螺杆压缩机的设计与分析(附件)【字数：12229】
摘 要摘 要压缩机在工程上应用广泛，种类繁多，但其工作原理都是消耗机械能或电能而获得压缩气体。压缩机已成为国民经济各部门中的重要通用机械，与现代工业和生活的各个邻域密切相关。螺杆压缩机作为一种比较新颖的压缩机，与其他类型的压缩机相比，因其宽广的容量和工况范围等显著的优点，螺杆压缩机具有非常广阔的市场空间。可见，研究螺杆压缩机的工作性能具有十分重要的意义。本文主要基于容积式压缩机的工作原理及机构特点，以SC标准气缸和螺杆为基础，设计了可用于压气机性能曲线测定的实验装置，并对电动机、霍尔转速传感器、微动开关、压力变送器及电磁阀等设备进行了选型，测试了该装置的性能曲线。同时本文还结合了气体状态方程等热力学基础知识，计算了该装置的相关参数，并对该装置的压缩和膨胀过程进行了分析，揭示了压缩机工作热力过程，计算结果与实验结果较为吻合，其结果可为更清楚地了解其压缩性能，为螺杆压缩机的生产设计提供理论基础。关键词螺杆压缩机；设计；性能曲线；热力过程
Key words: screw compressor; design; performance curve; thermodynamic process 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究螺杆压缩机的意义及目的 1
1.2 螺杆压缩机的研究现状与发展 1
1.3 本文的主要内容 3
第二章 装置的设计 5
2.1 设计思路 5
2.2 设计对象 5
2.3 螺杆设计 6
2.4 辅助推杆和轴套的设计 9
2.4.1 轴套的设计 9
2.4.2 辅助推杆的设计 9
2.5 联轴器的选型设计 10
2.6 装置总布置图 11
2.7 本章小结 12
第三章 装置设备的选型 13
3.1 电机的选择 13
3.2 转速传感器的选择 14
3.3 微动开关的选择 15
3.4 压力变送器的选择 16
3.5 电磁阀的选择 16
3.6 本章小结 17
第四章 螺杆式压缩机装置的安装与调试 18
4.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
各结构及设备的安装 18
4.2 C1000无纸记录仪 19
4.3 调试 20
4.3.1 装置的试运行 20
4.3.2 实验装置性能曲线测定实验 20
4.4 本章小结 22
第五章 实验装置的参数计算与热力学分析 23
5.1 原始数据 23
5.2 热力计算 23
5.2.1 排气温度 24
5.2.2 复算排气量 26
5.3 膨胀和压缩过程 27
5.3.1 压缩过程 28
5.3.2 膨胀过程 28
5.3.3 过程分析 29
5.4 本章小结 31
结 论 33
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 研究螺杆压缩机的意义及目的
当今社会，在有限的能源下，减少能源损耗俨然成为机械行业的一大追求的目标，而螺杆压缩机作为一种消耗电力的机械设备，相比与其他类型压缩机，在40%以上负荷时的调节更为经济。螺杆压缩机属于回转式压缩机，且同时具有活塞式和动力式（速度式）两者的特点，具有转速高、动力平衡性好、可靠性及适应性强在实际应用上无喘振等显著优点占据压缩机的主导机型。今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大，为提高我国螺杆压缩机设计和制造水平,提高独立知识产权和核心技术，增强市场竞争力，研究和设计螺杆压缩机显得尤为重要。通过本次设计，以准确理解计算和分析压缩机的工作过程，以及如何进一步提高其性能、效率和拓展其应用领域，使螺杆压缩机能更好地满足市场需求，更好服务于我们的生活和生产。同时，也有助于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 螺杆压缩机的研究现状与发展
螺杆压缩机的设计理论研究主要围绕两个方面展开，一方面是工作过程数学模拟；另一方面是测录工作过程PV指示图。其中包括建立完整的热力学模型和数学模型，在考虑泄漏、传热、补气等因素基础上，以全面分析螺杆压缩机的工作过程。西安交通大学通过研究，得到了螺杆压缩机工作过程数学模型的基本控制方程组. 此偏微分方程能描述螺杆压缩机工作过程特性 ,可求出工作过程中压缩腔内气体的压力、温度等微观性能参数, 并求出压缩机的排气量 、轴功率等宏观热力性能参数[1]。其次，为了解决复杂的设计计算，西安交通大学学邢子文等人基于运用Visual Basic程序设计语言，开发了SCCAD螺杆压缩机设计计算软件。该软件集成了螺杆压缩机设计理论和关键技术等内容, 包含了关于螺杆压缩机的6项设计计算模型及程序，是国际上最先进的螺杆压缩机设计计算软件[2]；能高效地进行设计计算,缩短转子的设计周期,解决了螺杆压缩机行业自主设计螺杆压缩机的共同性难题。
