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畢業(yè)設(shè)計 論文 課題名稱 螺旋蝸桿式空氣壓縮機 專 業(yè) 設(shè) 計 人 指導老師 職 稱 年 5 月 15 日 設(shè)計任務(wù)書 一 課題名稱 螺旋蝸桿式空氣壓縮機 二 設(shè)計要求 1 掌握空氣壓縮機的基本原理以及類型 2 了解空氣壓縮機在社會發(fā)展中的重要性 3 采取更先進的結(jié)構(gòu)改進已有的空氣壓縮機 三 設(shè)計內(nèi)容 1 對空氣壓縮機的認識 6 空氣壓縮機的工作原理 7 空氣壓縮機主要參數(shù) 8 空氣壓縮機結(jié)構(gòu)的設(shè)計 10 主要零部件尺寸計算 分析設(shè)計結(jié)果和合理性 空氣壓縮機的工藝流程 目 錄 緒論 1 第 1 章 空氣壓縮機的特點 工作原理和結(jié)構(gòu) 3 1 1 特點 3 1 2 螺桿壓縮機的原理 5 1 3 螺桿壓縮機結(jié)構(gòu) 6 第 2 章 間隙 8 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 10 第 4 章 軸封 14 4 1 無油螺桿壓縮機軸封 14 4 2 噴油螺桿壓縮機軸封 16 第 5 章 轉(zhuǎn)子型線 18 5 1 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則 18 5 2 轉(zhuǎn)子型線發(fā)展過程 19 5 3 轉(zhuǎn)子加工方法 21 附圖 空氣壓縮機裝配圖 22 體會和感受 23 參考資料 24 指導教師評語 建議此次畢業(yè)設(shè)計成績?yōu)?指導教師簽名 年 月 日 答辯委員會組成人員名單 答辯委員會意見 姓 名 性 別 職 稱 單 位 答辯評語 成績 答辯委員會主任 簽名 年 月 日 第 1 頁 共 22 頁 緒 論 隨著改革開放以來 四個現(xiàn)代化建設(shè)的步伐也飛速前進 現(xiàn)代化的到來 人們的生 活條件也日以提高 伴隨著生活的提高人們對家電類的產(chǎn)品要求也越來越高 用電量也 是與日俱增 從能源的形式來看 我國還是以火力發(fā)電 水力發(fā)電 核力發(fā)電綜合的發(fā) 展形式并存 就規(guī)模來說 水力發(fā)電占主要的一大部分 其中 三峽水力發(fā)電站是我國 最大的水力發(fā)電站 可是水力發(fā)電受季節(jié)的影響較大 單一的水力發(fā)電是不可能滿足現(xiàn) 代化的發(fā)展需要的 而火力發(fā)電正好彌補了季節(jié)影響 可是它有污染 同時也消耗自然 能源 所以核力發(fā)電是高效污染小的產(chǎn)品是最理想的發(fā)電產(chǎn)品 目前我國正向核力發(fā)展 建設(shè)努力 火力發(fā)電雖有缺點可是目前仍不可缺少 在這里我的設(shè)計就是針對火力發(fā)電很重要 的一部分供氣系統(tǒng)中不可缺少的空氣壓縮機 它關(guān)系到煤資源是否充分的利用 污染的 大小 以及經(jīng)濟效益的問題 壓縮機的種類很多 這里我主要的介紹的是螺旋式蝸桿空壓機 它具有結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠和操作方便等一系列的優(yōu)點 因此在空氣系統(tǒng) 制冷空調(diào)及各種工藝流程中獲 得了廣泛的應用 這是一種市場份額持續(xù)擴大 應用前景十分廣闊的新型壓縮機 為進 一步改善螺桿壓縮機的性能 闊大其應用范圍 應在以下幾方面做深入的研究 1 在型線嚙合特性 轉(zhuǎn)子受力變形和受力膨脹等方面研究的基礎(chǔ)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 研究吸氣和排氣的流動特性 在流場分析的基礎(chǔ)上進一步合理配合吸排氣孔口和 相關(guān)的連接管道 3 分析螺桿壓縮機的噪音產(chǎn)生機理 研究型線設(shè)計和孔口配置等因素對指標的影響 從而更有效的降低噪音 4 研究轉(zhuǎn)子螺旋齒面的加工工藝 除選用高精度高產(chǎn)率的專用設(shè)備外 還要研究新 第 2 頁 共 22 頁 型少切削和無切削加工工藝 5 擴大螺桿壓縮機的參數(shù)范圍 主要應向小容積流量 高排氣壓力的方向發(fā)展 