KA25螺杆压缩机设计

毕业论文（设计）KA25 螺杆压缩机设计学 生 姓 名： 指 导 教 师 ： 合 作 指 导 教 师： 专 业 名 称 ： 机械设计制造及其自动化 所 在 学 院 ： 机械与动力工程学院 2013 年 6 月I目录摘要 .IAbstract.II 第一章 前言 .11.1 研究双螺杆压缩机的目的和意义 .11.2 双螺杆压缩机的特点和应用前景 .11.3 国内外双螺杆压缩机研究现状 .41.4 双螺杆压缩机的基本结构和工作原理 .5第二章 几何特性及热力学计算 .82.1 尺寸的确定 .82.2 齿间面积和面积利用系数 .92.3 扭角系数及齿间容积 .102.4 内压力比 .102.5 容积流量及容积效率 .112.6 轴功率及绝热效率 .112.7 电动机功率 .13第三章 结构设计 .153.1 力学计算 .153.2 吸气孔口的计算 .173.3 排气口的设计 .183.4 滑阀结构计算 .193.5 轴和轴承的校核 .20第四章 结论与建议 .23致谢 .24参考文献 .25附录 .26大连海洋大学本科毕业设计（论文） 摘要I摘要【摘要】双螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机，因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点，而得到广泛地应用。双螺杆压缩机已经超过所有工业压缩机的 50 ，其市场份额超过 80 ，今后其市场份额还将继续扩大。可见，研究双螺杆压缩机具有十分重要的意义。本课题主要是设计通用的喷油双螺杆空气压缩机，阴、阳转子齿数比为 6：4。在螺杆压缩机几何特性方面，对齿间面积、齿间容积、面积利用系数、扭角系数和内容积比进行了全面的论述。在螺杆压缩机结构方面，对压缩机主体结构、热力学、进气口和排气口等结构进行了计算和设计。重点研究的是双螺杆压缩机的几何特性、受力分析、热力学计算。【关键词】双螺杆压缩机 几何特性 力学分析大连海洋大学本科毕业设计（论文） 摘要IIAbstract Twin-screw compressor is a relatively new compressor, because of its high reliability, easy operation and maintenance, power balance, adaptability, etc., and have been widely used. Twin-screw compressor has more than 50% of all industrial compressors, and its market share exceeds 80%, the future will continue to expand its market share. Visible, twin-screw compressor study has very important significance. The main subject is to design a common injection twin-screw air compressors, yin, yang rotor gear ratio of 6:4. Geometric characteristics of the screw compressor for interdental area, interdental volume, area utilization factor, twist angle coefficient and volume ratio for a comprehensive exposition. Structure of the screw compressor, the compressor main structure, thermodynamics, intake and exhaust ports and other structures were calculated and design.The project is mainly to research a twin-screw compressor geometry characteristic, mechanics analysis, thermodynamics calculation Keywords A twin-screw compressor, Geometry，Mechanical analysis大连海洋大学本科毕业设计（论文） 第一章 前言1第一章 前言1.1 研究双螺杆压缩机的目的和意义本设计题目来源是自选科研。