于銘牌上規(guī)定的壓力情況下運轉。 d.運轉時必須關閉全部車棚邊門。 e.定期檢查 (a)安全裝置的可靠性。 (b)軟管的完好程度。 (c)有無泄漏。 (d)所有電氣接頭應穩(wěn)固、良好。 2、初次啟動前的準備工作 a.卸除木契、墊木與抱箍及支撐。 b.檢查接線是否正確。 c.檢查電機過載繼電器的整定值。 d.檢查電氣接線是否符合安全規(guī)程的要求，絕緣必須接地以防止短路，接電源開關應設在機組附近。 e.往儲氣罐/油氣分離器加油至液面計油位“70”處。 f.接通水路。 g.關閉兩個排放閥。 h.接上電源，啟動后立即停車，使電機稍微移動一下，檢查旋轉方向與接筒上的箭頭指示方向是否一致，若不一致，則重新接線。 i.機組起動，在空載運行期間檢查油是否泄漏后，打開供氣閥。 k.逐漸關閉供氣閥至壓縮機卸荷運行；檢查機組是否正常運行在負荷運行期間注意冷凝液是否能自動排放掉，以檢驗水氣分離器中浮球閥工作是否正常。 l.檢查壓力調(diào)節(jié)器卸載和負載壓力整定值。 m.停車 n.開車10分鐘，檢查油位，液面計的油位應接近“0”位置。 3、啟動前 a.檢查油位液面計的油位應接近“0”位置，如需加油可按程序加油。 b.關閉水氣分離器，氣冷卻氣排放閥。 4、啟動 a.將水路接通。 b.接上電源，啟動電機，檢查“電源”指示燈是否亮著。 c.按下“啟動”按鈕，啟動后，“啟動”指示燈應亮所有其它報警指示燈應熄崐滅。 d.檢查油有否泄漏，啟動次數(shù)一小時內(nèi)應不超過10次。 e.打開供氣閥。 f.按下“加載”，壓縮機開始正常運行、供氣。 5、運行 要定期進行下列各項檢查 a.儲氣罐/油氣分離器中的油位。如油位過低，應加油至運轉時處于“0”位置處，加油時應先停車，卸壓后方可旋松加油塞加油。 b.供氣溫度。 c.水氣分離器浮球閥，冷凝液自動排放的情況。 d.排氣溫度應不超過規(guī)定值，檢查后應將門關上。 e.壓力調(diào)節(jié)器當壓縮機工作壓力在上限時應卸載在下限時應負載。 6、停車 a.關閉供氣閥。 b.按下“卸載”按鈕，并至少再運行30秒。 c.按下“停車”按鈕“運行”信號燈滅，電機停車。 d.打開排放閥，排放水氣分離器和氣冷卻器中冷凝水。 e.排出冷卻器中的冷卻水。 第三章 參數(shù)及選取原則 3.1.型線參數(shù) 3.1.1型線種類 轉子型線種類對壓縮機性能具有重大影響，型種類在于采用不同的組成齒曲線。第一代和第二代轉子型線是“線”密封型線。第三代為“帶”密封型“帶”密封型線的性能明顯優(yōu)于“線”密封型線。特別是高壓比工況或轉子直徑較小的中小型螺桿壓縮機中，這種“帶”密封型線的優(yōu)勢更加明顯。所以在各種類型的螺桿壓縮機中，都應盡量采用各具特色的“帶”密封型線。 3.1.2轉子齒數(shù) 在理論上轉子齒數(shù)是沒有限制的。但在實際選擇轉子齒數(shù)時要考慮多種因素，機時這些因素往往是相互沖突的。如：增大面積利用系數(shù)會降低壓縮機所能隨的壓差；當所能隨的壓差增大時，又會影響一壓縮機的效率。因此，最終選擇方案應根據(jù)所設計壓縮機的具體應用場合，進行優(yōu)化選擇。 在通常的設計條件下，螺桿壓縮機的陰/陽轉子的齒數(shù)比一般在3/3-10/11之間，最常用的是3/4、4/5、4/6、5/6、5/7、6/8等。 