同 時研究氣量調(diào)節(jié)機構(gòu)與智能控制系統(tǒng) 提高調(diào)節(jié)工況下壓縮機運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性 進一步擴 大螺桿壓縮機的應用范圍 在我的工作實習中接觸到了很多空氣壓縮機 有德國的 VM 型得爾塔壓縮機 美的盛頓 空氣壓縮機和意大利的英格索藍空氣壓縮機這里我主要的介紹下德爾塔空壓機 第一章 空氣壓縮機的特點 工作原理和結(jié)構(gòu) 1 1 特點 第 3 頁 共 22 頁 隨著社會的進步和發(fā)展 對壓縮空氣的需求的地方也越來越多 尤其是螺桿式空氣 壓縮機 以其獨特的優(yōu)點在使用中使用所占比例也越來越大 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 就主要部件的活動形式而言 友與透平壓縮機相似 所以螺桿壓縮機同時兼有上述兩種壓縮機的特點 螺桿壓縮機的優(yōu)點 1 它是容積式壓縮機的一種 其理論排氣量與各工作部件的運動速度 尤其是與 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系 壓縮機主要參數(shù) 壓力和排氣量的變化互不影響 2 故障少 維修簡單 使用壽命長 3 由于呈連續(xù)單向旋轉(zhuǎn) 沒有往復運動 慣性力小 因此轉(zhuǎn)速高 運轉(zhuǎn)可靠 無 振動 4 對一組陰陽轉(zhuǎn)子的齒形空間而言 隨著嚙合點沿軸向往前移動 其一側(cè)進行壓 縮或排出而容積減小 另一側(cè)空間容積就增大 進行下一個吸入過程 再加上 回轉(zhuǎn)數(shù)高 齒數(shù)較多 因此壓縮作用是完全連續(xù)的 吸氣和排氣沒有往復式的 壓縮機脈動現(xiàn)象 也沒有離心空壓機的喘振現(xiàn)象 5 由于螺桿式壓縮機屬于容積式壓縮機 因此壓力上升不受轉(zhuǎn)速的影響 只要轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)一周 就能達到預定的壓縮比 另外它和離心式空壓機亦不相同 它的 加壓過程和氣體的比重無關(guān) 6 螺桿式壓縮機加壓是依靠兩個轉(zhuǎn)子不接觸的旋轉(zhuǎn) 因此它能適應壓縮濕氣體以 及含液滴的氣體 7 螺桿壓縮機可以用滑閥在 100 10 的范圍內(nèi)連續(xù)比例的控制能量 滑閥安 裝在兩個轉(zhuǎn)子之間的機殼上 可以前后移動 通過滑閥可以控制進氣量在 100 10 范圍內(nèi)變化 不影響壓縮比 不影響轉(zhuǎn)速 能在較大的范圍內(nèi)比較理想 的控制載荷 8 由于陰陽轉(zhuǎn)子之間 轉(zhuǎn)子與外殼之間不存在固體接觸引起的摩擦 因此 螺桿 式壓縮機除適用于無油潤滑外 還適用于輸送不被潤滑油污染的場合 第 4 頁 共 22 頁 9 螺桿式壓縮機尺寸小 質(zhì)量輕 容易安裝 設(shè)備基礎(chǔ)小而簡單 因此一次基礎(chǔ) 建設(shè)投資省 同時 一般采用螺敢式壓縮機的裝置都不需要備機 10 螺桿式壓縮機制造工藝要求高 不適用于高壓壓縮機用 同時 在使用螺桿壓 縮機時 應特別注意按規(guī)定方向旋轉(zhuǎn) 不可使之反轉(zhuǎn) 11 由于運動部件必不可少的間隙 泄漏大 效率較底 同時 在螺桿式無油潤滑 壓縮機上 為了保證轉(zhuǎn)子間的間隙 必須用同步齒輪 為了減小內(nèi)部溫度的上 升 必須用增速齒輪來提高其轉(zhuǎn)速 因此機械損失大 噪音較大 同時還要裝 設(shè)管道消音器 螺桿式空壓機的缺點 1 造價高 螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面是一個空間曲面 需利用特制的刀具 在價格 昂貴的專用設(shè)備上進行加工 另外 對螺桿壓縮機汽缸的加工精度也有較高的 要求 所以螺桿壓縮機的造價較高 2 不能用與高壓場合 由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制 螺桿壓縮機 只能適用與中 低壓范圍 排氣壓力一般不超過 4 5MPa 3 不能制成微型 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 2m min 時 