螺旋蜗杆式空气压缩机毕业设计

成都理工大学工程技术学院毕业设计螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计专 业：机械工程及自动化姓 名：张 三指导老师: 向 渝 讲师全套图纸及过程联系师兄:QQ370532467螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计-I-摘要螺旋蜗杆式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。螺旋蜗杆式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，研究螺旋蜗杆式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螺旋蜗杆式空气压缩机，采用单边不对称摆线-销齿圆弧型型线，阴、阳转子齿数比为 6：4。设计新型转子型线，目的是使接触线长度、泄漏三角形面积和封闭余隙容积3 者达到最优化设计，以进一步提高螺旋蜗杆式压缩机的机械性能。重点研究的是螺旋蜗杆式压缩机的转子型线设计、几何特性、受力分析、热力学计算。关键词：螺旋蜗杆 转子型线 啮合线 齿间容积 受力特性螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计-II-AbstractThe twin-screw compressor is a kind of newly emerging compressor. Because of its high reliability, easy repair, good balance and good adaptability etc, and widely applied to such industrial departments as mine, chemical industry, power, metallurgy, architecture, machinery, refrigeration, etc. By designing the project, the volumetric efficiency is 70%, the compressed temperature is more 80。It is very important to design and research a twin-screw compressor in industrial. The project is to design a universal twin-screw air compressor, and to adopt single side asymmetric swept line unilaterally and dowel tooth circular rotor profile. There are six lobes on the female rotor and four lobes on the male rotor. The aim of designing a new rotor profile is to optimize the contact line length, blowhole area and clearance volume. That can improve the mechanical performance of a twin-screw compressor further. The project is mainly to research a twin-screw compressor rotor profile, geometry characteristic, mechanics analysis, thermodynamics calculation Keywords ： A twin-screw compressor, rotor profile, mesh curve, tooth space volume.螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计-III-目录摘要 .IAbstract.II目录 .III前 言 .- 1 -1 螺杆压缩机简介 .- 4 -1.1 螺旋蜗杆式压缩机的特点和应用前景 .- 4 -1.1.1.螺旋蜗杆式压缩机的特点 .- 4 -1.1.2.螺旋蜗杆式压缩机的应用前景 .- 5 -1.2 螺旋蜗杆式压缩机的基本结构和工作原理 .- 6 -1.2.1.基本结构 .- 6 -1.2.2.工作原理 .- 6 -2 螺旋蜗杆式压缩机转子型线设计 .- 10 -2.1 转子型线设计原则 .- 10 -2.1.1.转子型线及其要素 .- 10 -2.1.2.转子型线设计原则 .- 11 -2.2 型线方程和啮合线方程 .- 11 -2.2.1.坐标系建立及坐标变换 .- 11 -2.2.2.齿曲线及其共轭曲线 .- 13 -2.2.3 转子加工方法 .- 15 -2.3 单边不对称摆线-销齿圆弧型线 .- 16 -3 几何特性及其计算 .- 26 -3.1 齿间面积和面积利用系数 .- 26 -3.1.1 齿间面积 .- 26 -3.1.2 面积利用系数 .- 26 -3.2 齿间容积及其变化过程 .- 27 -3.2.1.齿间容积 .- 27 -3.2.2.齿间容积的变化 .- 27 -3.3 扭角系数及内容积比 .- 30 -3.3.1.扭角系数 .- 30 -4 螺旋蜗杆式压缩机的结构设计 .- 32 -4.1 螺旋蜗杆式空气压缩机螺杆尺寸的确定 .- 32 -螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计-IV-4.2 压缩机运行与维护 .- 33 -5 螺旋蜗杆式压缩机的力学计算 .- 34 -6 径向力的计算 .- 35 -6.1 径向力 .- 35 -6.1.1.坐标系 .- 35 -6.1.2.计算工况 .- 35 -6.1.3.平面图形的静矩和重心 .- 36 -6.1.4.作用在转子上的径向力 .- 36 -6.2 轴承支反力 .- 37 -6.3 轴向力的计算 .- 37 -7 螺旋蜗杆式压缩机的吸、排气孔口设计 .- 39 -7.1 吸气孔口 .- 39 -7.1.1.轴向吸气孔口 .- 39 -7.2 排气孔口 .- 40 -7.2.1.轴向排气孔口 .- 40 -7.2.2.径向排气孔口 .- 41 -8 主要零部件设计和选材 .- 43 -8.1 机体 .- 43 -8.2 转子 .- 43 -8.3 轴承 .- 43 -8.4 轴封 .- 44 -总结 .- 45 -致谢 .- 46 -参考文献 .- 47 -螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计- 1 -前 言螺旋蜗杆式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。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。螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计- 2 -1 螺杆压缩机简介1.1 螺旋蜗杆式压缩机的特点和应用前景1.1.1.螺旋蜗杆式压缩机的特点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。（1）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。（2）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螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计- 3 -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。1.1.2.螺旋蜗杆式压缩机的应用前景（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 螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计- 4 -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。1.2 螺旋蜗杆式压缩机的基本结构和工作原理1.2.1.基本结构通常所称的螺杆压缩机指的是螺旋蜗杆式压缩机。螺旋蜗杆式压缩机的发展历程较短，是一种比较新颖的压缩机。螺旋蜗杆式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。螺旋蜗杆式压缩机的总体结构见图 1。1.2.2.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，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环，这里只研究其中一对齿。（1）吸气过程螺旋蜗杆式空气压缩机结构设计- 5 -图 2 示出的螺杆压缩机的吸气过程，所讨论的一对齿用箭头标出，阳转子按逆时针方向旋转，阴转子按顺时针方向旋转，图中的转子端面是吸气端面。机壳上有特定形状的吸气孔口如图 2 粗实线所示。图 2 螺旋蜗杆式压缩机的吸气过程图 1.1 吸气过程a）吸气过程即将开始 b）吸气过程中 c）吸气过程结束图 1.1（a）示出的是吸气过程即将开始时的转子位置。在这一时刻，这一对齿前端的型线完全啮合，且即将与吸气孔口连通。随着转子开始运动，由于齿的一端逐渐脱离啮合而形成齿间容积，这个齿间容积的扩大，在其内部形成了一定的真空，而此齿间容积又仅与吸气口连通，因此气体便在压差作用下流入其中，如图 1.1（b）中