通常轉子直徑小，就具有泄漏線長度與容積流量之比較小的優(yōu)點，可使壓縮機具有較高的效率。但其抗彎剛度較差。當壓差太大時，它將產(chǎn)生較大的彎曲變形，甚至現(xiàn)機體相接觸。 直徑大的轉子抗彎能力強，但泄漏長度也較長，導致壓縮機效率差。這種高度方案可適用于壓力差較大的場合。 4/6組合方案轉子剛度適中，并且陰陽轉子的剛度相近，壓縮機的效率也高。因此，獲得了較為廣泛的應用。 在一般螺桿空氣壓縮機中，新的不對稱型線則趨于采用5/6的齒數(shù)組合，而在常規(guī)的螺桿制冷壓縮機中則趨于采用5/7齒數(shù)的組合方案。實測性能表明，這兩種方案在剛度上也是足夠的，并且比4/6組合方案具有更高的效率。 3.1.3齒高半徑 隨著轉子齒高半徑的增大，面積利用系數(shù)也增大。但過分大的齒高半徑，往往會使陰轉子齒根部寬度不足。而過不到預期的加工精度。在一般情況下，齒高半徑與轉子中心距的比值R/A應在0.15-0.35的范圍內(nèi)。 3.1.4齒頂高 在雙邊型線中，通過采用恰當?shù)凝X頂高，可使陰陽轉子的直徑相同，十分有利于零件的加工和檢驗，還能使面積利用系數(shù)增大。但轉子齒頂高太大時，過大的泄漏三角形面積會使壓縮機的效率降低。特別值得指出的是齒頂高還會對陰陽轉了之間的力矩分配產(chǎn)生較大的影響。當齒頂高取值不當時，會使作用在陰轉上的合力矩太小。并在工況變動時，有可能會使合力矩的方向發(fā)生改變，從而產(chǎn)生異常的哭聲和振動。在一般的雙邊型線路，齒頂高H與轉子中心距的比值H/A應在0.005-0.05的范圍內(nèi) 3.2轉子結構參數(shù) 3.2.1轉子直徑和長徑比 轉子直徑是關系到螺桿機系列化和零件標準化、通用化的一個重要參數(shù)。 以盡可能少的轉子直徑規(guī)格數(shù)來滿足盡可能廣泛的容積流量范圍。已有的螺桿壓縮機的轉子直徑范圍為40-845mm，便絕大多數(shù)壓縮機的轉子直徑小于300mm。 長徑比是指轉了的工件長度與陽轉子走私的比值。由于螺桿壓縮機的容積流量與轉子直徑的平方成正比，使得相鄰系列轉子直徑的容積流量差別較大。特別是在轉子直徑較大時尤為顯著。為此在多個轉子直徑下，通常采用多個長徑比，以變化容積流量范圍，以便相鄰系列轉子直徑的容積流量交錯相接。 壓縮機的長徑比通常為0.9-2.0。對容積流量大的壓縮機，可選用較高的長徑比。這點對噴油機器特別明顯，由于轉子直徑不便取得過大，為了獲得的需的容積流量，個別機器的長徑比高達2.5以上。 3.2.2導程和和扭轉角 當轉子的直徑和長度相同時，大扭轉角對應短導程，小扭轉角對應于長導程。內(nèi)容積比相同的時，具有大扭轉角的轉子能得到較大的徑向和軸向的排氣口。 齒頂速較高的時候，由于泄漏損失影響較小而排氣損失影響較大，故應采用較大的扭轉角，以獲得較大流通面積的排氣孔口。在齒頂速較小時，由于泄漏損失影響較大，而排氣影響損失較大，則采用較小的扭轉角度以獲得較短的接觸線長度和較小的泄漏三角形面積。顯然，不同結構參數(shù)和使用場合的機器將有不同的最佳扭轉角，必須針對具體的用途和結構參數(shù)進行分析計算后才能確定。建于常規(guī)參數(shù)范圍內(nèi)的螺桿壓縮機，陽轉了的扭轉角通常為200-300℃。 3.2.3 排氣壓力和吸氣壓力 螺桿壓縮機可以達到的排氣壓力主要取決于其機體結構、轉子的長徑比及所用材料等因素。