螺桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能 1 2 螺桿壓縮機的原理 螺桿壓縮機的主要部件是一對陰陽轉(zhuǎn)子 兩個轉(zhuǎn)子是具有不同齒數(shù)的螺旋齒相互嚙 合的 嚙合點 密封線 隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而移動 旋轉(zhuǎn)時 使處于轉(zhuǎn)子齒槽之間的氣體 不斷產(chǎn)生周期性的容積變化 且沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至壓出側(cè) 實現(xiàn)吸入 壓縮 和排氣的全部過程 不需要往復式壓縮機那樣的余隙容積 螺桿間存在一定的間隙 具 體的工作原理 吸氣過程 壓縮過程和排氣過程如下 吸氣過程 初時氣體經(jīng)壓縮機外殼一端的進氣孔口分別進入陰 陽螺桿齒 間容積 隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn) 這兩個齒間容積各自不斷擴大 當這兩個容積達到最大值時 第 5 頁 共 22 頁 齒間容積和吸氣孔口斷開 吸氣過程結(jié)束 注意 此時陰 陽轉(zhuǎn)子的齒間容積彼此并 未連通 壓縮過程 轉(zhuǎn)子繼續(xù)回轉(zhuǎn) 在陰陽螺桿齒間容積連通之前 陽轉(zhuǎn)子齒間容 積中之氣體受陰螺桿齒的侵入先行壓縮經(jīng)某一轉(zhuǎn)角后 陰 陽螺桿齒間容積連通 以后 將此連通的陰陽螺桿齒間容積稱為齒間容積對 呈 V 字形的齒間容積對 因齒的相互 擠入其容積值逐漸減小 實現(xiàn)氣體的壓縮過程 直到該齒容積對與外殼上另一端的排氣 口相連通時為止 排氣過程 在齒間容積對與排氣孔口連通后 排氣過程即行開始 由于轉(zhuǎn) 子回轉(zhuǎn)事故容積的不斷縮小 將壓縮后具有一定壓力的氣體送至排氣接管 此一過程一 直延續(xù)到該容積對達到最小時為止 隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)回轉(zhuǎn) 上述過程重復進行 在螺桿壓縮機中 陰 陽螺桿轉(zhuǎn)向相互 迎合一側(cè)時 氣體受到壓縮 這一側(cè)面稱為高壓力區(qū) 相反 螺桿轉(zhuǎn)向彼此背離的一側(cè) 面 齒間容積在擴大并處在吸氣階段 稱為低壓力區(qū) 兩轉(zhuǎn)子軸線所在平面是高 低壓 力區(qū)的分界面 1 3 螺桿壓縮機結(jié)構(gòu) 螺桿式壓縮機是容積式壓縮機的一種 它的主要結(jié)構(gòu)是由殼體 汽缸和港蓋 與機 殼內(nèi)一對陰陽轉(zhuǎn)子所組成 發(fā)動機通過連軸節(jié)與壓縮機的主轉(zhuǎn)子 陽轉(zhuǎn)子連接 在 壓縮機的外殼一端有進氣孔 另一端有排氣孔以及密封組件 螺桿式壓縮機有轉(zhuǎn)子端齒形和不對稱形線兩種 氣體的冷卻方式有直接向氣體內(nèi)噴 油以及機殼水套內(nèi)用循環(huán)水冷卻 油的冷卻也有水冷和風冷兩種 螺桿式無油潤滑亦稱 干式螺桿壓縮機 其結(jié)構(gòu)與易蒸發(fā)的液體 如水 對空氣進行內(nèi)部冷卻的壓縮機相似 第 6 頁 共 22 頁 但壓縮和提供的是無油的氣體 陽轉(zhuǎn)子是凸形齒 陰轉(zhuǎn)子是凹形齒 壓縮機通常是通過 陽轉(zhuǎn)子來驅(qū)動 在轉(zhuǎn)子螺旋部分的端面上 以及頂圓上設(shè)有附加的密封肋 這種密封肋或者與轉(zhuǎn)子 成一體 或者鋃嵌在銑制的窄槽內(nèi) 螺桿式無油潤滑壓縮機的轉(zhuǎn)子通常制作成空心的 其內(nèi)充滿冷卻油 從結(jié)構(gòu)上看 轉(zhuǎn)子可以與螺旋部分制作成一個整體的部件 或者組裝 件 即螺旋部分和軸分別用不同的材料制造 轉(zhuǎn)子通常用各種牌號的剛制造 殼體多半 用鑄鐵制造 轉(zhuǎn)子直徑在 250mm 以下的螺桿式無油潤滑壓縮機 其殼體通常在吸入側(cè)有 一垂直剖分面 對于大型無油潤滑壓縮機的殼體 除了垂直剖分面以外 在轉(zhuǎn)子平面上 還有水平剖分面 螺桿式無油潤滑壓縮機的殼體都有冷卻水套 無水冷的壓縮機 無論是無油潤滑還 是噴油潤滑 其殼體的表面都有肋棱 這些肋棱不僅使殼體有一定的剛性 而且還可以 改善向周圍介質(zhì)的散熱 第 7 頁 共 22 頁 