螺桿空氣壓縮機高能效設計法

螺桿空壓機是一種定容、回轉式壓縮機，主要通過(guò)螺桿的嚙合和回轉運動(dòng)，完成吸氣-封閉-壓縮-排氣周期。其優(yōu)點(diǎn)是堅固耐用、維護方便，其缺點(diǎn)是輸出壓力不甚穩定，同等條件下的能源效率不及活塞空壓機。螺桿空壓機又分為雙螺桿空壓機和單螺桿空壓機，目前市場(chǎng)占有率較大的是雙螺桿空壓機，具有絕大多數，但某些廠(chǎng)家的優(yōu)質(zhì)單螺桿空壓機也不可小覷。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，壓縮空氣凈化設備就是能對壓縮空氣進(jìn)行凈化處理的設備，也稱(chēng)壓縮空氣后處理設備。

空壓機排出的壓縮空氣含有相對濕度的水份、微量的雜質(zhì)和微量的油份；壓縮空氣的應用領(lǐng)域很廣，當應用工藝對壓縮空氣品質(zhì)有要求時(shí)，就必須配置壓縮空氣凈化設備；因此，應根據應用工藝的要求合理選配凈化設備。

1、引言

　　節能、環(huán)保、低碳是世界能源經(jīng)濟的核心競爭力，為此我國近年針對壓縮機的高效節能補貼惠民工程已開(kāi)始實(shí)行，所以提高能效比功率成為當前設計工作的首要目標。但目前空氣壓縮機領(lǐng)域在材料和結構原理還沒(méi)有實(shí)現革命性突破的背景下，如何在壓縮機關(guān)鍵零配件的設計方法上尋求更新的節能點(diǎn)，就成為國產(chǎn)化需要完成的任務(wù)。同時(shí)也需要解決降低噪音、延長(cháng)主機使用壽命、提高可靠性等匹配問(wèn)題，來(lái)實(shí)現產(chǎn)品整體性能的提升。前提是需要有螺桿和機殼先進(jìn)的進(jìn)口加工檢測設備，例如專(zhuān)業(yè)螺桿銑、螺桿磨、三坐標、加工中心等高精度設備，這樣才能使加工精度和效率得到有效的保證，在達到批量化生產(chǎn)狀態(tài)后的同時(shí)，驗證了新設計生產(chǎn)工藝的可行性。

　　2、螺桿主機設計方法解析

　　2.1 精度、關(guān)鍵零配件的特定設計

　　排氣端采用了四點(diǎn)球和短圓柱的軸承搭配組合，P5級精度C2游隙考核；裝配采用最大實(shí)體原則，機體和螺旋轉子加工按5級精度技術(shù)要求，包括重要的軸兩端中心孔。

　　排氣端螺桿鎖緊采用防反轉的專(zhuān)用鎖緊螺母配涂螺紋膠水，達到有效定位預緊。排氣端采用頂環(huán)與專(zhuān)用蝶形彈簧的組合來(lái)有效定位軸承外圈和調節排氣間隙，來(lái)實(shí)現軸向和徑向精確定位，調節間隙采用5～7mm基準調墊，裝配更加方便也可提高裝配效率。螺旋轉子的兩端軸頸采用多溝槽設計，防抱死。螺旋轉子吸氣端的加工可倒角，但排氣端不許倒角設計。\

　　2.2排氣端面改進(jìn)設計

　　機體排氣端面采用內間隙槽新穎設計，可減小排氣間隙0.02mm左右，而傳統的設計方法是在螺旋轉子的排氣端倒角設計，有效提高排氣量，降低軸功率，可防燒結頂死。
　　2.3 排氣蝴蝶口新穎設計

　　排氣蝴蝶口執行0~3mm漸進(jìn)式挖空設計，降低排氣噪音，也可提前過(guò)渡性排氣來(lái)提高內壓縮比，從而提高效率。吸氣口增加徑向流線(xiàn)型吸氣擋板進(jìn)行分流導向，有效控制吸氣噪聲，也可提高吸氣效率。詳見(jiàn)圖3。


　　2.4 增加三處貯油槽的設計

　　可以有效降低泄漏率，并給軸承充分的潤滑和冷卻，特別在特殊下運行工況下非常有效，如開(kāi)機、環(huán)境溫度低、突然停車(chē)、長(cháng)時(shí)間停車(chē)等情況下，可提高軸承高負荷的可靠性，提高使用壽命。詳見(jiàn)圖4。