對于陰陽轉子齒數(shù)比分別為6和4的壓縮機，當長徑為1.65，機體材料為普通灰鑄鐵時，可以達到2.5Mpa排氣壓力。若將轉子長徑比減小到1.1，機體材料變?yōu)榍蚰T鐵可鑄鋼后，就可達到4.5Mpa排氣壓力。 螺桿壓縮機可作為真空泵，又可作為多級壓縮的高壓級，因此其吸氣壓力可在很大范圍內(nèi)變化。但螺桿壓縮機通常都具有固定的內(nèi)容積比，當吸氣壓力升高時，其內(nèi)壓縮終了壓力會遠遠大于排氣壓力，從而導致各種故障的產(chǎn)生。所以螺桿壓縮機最大吸氣壓力應根據(jù)其所能隨的排氣壓力、內(nèi)容積比以及被壓縮介質(zhì)進行具體計算。一般情況下，螺桿壓縮機的吸氣壓力應小于3.0Mpa . 3.2.4 壓縮機的排量 壓縮機的排量計算公式 式中 n---轉子的轉數(shù)； ---壓縮機開始時的齒槽容積， 。 壓縮機的排量還可由下式?jīng)Q定： 式中 W---螺桿每一齒槽基元容積，即星輪片剛封閉齒槽時的基元容積，； n---螺桿的轉數(shù)，rpm; ---螺桿的頭數(shù)； m---星輪數(shù)，圓柱形蝸桿m=2。 其中基元容積W的計算方法為 第四章 電動機的選擇及V帶的設計 4.1電動機的型號 型號 Y200L2-2 額定功率(KW) 37 轉速(r/min) 2950 電流(A) 69.8 效率(%) 90.5 功率因素cosφ 0.89 最大轉矩/額定轉矩 2.2 堵轉轉矩/額定轉矩 7.0 堵轉電流/額定電流 2.0 電機防護等級 IP54 P=37kw n=2950r/min 4.2 V帶的設計 1. 確定計算功率Pc 由文獻（4）:表8.21查得=1.3 由式(8.12)得 =48.1 kw 2. 選取 V帶型號 根據(jù) =48.1 kw =2950 r/min 由圖8.13選用SPB型窄V帶 3. 確定帶輪基準直徑, 根據(jù)表8.6和圖8.13選取=180 mm,且=185 mm>=140 mm = =136.1 mm 按表8.3選取標準值=140 mm,則實際傳動比I,從動輪的實際轉速分別為: i==1.29 =i =2950X1.29=3792 r/min 從動輪的轉速誤差率為: 在±5%內(nèi)為允許值. 4. 驗算帶速V = =28.56 m/s 帶速在5～35 m/s 范圍內(nèi) 5.確定帶的基準長度Ld和實際中心距a 按結構設計要求初定中心距 =500 =[] =1405.8 mm 由表8.4選取基準長度Ld=1400 mm 由式(8.16)得實際中心距a為 a≈+ =500+ =497 mm 中心距a的變動范圍為: =a-0.015Ld =497-0.015X1400 =476 mm =a+0.03Ld =497+0.03C1400 =539 mm 6. 校驗小帶輪包角 由式(8.17)得: = = =175.4> 7. 確定V帶根數(shù)Z 由式(8.18)得 Z≥ 根據(jù)=180 mm, =1950 r/min 查表8.16得 Po=11.5 kw 由式(8.11)得功率增量為: = 由表8.18查得=5.7266X 根據(jù)轉動比i=1.29,查表8.19得 Ki=1.0840,則 =1.308 kw 由表8.4查得到長度修正系數(shù)=0.84 由圖8.11查得包角系數(shù)=0.98 得SPB窄帶根數(shù)Z為: Z= ≈2.98 圓整得 Z=3 根 8. 