第二章 間隙 設(shè)計螺桿式無油潤滑壓縮機時 無論是壓縮機轉(zhuǎn)子間的間隙 還是殼體間的間隙 通常約為轉(zhuǎn)子外徑的 0 1 因為共軛螺桿轉(zhuǎn)子不可避免地存在制造誤差 安裝誤差 運轉(zhuǎn)時的受力變形 受熱膨脹以及機件的磨損等因素的緣故 間隙的存在 一方面必 然影響到壓縮介質(zhì)的泄露量和壓縮過程的特性 近而使實際排氣量以及壓縮機的效率下 降 另一方面 間隙的存在友有安全 正常運行所必須 因此 螺桿式無油潤滑機的間 隙還是影響壓縮機經(jīng)濟性和可靠性的一個重要的參數(shù) 同時 間隙對容積效率和絕熱效 率的影響也很大 減少總間隙面積 或間隙值 不僅可以提高容積效率 降低排氣溫 度 同時也可以減少單位排氣量所消耗的功率 提高決熱效率 但是過小的間隙容易發(fā) 生金屬接觸摩擦 產(chǎn)生大量的摩擦熱 近而使螺桿咬死 從安全運行的角度來看 這是 絕對不允許發(fā)生的 再實際生產(chǎn)中 應兼顧這兩個方面的影響來確定間隙值 當然 在 第 8 頁 共 22 頁 減小間隙的同時 若采用在結(jié)構(gòu)上與間隙處加嵌軟密封或者采用各種截流措施 增加氣 體流動阻力 這樣可以減少流經(jīng)間隙處的氣體泄露量 螺桿式壓縮機的間隙可分為端面間隙 齒頂間隙 螺桿齒面間的嚙合間隙三種 其 中端面間隙是指螺桿的端面與機體端蓋的間隙 內(nèi)中又分吸氣端間隙和排氣端間隙 齒 頂間隙是指螺桿齒頂與機體內(nèi)圓見的徑向間隙 再具體確定個間隙時還應綜合考慮 螺桿和機體因氣體加熱而引起的熱膨脹和熱變形 螺桿在外力 氣體壓力 重力等 作用下而引起的彎曲變形 軸承 同步齒輪 或增速齒輪 等零部件正常運轉(zhuǎn)所必須的間隙 螺桿 機體 軸承 齒輪等零部件 由于加工及安裝所產(chǎn)生的誤差 3 4 比較容易控制 且數(shù)值較小 而 1 2 因螺桿齒面形體復雜 加之溫度不均勻 故用理論計算法來確定總間隙 不但計算繁復且結(jié)果還不一定滿意 在實用中 通常根 據(jù)已有的工況相近壓縮機的實際運轉(zhuǎn)效果 根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù) 確定個部分的間隙值 并在 生產(chǎn)試車時予以適當調(diào)整 以得到滿意的結(jié)果 項目 直徑 陽螺桿齒頂與陰 螺桿齒谷 陽螺桿和陰螺 桿兩長側(cè)面 螺桿齒頂與機 體內(nèi)圓 螺桿與機體 端面 中小直徑 D 315mm 0 20 0 50 0 15 040 0 25 0 44 排 氣 端 0 03 0 10 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 高速運轉(zhuǎn)的螺桿無油潤滑壓縮機 一般采用滑動軸承和滑動推力軸承 采用非接觸 式密封 閉口和開口石墨密封 曲徑式和組合式碳圈密封以及迷宮式密封等 用的較多 目前是閉口石墨環(huán)密封 這種形式的密封既適用于空氣壓縮機 也適用于壓縮其他的氣 體介質(zhì) 它是螺桿端面與軸承之間 設(shè)有若干組石墨密封盒 以減少氣體沿軸向泄漏 每個密封盒內(nèi)有一套密封單元 一般排氣側(cè)的密封單元多與吸氣側(cè)的 根據(jù)無油螺桿壓縮機的作用 螺桿的齒形除滿足一般的嚙合運動的要求外 在嚙合 過程中還應滿足 螺桿齒形在嚙合過程中 應具有排出和吸入方面的氣密性 稱為橫向氣密性 螺桿齒形在嚙合過程中 應具有齒間容積之間的氣密性 或稱之為軸向氣密性 螺桿齒形在嚙合過程中 應具有盡可能短的接觸線長度 螺桿齒面的嚙合過程中 應具有較小的吸入密封容積和排出密封容積 螺桿的齒形應具有較大的面積利用系數(shù) 第 10 頁 共 22 頁 此外 從制造 運轉(zhuǎn)角度考慮 還要求螺桿齒面便于加工制造 具有良好的嚙合特 性 以及在熱態(tài)和受力的情況下 具有小的不均勻熱變形 彎曲變形等 螺桿齒面間的 接觸線應能防止氣體從排出方面向吸入方面的泄漏 螺桿壓縮機的吸氣孔口與排氣孔口的合理位置和形狀 是實現(xiàn)壓縮機氣體內(nèi)壓縮的 必備條件 也是影響壓縮機效率的一個重要因素 因此 在設(shè)計吸 排氣孔口時應滿足 孔口的位置和形狀 應保證氣體在齒間容積內(nèi)實現(xiàn)預定的內(nèi)壓縮 以提高壓縮機 運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性 