螺杆压缩机的工作过程PV图揭示了其内部的微观特性，有助于全面了解压缩机的工作状态，螺杆压缩机的PV图测录的难度在于由于螺杆压缩机转速较高，并且其齿间工作容积在不断变化。通过合理选择安装传感器进行数据采集，能够极大地帮助我们测录螺杆压缩机的的工作过程PV图。西安交通大学通过研究，借助装在阴转子上的微小压力传感器和高速数据采集系统得到其PV图，另外还通过可视化研究，测量了喷油螺杆压缩机的喷油雾化状态和油在压缩腔内的分布[3] 。压缩机喷油过程时，大量油被喷入压缩机的齿间，这部分油与压缩气体发生接触后，一方面吸收了一部分的压缩热，降低了排气的含油量，另一方面还能降低噪声。压缩机在工作过程时，工作油压、油量对压缩机的喷油影响重大。随着不断地研究与发展，在喷油技术方面也取得了技术进步，从喷油孔口的大小位置、喷油量、喷油温度等参数对压缩机的特性进行了研究。
近年来，为提高螺杆压缩机的性能，通过研究螺杆压缩机的内部结构，人们还围绕螺杆压缩机的螺杆齿形和型线几何两个方面来加以研究。螺杆压缩机的转子的端面型线对螺杆压缩机性能的影响不可忽视。型线的发展大致经历了三代历程，第三代齿形主要以SRMD齿形为代表。其次，精密的专用数控加工机床也为任何型线的加工奠定了更好的基础。采用数控加工机床，加工时能更好地精确设定各点间隙，在已知的理论型线基础上，考虑了补偿加工误差和转子工作时的变形，最后利用铣刀和砂轮刃形根据得到的实际型线进行加工。目前，国内螺杆压缩机的生产主要采用的外国进口的数控磨床，如德国的Kapp和Klingelnber精密转子磨床，该磨床磨削精度高、自动化高，并采用了“不等距法”设计啮合间隙，极大地提高了转子加工的效率与精度，从而改善了螺杆压缩机的机械性能。近来,Holroyd公司开发了一种新型转子磨床。该机床集成磨床 、砂轮修整器 、三坐标测量机于一体 , 在加工过程中可实时测量工件 ,修整砂轮,从而使加工的螺杆转子的齿廓误差在±5μm 的区域内[4] ，极大地提高了螺杆转子的工艺水平。此外，采用可变螺距转子可以提高压缩机的效率。伦敦城市大学Sham Rane等人通过研究得到了一种能够计算其工作区域内三维瞬变流体的数字网格，借助此网格来计算压缩机的流体动力学（CFD）分析其性能，从而解决了可变螺距生产上的限制[5]。
Key words: screw compressor; design; performance curve; thermodynamic process 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究螺杆压缩机的意义及目的 1
1.2 螺杆压缩机的研究现状与发展 1
1.3 本文的主要内容 3
第二章 装置的设计 5
2.1 设计思路 5
2.2 设计对象 5
2.3 螺杆设计 6
2.4 辅助推杆和轴套的设计 9
2.4.1 轴套的设计 9
2.4.2 辅助推杆的设计 9
2.5 联轴器的选型设计 10
2.6 装置总布置图 11
2.7 本章小结 12
第三章 装置设备的选型 13
3.1 电机的选择 13
3.2 转速传感器的选择 14
3.3 微动开关的选择 15
3.4 压力变送器的选择 16
3.5 电磁阀的选择 16
3.6 本章小结 17
第四章 螺杆式压缩机装置的安装与调试 18
4.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
各结构及设备的安装 18
4.2 C1000无纸记录仪 19
4.3 调试 20
4.3.1 装置的试运行 20
4.3.2 实验装置性能曲线测定实验 20
4.4 本章小结 22
第五章 实验装置的参数计算与热力学分析 23
5.1 原始数据 23
5.2 热力计算 23
5.2.1 排气温度 24
5.2.2 复算排气量 26
5.3 膨胀和压缩过程 27
5.3.1 压缩过程 28
5.3.2 膨胀过程 28
5.3.3 过程分析 29
5.4 本章小结 31
结 论 33