求初拉力Fo及帶輪軸上的壓力 由表8.6查得SPB窄V帶的每米長質(zhì)量q=0.20 kg/m 根據(jù)式(8.19)得單根SPB窄V帶的初拉力為: Fo= = ≈598.5 N 由式(8.20)可得作用在軸上的壓力為 = = ≈4724.8 N 9. 設計結果 選用3根SPB-1400GB /T11544窄V帶,中心距a=497 mm,帶輪直徑=180mm, =140mm, 軸上壓力=4724.8 N 4.3 螺桿壓縮機的功率 要計算螺桿壓縮機的功率首先要知道螺桿壓縮機的功。 螺桿壓縮機無冷卻時壓縮氣體內(nèi)功 式中 ---壓縮1氣體所耗之內(nèi)功， ---氣體內(nèi)部損失。包括泄漏氣體的加熱、氣體流動阻力損失等。這些損失都以熱量的形式加熱氣體， ---吸入壓力， ; ---內(nèi)壓縮終了的壓力，； ---內(nèi)壓力你比，； ---無冷卻時的壓縮機的多方指數(shù)。 當知道螺桿壓縮機的壓縮功后，用下式確定壓縮機軸的功率： 或 式中 ---壓縮1氣體的指示功（內(nèi)功），； ---壓縮1氣體的理論絕熱壓縮循環(huán)功，； ---壓縮機實際排氣量，； ---壓縮機的容積效率、絕熱效率和機械效率。它們之間的關系如下： （---指示效率） 第五章 噪音及減小噪音的途徑 5.1 噪音 噪音被認為是令人討厭或干擾的聲音。 分貝的定義可以解釋為對兩種能量比值的對數(shù)（以10為底）后乘以10。 ????????? ? ?W2 dB=10log?----- ?W1 增加10dB表示能量的增加10:1，增加20dB表示能量增加100:1，增加30dB則增加1000:1。 對我們的應用來說，我們是討論聲功率級-設定的W1參照值為10-12，其公式就變成了 PWL(dB)=10log 5.2 噪音的測量 當耳朵背對著噪音，人們發(fā)現(xiàn)耳朵就自動地“聽不到”低頻的噪聲，非常類似下面的“A”級網(wǎng)絡。 為此，對工業(yè)噪聲的測量選擇的標準是“A”級噪聲水平，并使用dB(A)術語。由于反射的噪聲能容易地被測試探頭捕獲，所以設置另一個標準。該標準要求所有噪聲測量就在“空曠野外條件”下進行。 測量氣體設備聲音的ANSIS51規(guī)則指出：噪聲應該在離機器一米遠，一點五米高處測量。 因此，這里我們確定了測試探頭位置和測量地點并且以“A”級網(wǎng)絡測量噪聲。 所有制造商使用這些相同的基本規(guī)定測量噪聲。 如果兩臺同樣噪聲水平的機器并排運行，噪聲水平的結果將增加3dB(A)（兩倍）?W/10-12。 一個壓縮機制造商聲明：噪聲水平擔保為+3dB(A)是指其噪聲水平將是其所聲明的噪聲水平的兩倍或二分之一。 兩臺以不同速度運轉的機組，可能有同樣的噪聲水平，但聽起來完全不同。一臺可能比另一臺更刺耳。這是因為噪聲是根據(jù)把頻譜中所有的頻率相加得出的一個數(shù)目來形成dB(A)。 為測量噪聲水平，將測量到每一個音階帶的噪聲，以“A”反評定并對比相加以得出答數(shù)dB(A)。 所有這些意味著什么： 1、這意味著，由于反射我們不能將一臺壓縮機安置在房間里，然后期望有和在空曠野外條件下相同的噪聲水平。 