吸氣孔口應能保證齒間容積達到最大限度的充氣 以獲得高的容積效率 排氣孔 口應使齒面間的容積中的壓縮氣體盡可能全部的排至排氣管道 盡量減少氣體在孔口處及齒面間容積內(nèi)的流動損失 據(jù)此 應力要求孔口面積盡 可能的大 氣流通道截面變化均勻 平滑 轉(zhuǎn)折少 力求陰 陽螺桿一對齒間容積與吸 氣孔口脫離 同時與排氣孔口連接 以免氣體在其間串流 應避免吸 排氣口之間產(chǎn)生穿漏通道 據(jù)此 端面上的吸 排氣孔不應處于嚙合 線范圍之內(nèi) 吸 排氣孔口的設(shè)計 應盡量避免產(chǎn)生封閉容積 螺桿壓縮機排量的調(diào)節(jié)方法為 把部分壓縮氣體旁通到吸入腔 對于空氣壓縮機 則把壓縮空氣排入大氣 此 調(diào)節(jié)方法簡單 但不經(jīng)濟 因在調(diào)節(jié)過程中消耗的功率是不變的 改變轉(zhuǎn)速 這種方法從經(jīng)濟上來說是最合理的 但在這種情況下應采用能改變 轉(zhuǎn)速的傳動機構(gòu) 第 11 頁 共 22 頁 當系統(tǒng)中的壓力達到上限時 壓縮機調(diào)到空載運轉(zhuǎn) 此時空氣壓縮機的排出管 路便與大氣相通 而吸入管路則與被節(jié)流閥關(guān)閉 壓縮機的啟動和停車 對吸入腔的壓縮工質(zhì)節(jié)流 改變處于壓縮過程中的基元容積 螺桿式無油潤滑壓縮機和大多數(shù)其它高速 高效率機械一樣 也產(chǎn)生噪音 為降低 噪音 在吸入和排出管路上常設(shè)反作用式消聲器 如果對噪聲登記要求很嚴 則整個壓 縮機裝置都用隔音罩封蓋起來 因為螺桿壓縮機產(chǎn)生噪聲是高頻率的 并且是氣體動力 學性質(zhì)的 故容易用隔音罩或壓縮機室的隔音減弱 而不經(jīng)基礎(chǔ)通過振動傳開來 轉(zhuǎn)子是螺桿壓縮機的主要零部件 轉(zhuǎn)子處于多種力和力矩的作用下 因此易受氣體 壓力的變化 慣性力和扭矩等的影響 在共振時 還會產(chǎn)生附加應力 這種應力有時會 超過作用于轉(zhuǎn)子上的應力 因此對轉(zhuǎn)子的制造材料有一定的要求 在選材時 除了考慮 機械強度的動態(tài)特性外 還必須考慮到動態(tài)特性 如沖擊韌度和疲勞極限 當轉(zhuǎn)子在高 溫下工作時還要考慮到蠕變的影響 轉(zhuǎn)子損壞的大多數(shù)原因是由于溫度升高 或進入的 雜質(zhì)使轉(zhuǎn)子齒面相互接觸所致 要提高壓縮機工作的可靠性 就要正確的選擇陽轉(zhuǎn)子和 陰轉(zhuǎn)子的材料 螺桿壓縮機的主要損失是螺桿運動部件之間由于需要間隙 因而造成泄 露所致 在整個運轉(zhuǎn)情況下 為了避免接觸 必須有足夠的間隙量 考慮加工精度 熱 變形及軸承間隙 故產(chǎn)生一定裕度 除間隙大小外 損失還受轉(zhuǎn)子 行線種類的影響 齒輪和軸承引起的機械損失及流體通過壓縮機的損失等 作為高速機器的無油螺桿壓縮機 為了提供良好的保護裝置 防止各種不正常的運 轉(zhuǎn)情況 可以采用簡單有效的控制系統(tǒng) 第 12 頁 共 22 頁 卸載系統(tǒng) 進口節(jié)流閥和放氣閥連同再循環(huán)冷卻器構(gòu)成一個單元 對于進出口 壓差的異常并不需要保護裝置 水系統(tǒng) 壓縮機組 后冷卻器除外 只需要一個水循環(huán)系統(tǒng) 因此整臺壓縮機 只需要一個恒溫器 油系統(tǒng) 滾動軸承不需要輔助油泵 在啟動是用的油壓開關(guān)是控制系統(tǒng)中唯一 的裝置 第四章 軸封 4 1 無油螺桿壓縮機軸封 第 13 頁 共 22 頁 在無油螺桿壓縮機中 壓縮過程是在一個完全無油的環(huán)境中進行的 這就要求在壓 縮機的潤滑區(qū)與氣體區(qū)之間設(shè)置可靠的軸封 軸封不僅需要能在高圓周速度之下有效的 工作 并且必須有一定的彈性 以適應采用滑動推力軸承時轉(zhuǎn)子可能產(chǎn)生的軸向移動 另外 軸封的材料還必須能耐壓縮機所壓縮氣體的化學腐蝕 目前 無油螺桿壓縮機的 軸封主要有石墨環(huán)式 迷宮式和機械式三種 石墨環(huán)式軸封的密封環(huán)由摩擦系數(shù)較低的石墨制成 由于石墨具有良好的自潤滑性 即使石墨環(huán)與軸頸接觸也無妨礙 為了保證強度和使環(huán)孔的熱膨脹率與轉(zhuǎn)子軸材料的熱 膨脹率相同 