本课题主要是设计通用的喷油双螺杆空气压缩机。在深刻理解前人研究的理论基础上，在给定设计参数和设计要求的条件下，研究双螺杆压缩机的转子型线、几何特性、工作过程、受力分析及转子的加工，以进一步提高双螺杆压缩机的机械性能。设计新型转子型线，使接触线长度、泄漏三角形面积和封闭余隙容积 3 者达到最优化。利用自备砂轮修正器的转子专用数控磨床，快速加工出新型线的转子，使转子的精度和表面粗糙度预计超过现有的值。设计吸气孔口的形状和合理位置，来提高压缩机效率。同时，研究型线和孔口配置等因素对噪声的影响指标，从而更有效地降低噪声。通过设计双螺杆压缩机，可以了解双螺杆压缩机的发展历程、研究现状和发展方向；深入理解双螺杆压缩机的基本结构、特点、主要零部件设计选型、主机结构设计和机组系统设计；重点研究的是双螺杆压缩机的转子型线、几何特性、工作过程、受力分析、转子加工和主要设计参数的确定。通过设计，能了解设计的一般要求和规则，能将理论知识与生产实际联系起来。双螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机，因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点，而广泛地应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门。统计数据表明，螺杆压缩机的销售量已占所有容积式压缩机销售总量的 80%以上，在所有正在运行的容积式压缩机中，有 50%是螺杆压缩机，今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大。可以看出，螺杆压缩机的设计研究在工业生产中具有十分重要的意义。通过本设计，可以充分了解双螺杆压缩机的有关知识，以及如何进一步改善其性能和扩大其应用范围，使双螺杆压缩机能得到更好的发展，为生产和生活服务。可以将所学理论知识与生产实际联系起来，并积累了宝贵的经验，为以后的工作打下了一个坚实的基础。1.2 双螺杆压缩机的特点和应用前景1.2.1.双螺杆压缩机的特点双螺杆压缩机属于回转式压缩机。回转式压缩机是一种工作容积作旋转运动的容积式气体压缩机械。气体的压缩是通过容积的变化来实现，而容积的变化又是借压缩机的一个或几个转子在气缸里作旋转运动来达到。回转式压缩机的工作容积不同于往复式压缩机，它除了周期性地扩大和缩小外，其空间位置也在变更。回转式压缩机靠容积的变化来实现气体的压缩，这一点与往复式压缩机相同，它们都属于容积式压缩机；回转式压缩机的主要机件（转子）在气缸内作旋转运动，这一点又与速度式压缩机相同。所以，回转式压缩机同时兼有上述两类机器的特点。回转式压缩机没有往复运动机构，一般没有气阀，零部件（特别是易损件）少，结构简单、紧凑，因而制造方便，成本低廉；同时，操作简便，维修周期长，易于实现自动化。回转式压缩机的排气量与排气压力几乎无关，与往复式压缩机一样，具有强制输气的特征。大连海洋大学本科毕业设计（论文） 第一章 前言2回转式压缩机运动机件的动力平衡性良好，故压缩机的转数高、基础小。这一优点，在移动式机器中尤为明显。回转式压缩机转数高，它可以和高速原动机（如电动机、内燃机、蒸汽轮机等）直接相联。高转数带来了机组尺寸小、重量轻的优点。同时，在转子每转一周之内，通常有多次排气过程，所以它输气均匀、压力脉动小，不需设置大容量的储气罐。回转式压缩机的适应性强，在较大的工况范围内保持高效率。排气量小时，不像速度式压缩机那样会产生喘振现象。在某些类型的回转式压缩机（如罗茨鼓风机、螺杆式压缩机）中，运动机件相互之间，以及运动机件与固定机件之间，并不直接接触，在工作容积的周壁上无需润滑，可以保证气体的洁净，做到绝对无油的压送气体（这类机器成为无油回转压缩机） 。同时，由于相对运动的机件之间存在间隙以及没有气阀，故它能压送污浊和带液滴、含粉尘的气体。但是，回转式压缩机也有它的缺点，这些缺点是：由于转数较高，加之工作容积与吸排气孔口周期性地相通、切断，产生较为强烈的空气动力噪声，其中螺杆式压缩机、罗茨鼓风机尤为突出，若不采取消音措施，即不能被用户所利用。