2、我們不能光憑兩臺不同的機組（以不同的速度，不同的驅動，不同的組件和不同的外殼）就能對噪聲水平做出一個聰明的猜測。測量噪聲的唯一方法是使用一臺聲音測量設備。 我們怎樣克服噪聲水平中明顯的差異？ 1、通過準確測量噪聲水平 2、通過知道噪聲水平是怎樣構成的來理智地指定頻率的差別和刺耳的因素。 3、知道兩個有相同噪聲水平，然而不同頻率特性的機組噪聲對耳朵的傷害是相同的，即使其中一個確實“聽起來”更輕一些。 我們怎樣才能進一步降低噪聲？ 1、保機體中的所有接頭是安全的，叉車孔關閉，機組地面的基體是固封住的。 2、通過管道輸送進氣和排氣。 3、減少反射噪聲。 聲音和噪聲測量充其量只不過是一種非常不精確的科學。對于這個課題的討論希望能避免野外問題，野外修正的大量費用和用戶的不滿意。 1、所有噪聲水平測量使用ANSLS51標準。這是一個工業(yè)標準。我們應該通過這個標準的參考了引用所用的噪聲水平。簡短的說，該標準要求空曠野外測量（無反射墻和屋頂），機組周圍的多點測量，并對測量值取平均值。應該在機組一米以外，地面和基礎水平上的一點五米處測量。任何單點測量可以起過引用的A噪聲水平。只要平均讀數(shù)能滿足或低于引用水平。此外，所采用的測量是所衡量噪聲的應該寬頻帶的平均值。當要求或給予應該頻率帶分析時，一些中頻帶的讀數(shù)能而且通常確實比噪聲衡量平均值更高。再一次指出，這是標準所接受的。 2、在標準結構中?沒有給予和適用的公差 3、沒有真正的在野外安置的機組應寫上“空曠野外”安置。實際上規(guī)則地點的噪聲水平總是要更高一些，因為從附近墻壁和或屋頂及附近設備分布的反射。 4、可能提交的噪聲水平數(shù)據(jù)是當測量應該特定壓縮機時采用實際的測量得到 的并在一個同類型壓縮機在同樣的條件下重復運行可被解釋為典型的噪聲水平。 注???意: 對于任何多點測量或重復壓縮機測量時，有一定的誤差聯(lián)系。這些誤差指出了為了擔保噪聲水平對一個特定壓縮機的問題，應該在總的dB(A)衡量值上加上3分貝。當給予一個用戶噪聲水平擔保時，服從以上要求是絕對必要的。 當給予一個用戶噪聲水平擔保時，服從以上要求是絕對必要的。 5.3 噪聲防止途徑 螺桿壓縮機噪聲的控制，是一個綜合性的技術問題，采取單一的技術措施往往是不夠的，必須改革工藝結構、聲學原理、個人保護以及提高自動化程度。 首先在螺桿壓縮機設計時，應考慮從聲源上降低噪聲。這主要是改革機組的結構與工藝，即盡可能消除和減少產(chǎn)生噪聲的條件。例如，在轉子溝槽和管道中，限制氣流速度，造成氣流在轉子中環(huán)流的良好條件；對稱齒形改成非對稱齒形；提高轉子的加工精度，減少排氣壓力落差等，降低排氣噪聲和渦流，減弱機械噪聲；對產(chǎn)生高噪聲的大型電機改成后曲式葉片的冷卻風扇，可明顯降低電機噪聲。另外，設法提高自動化程度，機組放在隔聲室中，控制儀表裝在操縱室里，使工人減少接觸躁聲。 下面介紹實踐中減少躁聲的措施： 1.消聲器 由于螺桿壓縮機轉子通過管道和進排氣口向周圍環(huán)境輻射非常強烈的躁聲，因此必須 設計和裝置高效率的消聲器。擴張室-陰性復合型消聲器降低螺桿的氣流躁聲是比較適宜的 [22]，[33] 。 目前，解決空氣動力性躁聲，常用的消聲器分三類；抗性消聲器，陰性消聲器，阻抗復合消聲器。 1.機殼和管道的聲學處理 機器躁聲輻射的主要途徑是通過機殼和管道的孔，縫隙直接向外輻射，或者激勵機殼，管道震動向外間接輻射。