在密封環(huán)上往往還裝有鋼制支撐環(huán) 這樣 就可使密封環(huán)和軸之間的間隙 很小 以達到好的密封效果 并且在一個寬的工作溫度范圍內(nèi)也可正常工作 石墨環(huán)式軸封采用環(huán)狀波紋彈簧 把密封環(huán)壓向密封表面 以防止氣體經(jīng)石墨環(huán)的 兩側(cè)面泄漏 當軸的旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生變化時 借助于環(huán)孔和彈簧的作用 密封環(huán)也移動到 新的位置并保持在這一位置 從而防止了磨損現(xiàn)象的產(chǎn)生 氣體經(jīng)石墨環(huán)式軸封的泄漏量與間隙值 壓差 密封環(huán)數(shù)目等有密切的關(guān)系 除了 高壓場合以外 通過四道軸封環(huán)聯(lián)合作用的氣體泄漏量將減少 0 4 當然 如果向軸 封內(nèi)充入氣體 壓縮機的氣體泄漏量將為零 在迷宮式軸封中 密封齒和密封面之間有很小的間隙 并形成曲折的流道 使氣體 從高壓側(cè)向低壓側(cè)流動產(chǎn)生很大的阻力 以阻止氣體的泄漏 密封齒可以做在軸上 與 軸一起轉(zhuǎn)動 也可以做成具有內(nèi)密封齒的密封環(huán) 固定在機體上 多數(shù)情況下 密封齒 是加工在與軸固定的一個軸套上 當密封齒損壞時便于更換 在無油螺桿壓縮機中 輿論采用石墨環(huán)式軸封還是迷宮式軸封 密封單元之間的引 氣孔都可以有多種選擇方案 如果被壓縮氣體可以漏入大氣 例如空氣 氮氣或二氧化 碳等 則所以密封單元可以聯(lián)系布置 只是最后一個通向大氣 如果被壓縮氣體有毒 第 14 頁 共 22 頁 易燃 易爆或十分貴重 則可將泄漏的氣體引回至吸氣管 有時還可用壓力稍高于壓縮 機內(nèi)氣體壓力的惰性氣體充入軸封內(nèi) 以阻止高壓氣體向外界泄漏 當無油螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)速較低時 還可以采用有油潤滑的機械密封 這種軸封工作 可靠 密封性好 然而 這種軸封需要少量的潤滑油流過密封表面 這些潤滑油可能會 混入所壓縮的氣體中 如果所壓縮氣體不允許有這種少量的污染 則需要在軸封和壓縮 機腔之間開一個泄油槽 應當注意的是 在無油螺桿壓縮機的工作轉(zhuǎn)速下 采用有油潤 滑的機械密封時 所消耗的功是比較到的 在許多場合 單個軸封的摩擦功耗就可以達 到數(shù)千瓦 而無油螺桿壓縮機中 要采用四個軸封 因而必須考慮軸封的功耗這一因素 值得注意的是 雖然無油螺桿壓縮機對被壓縮氣體中帶有液體不敏感 但如果有大 量的液體長時間進入無油螺桿壓縮機 則唯一需要注意的地方就是軸封 許多軸封都不 是為液體而設(shè)計的 在液體存在的情況下 軸封會與軸意趣旋轉(zhuǎn) 產(chǎn)生磨損 并且 液 體也會順著軸與軸封間的間隙流入到潤滑區(qū)域 破壞潤滑油的 特性 影響軸承及齒輪 的正常潤滑 4 2 噴油螺桿壓縮機軸封 噴油螺桿壓縮機中有兩種不同的軸封 與壓縮腔緊鄰的轉(zhuǎn)子軸段的軸封 特別是 在排氣端 這種軸封更為重要 伸出壓縮機端蓋外的軸段也必須有軸封 以與大氣隔 開 由于壓縮介質(zhì)和允許工況的不同 噴油螺桿空氣壓縮機的軸封與螺桿制冷和工藝壓 縮機的軸封有很大的不同 噴油螺桿空氣壓縮機大都采用滾動軸封 為了防止壓縮腔的氣體通過轉(zhuǎn)子軸向外泄 漏 必須在排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間家一個軸封 這種軸封可以做得非常簡單 只要在與軸頸相應的機體處開設(shè)特定的油槽 通入具有一定壓力的密封油 即可達到有 效的軸向密封 這種軸封的軸向長度要盡量短 以使軸承盡量靠近轉(zhuǎn)子的工作噸 提高 第 15 頁 共 22 頁 轉(zhuǎn)子的剛性 在螺桿壓縮機正常工作時 吸入端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間幾乎沒有壓差 當利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機的氣量時 此處也僅有可能會有噎嗝大氣壓力的壓差 所以 在吸氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間 只用間隙密封就能滿足要求 沒有必要在提 