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 研究螺杆压缩机的意义及目的
当今社会，在有限的能源下，减少能源损耗俨然成为机械行业的一大追求的目标，而螺杆压缩机作为一种消耗电力的机械设备，相比与其他类型压缩机，在40%以上负荷时的调节更为经济。螺杆压缩机属于回转式压缩机，且同时具有活塞式和动力式（速度式）两者的特点，具有转速高、动力平衡性好、可靠性及适应性强在实际应用上无喘振等显著优点占据压缩机的主导机型。今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大，为提高我国螺杆压缩机设计和制造水平,提高独立知识产权和核心技术，增强市场竞争力，研究和设计螺杆压缩机显得尤为重要。通过本次设计，以准确理解计算和分析压缩机的工作过程，以及如何进一步提高其性能、效率和拓展其应用领域，使螺杆压缩机能更好地满足市场需求，更好服务于我们的生活和生产。同时，也有助于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 螺杆压缩机的研究现状与发展
螺杆压缩机的设计理论研究主要围绕两个方面展开，一方面是工作过程数学模拟；另一方面是测录工作过程PV指示图。其中包括建立完整的热力学模型和数学模型，在考虑泄漏、传热、补气等因素基础上，以全面分析螺杆压缩机的工作过程。西安交通大学通过研究，得到了螺杆压缩机工作过程数学模型的基本控制方程组. 此偏微分方程能描述螺杆压缩机工作过程特性 ,可求出工作过程中压缩腔内气体的压力、温度等微观性能参数, 并求出压缩机的排气量 、轴功率等宏观热力性能参数[1]。其次，为了解决复杂的设计计算，西安交通大学学邢子文等人基于运用Visual Basic程序设计语言，开发了SCCAD螺杆压缩机设计计算软件。该软件集成了螺杆压缩机设计理论和关键技术等内容, 包含了关于螺杆压缩机的6项设计计算模型及程序，是国际上最先进的螺杆压缩机设计计算软件[2]；能高效地进行设计计算,缩短转子的设计周期,解决了螺杆压缩机行业自主设计螺杆压缩机的共同性难题。
螺杆压缩机的工作过程PV图揭示了其内部的微观特性，有助于全面了解压缩机的工作状态，螺杆压缩机的PV图测录的难度在于由于螺杆压缩机转速较高，并且其齿间工作容积在不断变化。通过合理选择安装传感器进行数据采集，能够极大地帮助我们测录螺杆压缩机的的工作过程PV图。西安交通大学通过研究，借助装在阴转子上的微小压力传感器和高速数据采集系统得到其PV图，另外还通过可视化研究，测量了喷油螺杆压缩机的喷油雾化状态和油在压缩腔内的分布[3] 。压缩机喷油过程时，大量油被喷入压缩机的齿间，这部分油与压缩气体发生接触后，一方面吸收了一部分的压缩热，降低了排气的含油量，另一方面还能降低噪声。压缩机在工作过程时，工作油压、油量对压缩机的喷油影响重大。随着不断地研究与发展，在喷油技术方面也取得了技术进步，从喷油孔口的大小位置、喷油量、喷油温度等参数对压缩机的特性进行了研究。
近年来，为提高螺杆压缩机的性能，通过研究螺杆压缩机的内部结构，人们还围绕螺杆压缩机的螺杆齿形和型线几何两个方面来加以研究。螺杆压缩机的转子的端面型线对螺杆压缩机性能的影响不可忽视。型线的发展大致经历了三代历程，第三代齿形主要以SRMD齿形为代表。其次，精密的专用数控加工机床也为任何型线的加工奠定了更好的基础。采用数控加工机床，加工时能更好地精确设定各点间隙，在已知的理论型线基础上，考虑了补偿加工误差和转子工作时的变形，最后利用铣刀和砂轮刃形根据得到的实际型线进行加工。目前，国内螺杆压缩机的生产主要采用的外国进口的数控磨床，如德国的Kapp和Klingelnber精密转子磨床，该磨床磨削精度高、自动化高，并采用了“不等距法”设计啮合间隙，极大地提高了转子加工的效率与精度，从而改善了螺杆压缩机的机械性能。近来,Holroyd公司开发了一种新型转子磨床。该机床集成磨床 、砂轮修整器 、三坐标测量机于一体 , 在加工过程中可实时测量工件 ,修整砂轮,从而使加工的螺杆转子的齿廓误差在±5μm 的区域内[4] ，极大地提高了螺杆转子的工艺水平。此外，采用可变螺距转子可以提高压缩机的效率。伦敦城市大学Sham Rane等人通过研究得到了一种能够计算其工作区域内三维瞬变流体的数字网格，借助此网格来计算压缩机的流体动力学（CFD）分析其性能，从而解决了可变螺距生产上的限制[5]。
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