螺杆压缩机设计理论与关键技术的研究和开发

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图1 螺杆压缩机工作过程示意图螺杆压缩机又叫做螺旋式压缩机，主要包括螺杆工艺压缩机、螺杆空气压缩机。该机械设备具有操作简单、较高的可靠性、简单的结构以及便于维修保养等特点，在石油、化工、空气动力等领域中运用十分普遍。在1978年我国开始设计并生产了螺杆压缩机，在某种程度上满足了市场对螺杆压缩机的需要，但是由于技术落后，使得所生产出的产品噪音较大、能源消耗较高。因此，我国应该加强对螺杆压缩机的研究与开发，以便满足市场与工业发展的需要。

1.关于螺杆压缩机 的设计理论1.1设计理论研究螺杆压缩机的-种运用较为广泛且新型的回转压缩机，主要由阳螺杆与阴螺杆构成，这对螺杆是相互啮合且平行的。该设备的工作情况见下图1，由图可知转子断面就是排气断面，照顺时针方向对阳转子进行旋转，照逆时针方向对阴转子进行旋转，两个转子之间相互啮合且同时进行旋转，从而构成工作腔容积的改变，最终完成-系列的工作过程 [1]。实际情况下，螺杆压缩机的工作过程就是-个变质量热力的过程，它受到很多因素的综合影响。所以，要想正确、清楚了解螺杆压缩机的实际工作情况，就必须构建与螺杆压缩机动力特点与热力性能相融的数学模型。 (见图1)1.11.螺杆压缩机工作过程的数学模型：应该建立热力学模型，且将传热、补气、工质物性、结构参数以及喷油等多种影响因素考虑进去，使模型与仿真软件能够对螺杆压缩机的工作过程进行分析与研究，以便较好的处理该设备设计优化以及性能预测的问题，进而为之后螺杆压缩机的设计与开发打下坚实的基础，以下是其工作过程数学模型基本控制方程组的数学公式：dO--∑% . .矧皿dO--l 割 .剖J d栅r.t·f∑ - 剖l 割，J ∑ ∑ 。

r。皿dO. ∑：- 业 ·- 山dO- d0 d0(1)1.1.2.计算排气压力脉动的数值：螺杆压缩机出现振动与噪音的原因主要在于排气压力脉动，在对其展开分析与研究过程中，研究人员能够掌握螺杆压缩机出现振动与噪音的机理，这不但能够提供有关管路系统振动分析的理论依据，并能够为设计螺杆压缩机排气孔口与流道的打下坚实的基础，进而使振动与噪音能够得到有效的控制 [2]。在进-步研究排气压力脉动之后，发现在对螺杆压缩机的排气压力脉动进行分析时，采用平面波动理论完全适合，因为其振动的幅度比平面波动理论的范围要大，所以对螺杆压缩机排气压力脉动的模拟计算，采取 -维非定常气流方程组”，这能够有利于对排气压力脉动机理的进-步掌握，从而为之后降低噪音打下研究的基矗具体的公式下：：j ㈨ fp J：-I爱刊剥de专(2)1.2相关实验研究以下将对螺杆压缩机油分布的可视化进行研究。在研究过程中发现润滑油的分布与雾化将会对螺杆压缩机的可靠性、泄漏等产生-定的影响。由于数学模型无法计算或正确描述油的分布状况，因此，本次研究使用自行搭建的油分布可视化实验台与PIV激光测试设备，对螺杆压缩机的油分布情况的可视化进行了研究，发现螺杆压缩机泄露程度的主要影响因素是喷油，进而掌握螺杆压缩机中各个间隙的分布情况，以便加强其可靠性与热力性能。

2.螺杆压缩机关键技术的开发2.1螺杆转子刀具刃形设计的关键技术通过螺杆压缩机设计理论的研究发现，压缩机性能受到转子间隙的影响，其转子间隙又受到例如喷油、加工等的影响，可见，要想将螺杆压缩机朝产业化方向发展，就必须处理好刀具刃形的设计技术 [3]。在本次研究中，采用不等距方法对啮合间隙进行设计，并在节圆周围安装驱动带，形成转子刀具刃形的设计，这种设计技术能够使转子加工的效率与精细度得到提升，从而有效改进压缩机的可靠性。

螺杆压缩机的性能受到刀具刃形的影响，在对转子进行加工时，刀具刃形能够确保转子型线的精细度。在型线理论的前提下，应该对各点之间的间隙进行设定，这能够避免转子在工作过程时出现变形，且能够对加工出现的误差进行补偿。本次研究中对间隙的设定时，详细的分析且计算了型线的各个位置的变形情况，构成了啮合间隙设定的不等距方法，且在刀具刃形设计过程中加入该方法。

2.2螺杆压缩机调节的设计与研究螺杆压缩机进行运作时，外部的使用情况将会对其带来-定的影响。因此，应该对其本身的运作情况进行有效的调节，以便确保螺杆压缩机的使用效率。此外，设备的可靠性以及性能与压缩机的润滑系统有-定的关联。本次对螺杆压缩机的内容积比与能量调节机理进行了研究，且给出了 只对有关的油路中的电磁阀进行控制，就能对内容积比与能量进行同步调整的-种较为新型的调节机构”。

Academic学术究，改善螺杆空气压缩机的型线。在-个方面上使转子所承受的气体轴向力得到-定的下降，延长了压缩机的使用期限；另-个方面上能科学分配转子间的力矩。

4.对螺杆工艺压缩机的改进螺杆工艺压缩机普遍在石油、化工企业中运用。目前，我国石油企业所使用的螺杆工艺压缩机是引进国外的产品，这是因为螺杆工艺压缩机的设计难度比较大，国内对该方面的设计技术还不够成熟。在本次研究技术的指导下，改进了国外的喷水螺杆解析气压缩机〖虑到该种螺杆压缩机使用的具体情况，研究了-种转子新型线，该型线具有较高的效能。螺杆压缩机进行改进之后，其可靠性得到有效的提升，且提高了其排气量，降低了耗水量，使得 PSA设备的整体产量得到明显的提升，且所需的运行成本也有所下降，提高了企业的经济效益。

5.结束语本文对螺杆压缩机的设计理论进行分析与研究，且构建压缩机工作过程的实验测录以及数学模型，并对相关理论进行实验分析，将螺杆压缩机的动力性能、热力性能和转子型线设计的有关参数内部情况进行全面且精确的说明，构成了-套全面的螺杆压缩机设计理论。之后在设计理论研究的前提下，对很多关键性的技术进行研究，例如转子刀具刃形的设计技术等，从而对当前行业中存在的共性进行处理与解决，以便达到螺杆压缩机产品研究与开发，且实现产品批量生产的目标，使所生产出来的新型螺杆压缩机能够在石油、化工、空调制冷以及空气动力等领域中得到广泛的使用。