供密封油 噴油螺桿空氣壓縮機轉(zhuǎn)子的外伸軸通常都設(shè)計在吸氣側(cè) 只要在利用吸氣節(jié)流的方 式調(diào)節(jié)壓縮機的氣量時 外伸軸上的軸封兩側(cè)才可能會有一個大氣壓力的壓差 但由于 此處的軸封必須防止?jié)櫥吐┏龊臀催^濾空氣的漏入 故在小型空壓機中 通常采用簡 單的唇行密封 在大中型空壓機中 往往采用有油潤滑機械密封 同噴油螺桿空氣壓縮機相比 噴油螺桿制冷和工藝壓縮機與帶器之間的密封就復雜 多了 主要原因在于 壓縮機內(nèi)要密封的不是空氣 而有可能是有毒的或易燃氣體 并且通常都很貴重 它可能不允許被從外面漏入的空氣污染或沖淡 軸封一側(cè)的壓 縮機內(nèi)壓力可能是不同程度的真空 也有可能是達 1MPa 的高壓 并且停機時需要密封 的壓力可能會更高 所以 在噴油螺桿制冷和工藝壓縮機的轉(zhuǎn)子外伸軸處 通常都采用 負責的面接觸式機械密封 主要有彈簧式和波紋管式兩種 并且需向此軸封處供以高于 壓縮機內(nèi)部壓力的潤滑油 以保證在密封面上形成穩(wěn)定的油膜 值得注意的是 軸封中 有關(guān)零部件的材料要能耐壓縮氣體的腐蝕 第 16 頁 共 22 頁 第五章 轉(zhuǎn)子型線 螺桿壓縮機中 最關(guān)鍵的是一對相互嚙合的轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線垂直的截 交線稱為轉(zhuǎn)子型線 由于轉(zhuǎn)子型線作螺旋運動就形成了轉(zhuǎn)子的齒面 故又把轉(zhuǎn)子型線稱 為端面型線或轉(zhuǎn)子型線 對于螺桿壓縮機的要求 主要是要在齒面容積之間有優(yōu)越的密封性能 因為這些齒 間容積是實現(xiàn)氣體壓縮的工作腔 對于螺桿壓縮機性能有重大影響的轉(zhuǎn)子型線要素有 接觸線 泄漏三角形 密封容積和齒間面積等 5 1 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則 轉(zhuǎn)子型線應滿足嚙合要求 螺桿壓縮機的陰陽轉(zhuǎn)子型線必須滿足嚙合定律的共扼 型線 即無論在什么位置 經(jīng)過型線接觸點的公法線必須通過節(jié)點 轉(zhuǎn)子型線應形成長度較短的連續(xù)接觸線 轉(zhuǎn)子的設(shè)計應保證能形成連續(xù)的接觸線 第 17 頁 共 22 頁 轉(zhuǎn)子型線應形成較小面積的泄漏三角形 減少氣體通過泄漏三角形的泄漏 型線 設(shè)計應使轉(zhuǎn)子的泄漏三角形面積盡量小 轉(zhuǎn)子型線應使封閉容積較小 轉(zhuǎn)子型線應使齒間面積盡量大 較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對減小 效 率得到提高 另外 從制造 運轉(zhuǎn)角度考慮 還要求轉(zhuǎn)子型線便于加工制造 具有良好的嚙合特 性 較小的氣體動力損失 以及在高溫和受力的情況下 具有小的熱變形和彎曲變形等 5 2 轉(zhuǎn)子型線發(fā)展過程 隨著對螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則的逐步認識和轉(zhuǎn)子加工方法的不斷改進 以及 計算機在轉(zhuǎn)子型線設(shè)計中的應用 螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線大致經(jīng)理了三代變遷 對稱圓弧型線 第一代轉(zhuǎn)子型線是對稱圓弧型線 應用于初期的螺桿壓縮機產(chǎn)品中 雖然在隨后的 年代里 不對稱的轉(zhuǎn)子型線有了許多顯著的進展 但這些進展主要是針對噴油螺桿壓縮 機的 由于對稱型線易于設(shè)計 制造和測量 這類型線直到現(xiàn)在還被許多干式螺桿壓縮 機制造商廣泛采用 螺桿壓縮機齒間容積間的泄漏主要通過四個通道進行 通過接觸線的泄漏 通 過泄漏三角形的泄漏 通過齒頂間隙的泄漏 通過排氣端面的泄漏 不對稱型線的 最大優(yōu)點之一 就是泄漏三角形的面積明顯減小 但對無油壓縮機 泄漏三角形只是四 個主要泄漏通道中的一個 其面積的減小對壓縮機的整體效率只能產(chǎn)生有限的影響 另 第 18 頁 共 22 頁 外 與噴油螺桿壓縮機相比 無油螺桿壓縮機工作在較低的壓比和壓差工況下 壓比和 壓差對泄漏也有重大影響 不對稱型線 