因此對機殼和管道的孔，縫隙應盡量密封，并選擇有一定隔聲能力的管道和機殼。機殼和管道的隔聲能力主要與板材的單位面積重量有關，即與隔板厚度有關。例如2mm的鋼板可以隔聲23dB，3mm達33dB。如有可能，可以進行內(nèi)加吸聲材料，外加阻尼材料的聲學處理。 1.隔聲罩 對于體積較小的螺桿壓縮機，可采取帶有進、排氣消聲器的隔聲罩，將整個機組罩起來。機罩內(nèi)部要進行吸聲處理，外部加涂阻尼材料。為了防止噪聲和振動通過基礎和剛性結構傳播出去可以設計減震裝置。 隔聲罩所產(chǎn)生聲壓級降低值，可由下式估算： 式中a——隔聲罩內(nèi)壁吸聲材料的吸聲系數(shù)； TL——各聲找剛性結構本身（如鋼板）的隔聲能力。TL可以由下式?jīng)Q定： 時，TL=13.5 lgP+13dB 時，TL=23lgP-9dB 其中，P為鋼板平方米的公斤質(zhì)量。 一般經(jīng)這樣處理的隔聲罩，可以降低噪聲級20—30 dB . 第六章 結束語 經(jīng)過了近一個多月的學習，我終于完成了論文。從開始接到論文題目到實物測量繪圖，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學期間完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受。我開學會獨立學習，通過查看相關的資料及書籍，和在老師的幫助下，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進都是我學習的收獲。 這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。 第七章 參考文獻 ⑴ 《中國機械工業(yè)標準匯編-壓縮機》上 中國標準出版社 ⑵ 《中國機械工業(yè)標準匯編-壓縮機》下 中國標準出版社 ⑶ 刑子文 主編《螺桿壓縮機——理論、設計及應用》 機械工業(yè)出版社 2003年6月1版 ⑷ 《機械設計手冊》 化學工業(yè)出版社 1982年10月北京1版 ⑸ 王世輝 主編 《機械設計基礎》 重慶大學出版社 2005年2月第1版 ⑹ 李 澄 主編《機械制圖》 高等教育出版社 1997年7月第1版 ⑺ 吳宗澤 主編《機械零件設計手冊》機械工業(yè)出版社 2004年1月第1版 第八章 附錄： 表1 第一位表征數(shù)字表示的防護等級 第一位 表征數(shù)字 防護等級 簡述 含義 0 無防護電機 無專門防護 1 防護大于 50mm固體電機 能防止大面積的人體(如手)偶然或接近殼內(nèi)帶電或轉動部件(但不能防止故意接觸) 能防護直徑大于50mm的固體異物進入殼內(nèi) 2 防護大于 12mm固體電機 能防止手指或長度不超過80mm的類似物體,觸及或接近殼內(nèi)帶電或轉動部件 能防止直徑大于12mm的固體進入殼內(nèi) 3 防護大于 2.5m固體電機 能防止直徑大于2.5mm的工具或導線觸及或接近殼內(nèi)帶電或轉動部件 能防止直徑大于2.5mm的固體進入殼內(nèi) 4 防護大于 1mm固體電機 能防止直徑或厚度大于1mm的導線,觸及或接近殼內(nèi)帶電或轉動部件 能防止直徑大于1mm的固體進入殼內(nèi) 5 防塵電機 能防止觸及或接近殼內(nèi)帶電或轉動部件 