许多回转式压缩机，如螺杆式、罗茨式、转子式等，运动机件表面多呈曲面形状，以其啮合运动使工作容积改变，这些曲面的加工及其校验均较复杂，有的还需使用专用设备。回转式压缩机工作容积的周壁，大多不是圆柱形，使运动机件之间或运动机件与固定机件之间的密封问题较难满意解决，通常仅以其间保持一定的运动间隙达到密封，气体通过间隙势必产生泄漏，这就限制了回转式压缩机难以达到较高的终了压力。回转式压缩机的形式和结构类型较多，分类也各有不同。按转子的数量区分：单转子和双转子回转式压缩机，个别情况下还有多转子回转式压缩机；按气体压缩的方式区分：有内压缩和无内压缩回转式压缩机；按工作容积是否有油（液）区分：有无油（液）和喷油（液）回转式压缩机。通常都按结构元件的特征区分和命名，目前广为使用的有罗茨鼓风机、滑片式压缩机和螺杆式压缩机。此外，单螺杆压缩机、液环式压缩机、偏心转子式压缩机以及旋转活塞式压缩机等在不同领域内也得到应用。上述各种回转式压缩机，除罗茨鼓风机属无内压缩的机器外，其余均是有内压缩的机器。双螺杆压缩机是一种很年轻的压缩机型，在最近二十五年才发展成熟，形成系列化。约在一百多年前，人们已经知道双螺杆压缩机的工作原理，但类似今天设计的双螺杆压缩机的诞生大连海洋大学本科毕业设计（论文） 第一章 前言3日，则应该是在 1934 年，SRM 工厂的总工程师 A利斯霍尔姆（ALysholm ）的专利出现的时候。后来，又发明了圆弧形齿，非对称齿形 SRM 和今天的第四代节能型。回转式压缩机大多作为中、小排气量，中、低压压缩机或鼓风机之用。目前，回转式压缩机在冶金、化工、石油、交通运输、机械制造以及建筑工程等工业部门得到广泛的应用；随着人民生活水平的逐步提高，在耐用消费品中也将得到广泛的应用 1。就气体压力提高的原理而言，螺杆压缩机与活塞压缩机相同，都属于容积式压缩机。就主要部件的运动形式而言，又与透平压缩机相似。所以，螺杆压缩机同时兼有上述两类机器的特点。（）螺杆压缩机的优点如下：1）可靠性高。螺杆压缩机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命长，大修间隔期可达 4-8 万 h.2)操作维护方便。螺杆压缩机自动化程度高，操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转。3）动力平衡好。螺杆压缩机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，特别适合用作移动式压缩机，体积小、重量轻、占地面积少。4）适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽广的范围内能保持较高的效率，在压缩机结构不作任何改变的情况下，适用于多种共质。5）多相混输。螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙，因而能耐液体冲击，可输送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。（）螺杆压缩机的主要缺点：1）造价高。由于螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面，需利用特制的刀具在价格昂贵的专用设备上进行加工。另外，对螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高的要求。2）不能用于高压场合。由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制，螺杆压缩机只能用于中、低压范围，排气压力一般不超过 3MPa。3）不能用于微型场合。螺杆压缩机依靠间隙密封气体，目前一般只有容积流量大于0.2m3/min 时，螺杆压缩机才具有优越的性能。1.2.2.双螺杆压缩机的应用前景（1）喷油螺杆空气压缩机 动力用的喷油螺杆压缩机已系列化，一般都是在大气压力下吸入气体，单级排气压力有 0.7 MPa、1.0MPa 和 1.3 MPa（表压）等不同形式。少数用于驱动大型风钻的两级压缩机，排气压力可达到 2.5 MPa（表压） 。