第二代轉(zhuǎn)子型線是以點 直線和擺線等組成齒曲線為代表的不對稱型線 60 年代 后 隨著噴油技術(shù)的發(fā)展 發(fā)展了一 SRM A 型線為代表的第二代轉(zhuǎn)子型線 這種型線為 螺桿壓縮機市場份額的擴大 起了巨大的推動作用 目前仍被多家公司所采用 螺桿壓縮機內(nèi)共有四個主要的泄漏通道 在噴油螺桿壓縮機中 由于油的存在而使 這四個同中的三個被有效的密封起來 通過齒頂 排氣端面及接觸線這三個狹長間隙的 泄漏大大減小 由于泄漏三角形不像其它三個泄漏通道那樣是狹長的間隙 而是一個近 似與三角形的開口孔 因而成為唯一無法被油有效地密封的泄漏通道 對稱型線與不對稱型線的主要區(qū)別在于 采用不對稱型線時 泄漏三角形的面積大 為減小 一般不對稱型線的泄漏三角形僅是對稱型線的十分之一左右 因此 在于不對 稱型線 可以使噴油螺桿壓縮機的性能得到明顯改善 新的不對稱型線 80 年代后 隨著計算機在螺桿壓縮機領(lǐng)域的應用 精確解析螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的幾 何特性成為可能 在壓縮機工作過程數(shù)學模擬的基礎(chǔ)上 出現(xiàn)了各具特色的多種第三代 轉(zhuǎn)子型線 性能優(yōu)越的主要有 GHH 型線 日力型線和 SRM D 型線 90 年代后 轉(zhuǎn)子型 線更加多樣化 已能夠根據(jù)螺桿壓縮機的具體應用場合專門設(shè)計出新穎的高效型線 目 前 所有的噴油螺桿壓縮機采用的都是不對稱型線 第二代和第三代轉(zhuǎn)子型線都是不對稱型線 兩者之間的主要區(qū)別在于 第三代轉(zhuǎn)子 型線的組成齒曲線中不再有點 直線和擺線 均采用圓弧 橢圓 拋物線等曲線 這種 第 19 頁 共 22 頁 改變可使轉(zhuǎn)子齒面有 線 密封改進為 帶 密封 能明顯提高密封效果 還有利于形 成潤滑油膜和減少齒面磨損 5 3 轉(zhuǎn)子加工方法 若把轉(zhuǎn)子齒面看作螺旋齒輪 加工齒輪的方法同樣可以用來加工螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子 但由于壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面主要用于壓縮氣體 故又不同于一般用語傳輸動力的齒輪 其 主要區(qū)別表現(xiàn)在為獲得高的氣體密封性 轉(zhuǎn)子型線有多段曲線組成 并且其裸線齒的齒 數(shù)少 螺旋角大 基于這些特點 目前轉(zhuǎn)子的加工方法有 銑削加工法 滾削加工 法 磨削加工法 指形銑刀加工法 飛刀加工法 漆層法 精密加工法等 第 20 頁 共 22 頁 附圖 第 21 頁 共 22 頁 體會和感受 轉(zhuǎn)眼之間 自己就要結(jié)束三年的大學生活 即將離開學習和生活過的美麗的洛大校 園 這次畢業(yè)設(shè)計是向?qū)W校交的最后一份答卷 也是對自己所學知識的一次總結(jié) 通過這次畢業(yè)設(shè)計 自己對以前學過的知識 又有了新的認識 并且能與實際相結(jié) 合 但是在做這次畢業(yè)設(shè)計時也遇到了不少的困難 在吳老師的指導和同學們的幫助之 下 才最終得以完成 在此對給予我?guī)椭膮抢蠋熀屯瑢W 表示衷心的感謝 離別了相處三年的老師和同學 離開了美麗的洛大校園 讓我們投入到社會主義現(xiàn) 代化的建設(shè)之中去 美好的人生等待著我們?nèi)?chuàng)造 祖國的繁榮昌盛需要我們?nèi)ヅ?作為一名新世紀的大學生 我們應該用更多 更新的知識來不斷提高自己 使自己在社 會發(fā)展的潮流中立于不敗之地 為社會的發(fā)展和國家的進步作出應有的貢獻 參考資料 1 機械零件課程設(shè)計手冊 中央廣播電視大學出版社 盧頌峰 主編 第 22 頁 共 22 頁 2 互換性與技術(shù)測量 中國計量出版社 廖念釗等 主編 3 機械原理 中央廣播電視大學出版社 張世民 主編 4 機械設(shè)計 中央廣播電視大學出版社 吳宗澤 主編 5 螺桿壓縮機 理論 設(shè)計及應用 機械工業(yè)出版社 荊子文 主編 6 無油潤滑壓縮機 機械工業(yè)出版社 朱圣東等主編 7 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 中央廣播電視大學出版社