進塵量不足以影響電機的正常運行 表2 第一位表征數(shù)字表示的防護等級 第一位 表征數(shù)字 防護等級 簡述 含義 0 無防護電機 無專門防護 1 防滴電機 垂直滴水應無有害影響 2 15o防滴電機 當電機從正常位置向任何方向傾斜15o以內(nèi)任何角度時,垂直滴水應無有害影響 3 防淋水電機 與垂直線成60o角范圍以內(nèi)的淋水應無任何有害影響 4 防濺水電機 承受任何方向的濺水應無有害影響 5 防噴水電機 承受任何方向的噴水應無有害影響 6 防海浪電機 承受猛烈的海浪沖擊或強烈噴水時,電機 的進水量不達到有害程度 7 防浸水電機 當電機進入規(guī)定壓力的水中經(jīng)規(guī)定時間后,電機的進水量不達到有害程度 8 潛水電機 電機在制造廠規(guī)定的條件下能長期潛水.電機一般為水密型,但對某類型的電機也可允許水進入,但不應達到有害程度 表3 涉及符號 面積利用系數(shù) R 半徑（m） 螺旋角 扭角系數(shù) T 導程（m）熱力學溫度（K） 轉子轉角 D 轉子外徑（m） 效率 z 轉子齒數(shù) n 轉速（r/min） 容積效率 下角標： 1——陽轉子 2——陰轉子 p 功率（kW） 轉子長徑比 致 謝 歷時兩個多月時間的畢業(yè)設計轉眼就要結束了，回想起來這其中充滿了苦苦思索的痛苦，強剛度校核卻超過了許多材料應力的惆悵，探索出新方法、新方案后的興奮和自豪，更多的就是計算、校核，再計算、再校核的反復幾乎讓人不堪折磨。畢業(yè)設計可以說是對大學三年所學課程的一次大閱兵，也是對即將走上工作崗位的我們一次較為正式的熱身訓練。它需要我們把工程制圖、機械設計、機械工程材料和金屬工藝學等等課程聯(lián)系起來，繼而用到機械制造工藝上，需要我們把工程制圖、機械原理、機械零件和材料力學融會貫通，在實際運用中操作自如。 我一直相信學習是一種艱苦而長久的勞動。通過畢業(yè)設計我有了更為深刻的感受。我若沒有師長、同學們的幫助是無論如何都無法一步一步接近成功的。 本設計的說明書到此就算告一個段落了。在設計之前以及之中，在思路發(fā)生偏差之時，在遇到問題和瓶頸之時，師長和同學們都給予我相當多的啟發(fā)和幫助。 早在本設計開始之前，老師就針對本設計的重點，給予我啟發(fā)性的指導；而且?guī)兔枇撕芏嗟膶I(yè)書籍；在查閱資料和進行計算設計的過程中，他又一直定期檢查（每個星期兩次），要求很是嚴格并指出其中的疏誤之處；在對我的設計中遇到的某些難點提出問題時，他都毫無保留地支持和鼓勵我。設計過程中，有時手頭資料不足，同學們總是會熱情地借給我或者會提供我相關線索，遇到問題時他們也會提出好的意見和建議給我，使我獲益良多啊。 外聘劉必拄老師在百忙之中抽出時間給我們進行輔導，他把我們畢業(yè)設計中所有的規(guī)范制作成電子文檔，并通過消息通知到每個同學，在設計的過程中他還不厭其煩的為我們校正錯誤，給我們提供各種技術幫助使我獲益良多。 從開始著手這個設計，到完成這一份設計說明書，集思廣益可謂我最大的收獲！謝謝你們，沒有你們的熱情幫助，我無法順利完成畢業(yè)設計到現(xiàn)在這樣的程度。在你們的幫助下，我了解了要如何做好一個設計，如何把一個設計做得更好。當然，由于本人水平有限，經(jīng)驗不足，這個設計中的疏誤之處再所難免，請師長們指正為感！ 25