此类压缩机目前的容积流量范围为 0.2-100m3/min，越来越被用到对空气品质要求非常高的应用场合，如食品、医药及棉纺企业，占据了许多原属无油压缩机的市场。（2）喷油螺杆制冷压缩机目前，半封闭和全封闭式螺杆制冷压缩机广泛应用于住宅和商用楼房的中央空调系统，产大连海洋大学本科毕业设计（论文） 第一章 前言4量远远超过开启式。此外，螺杆制冷压缩机还用于工业制冷、食品冷冻、冷藏，以及各种交通运输工具的制冷装置。在环境温度下工作时，单级螺杆制冷压缩机可达-25的蒸发温度，采用经济器或双级压缩，可达-40 的蒸发温度。既能供冷又能供暖的冷热两用螺杆机组，近年发展很快。目前螺杆制冷压缩机标准工况下制冷量范围为 10-2500KW。（3） 喷油螺杆工艺压缩机 喷油螺杆工艺压缩机的工作压力由工艺流程确定，单级压力比可达 10，排气压力通常小于4.5MPa，但可高达 9MPa，容积流量范围为 1-200 m3/min。（4） 干式螺杆压缩机 目前一般干式螺杆压缩机的单级压力比为 1.5-3.5，双级压力比可达 8-10，容积流量为 3-500m3/min。（5） 喷水螺杆压缩机 使喷入的水与润滑油隔开，用于一些可能发生聚合反应的气体，向压缩机入口喷入适当的溶剂，以冲掉这些化合物。（6） 其他螺杆机械 螺杆压缩机可作为油、气、水多相流混输泵使用，也可作为真空泵使用单级真空度可达 98%，能耗较其他类型真空泵低 20%-50%。此外，螺杆机械还可作为膨胀机。1.3 国内外双螺杆压缩机研究现状我国螺杆压缩机的发展历程很短，自从 20 世纪 80 年代引进螺杆压缩机，仅仅只有 20 年时间，相关生产企业中大部分都属于从国外进口组装型企业 2。近年来，螺杆压缩机的制造技术发展很快，对压缩机的研究和设计提出了更高的要求。进一步提高螺杆压缩机的工作性能，主要应在型线设计与转子几何、热力过程、加工制造等方面深入研究 3。邢子文等 4基于螺杆压缩机热、动力学的理论研究，建立了螺杆压缩机工作过程中热力学、动力学计算的数学模型，揭示了螺杆压缩机热、动力性能与转子型线等设计参数之间的内在规律，建立了完整的螺杆压缩机设计理论。王俊 5将 PLC 控制系统应用于螺杆压缩机仪表控制系统中报警及联锁控制当中，提高了控制的稳定性，避免了因仪表元件的误动作而引起的非计划停车，确保了装置的长周期运行，取得了良好的经济效益。侯伟 6利用 PLC 和上位机对双螺杆压缩机控制系统进行改造升级，使操作更加快捷合理，实时数据显示记录方便直观，压缩机运行更加安全稳定。彭学院等 7研究了螺杆压缩机 CAD 系统的开发。李文华等 8对螺杆压缩机故障诊断专家系统进行了构建与实现。张铁新 9对螺杆压缩机振动故障进行了分析与处理。伍贤君 10对螺杆压缩机转子磨削成形法进行了探讨。穆安乐等 11对螺杆压缩机整机进行了优化设计。Stosic 等人 12, 13介绍了螺杆压缩机的创新机遇，并螺杆压缩机转子型线方程进行了研究，大连海洋大学本科毕业设计（论文） 第一章 前言5将齿轮与齿条的啮合原理应用于螺杆压缩机的端面型线研究中,发展了 N 型型线，得到了优化的型线方程式。Seshaiah 14对中小型压缩机的效率，容积流量和压缩热进行了分析和研究，获得了独立的实验性数据，对于容积效率和功率则标定了气体的容积流量和压缩热。Dmytro 等人 15基于预先定义的啮合线，研究了螺杆压缩机转子型线的生成方法，利用啮合线与端面型线间的关系，依据啮合线来修改、生成端面型线。1.4 双螺杆压缩机的基本结构和工作原理1.4.1.基本结构通常所称的螺杆压缩机指的是双螺杆压缩机。双螺杆压缩机的发展历程较短，是一种比较新颖的压缩机。双螺杆压缩机是一种容积式的回转机械。由一对阴、阳螺杆，一个壳体与一对端盖组成。在倒“8”形的气缸中，平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子，分别称为阴、阳转子。它们和机体之间构成一个“V”字形的一对密封的齿槽空间随着转子的回转而逐渐变小，并且其位置在空间也不断从吸气口向排气口移动，从而完成吸气-压缩 -排气的全部过程。一般阳转子与原动机连接，由阳转子带动阴转子转动。在压缩机机体的两端，分别开设一定形状和大小的孔口。一个供吸气用，称作吸气孔口；另一个供排气用，称作排气孔口。1.4.2.工作原理螺杆压缩机的工作循环可分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转子旋转，每