　　2.5采用高效吸氣角

　　延伸吸氣角1～2度，參照型線(xiàn)方程參數準確計算，提前進(jìn)行吸氣，可提高吸氣效率，并提高壓縮比，提高比功率。見(jiàn)圖5。


　　3、產(chǎn)品工藝驗證的經(jīng)驗及基本技術(shù)設計要求

　　隨著(zhù)近年來(lái)國內宏觀(guān)經(jīng)濟的持續快速發(fā)展，國內用作空氣動(dòng)力的螺桿壓縮機制造行業(yè)取得了長(cháng)足的發(fā)展，特別是通過(guò)對國外先進(jìn)制造技術(shù)和裝備的持續引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng )新過(guò)程，行業(yè)制造技術(shù)逐漸實(shí)現了全部進(jìn)口向國產(chǎn)化發(fā)展的態(tài)勢，打破了國際制造企業(yè)在國內市場(chǎng)的壟斷地位，在中低端市場(chǎng)開(kāi)始具備一定優(yōu)勢，而在高端市場(chǎng)，還是以合資以及進(jìn)口品牌占據市場(chǎng)主導地位。那么我們在一些細節設計和創(chuàng )新設計方面需要更多注重，才能不斷提高國產(chǎn)化的整體水平。為此機體的細節設計和轉子型線(xiàn)的設計做以下剖析：



　　3.1機體設計要求

　?。?）機體鑄件材質(zhì)HT250，經(jīng)人工時(shí)效處理，回火以消除內應力，時(shí)效處理后硬度為HB190～230；

　?。?）機體鑄件不容許有裂紋、縮孔、疏松和砂眼等鑄造缺陷，不許補焊；

　?。?）未注明之鑄造需要倒圓角，銳角倒鈍；

　?。?）非加工面應平整光滑，加工前應徹底清砂、浹渣、飛邊、噴砂處理，表面清砂后應呈金屬光澤，外表面應涂紅丹底漆，內腔不應噴漆；

　?。?）水壓試驗壓力為2.5MPa，保壓30min，不可有滲漏；

　?。?）除銷(xiāo)孔、轉子孔外，其他各孔（連接孔、油孔等）中心線(xiàn)的位置度必需準確控制，內部氣腔壁應光滑過(guò)渡，進(jìn)排氣孔口螺旋線(xiàn)應準確，允許誤差±1mm，并應修整光滑；

　?。?）蝴蝶形排氣口邊緣尺寸的公差為:±0.05mm；

　?。?）連接孔、油孔等中心線(xiàn)距離基準的位置度為φ0.1。

　　3.2螺旋轉子設計要求

　　作為螺桿式壓縮機的核心部件，螺桿主機尤其是主機轉子的型線(xiàn)研發(fā)決定著(zhù)螺桿式壓縮機產(chǎn)品的性能檔次，但是國內大部分空壓機企業(yè)主機技術(shù)仍部分依賴(lài)進(jìn)口，極少有企業(yè)具備自主設計并生產(chǎn)主機的能力。
采用新一代專(zhuān)利齒形即雙螺旋主機公、母轉子齒數比為5:6，組成齒廓的參數方程為圓弧、圓弧包絡(luò )、擺線(xiàn)、點(diǎn)、橢圓優(yōu)化組合方案，相鄰兩段組成齒形曲線(xiàn)在連接點(diǎn)處以切線(xiàn)斜率過(guò)渡。高精度螺旋齒廓的設計和加工：在理論齒廓分段方程的基礎上，將螺旋公轉子和螺旋母轉子工作側的齒廓方程采用空間曲線(xiàn)方程切線(xiàn)斜率逼近弧微分法，獲得實(shí)際齒廓分段方程，由此獲得0.02mm~0.035mm的高精度且均勻的齒廓空間工作間隙，接觸線(xiàn)短，泄漏量小，齒間面積利用率高，呈流線(xiàn)型，氣動(dòng)阻力小，比功率低，提高效率。加工技術(shù)：主機轉子加工以精磨代替傳統銑削，采用高精度磨床沿螺旋公轉子與螺旋母轉子節圓嚙合零對零接觸帶的高壓工作側進(jìn)行空間軛合展成法磨削加工，加工精度步長(cháng)在0.001mm級別，保證陰陽(yáng)轉子嚙合平順，低噪低振動(dòng)，運行效率高。
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