ｌ设计饼究 Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ 螺杆空压机排气孔口设计 罗胜洋。郑秀妍，陈世迪 （宁波欣达螺杆压缩机有限公司，浙江宁波３１５１１３） 【摘要】：螺杆压缩机排气孔口的位置及形状，对空压机的内压力比及轴功率有很大的影响。根据螺杆压缩机容积变化规 律及其结构特点，通过理论及实际相结合的方式计算出所需要的排气开始角度，并完成最终排气孔口的三维设计。 【关键词】：螺杆压缩机；排气孔口；内压缩角 中图分类号：ＴＨ４５５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６—２９７１（２０１８）０３—００２４—０４ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｖｅｎｔ Ｈｏｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｃｒｅｗ Ａｉｒ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ＬＵＯ Ｓｈｅｎｇ－ｙａｎｇ，ＺＨＥＮＧ Ｘｉｕ－ｙａｎ，ＣＨＥＮ Ｓｈｉ－ｄｉ （Ｎｉｎｇｂｏ Ｘｉｎｄａ Ｓｃｒｅｗ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ，３１５１１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｎｔ ｈｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｒｅｗ ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｒｅｗ ａｉｒ ｃｏｎ— ｐｒｅｓｓｏｒ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｓｔａｒｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｅｘｈａｕｓｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ａｎｄ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｎｔ ｈｏｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｖｅｎｔ ｈｏｌｅ；ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｇｌｅ 若使压缩机在最佳的工作状态下，应满足以下要 １引言 螺杆压缩机的研究主要是围绕提高螺杆压缩 机的性能展开，主要包括：螺杆压缩机型线设计 和转子几何；主机内部间隙（包括转子间间隙、 求【 】： （１）要保证设计工况所需要的内压力比或内 容积比； （２）耗功最小； 转子与机身间隙、转子与进气端及排气端间隙）、 气体泄漏和油的影响；热力学（泄漏、传热、油 气换热的数学模型，排气孔口流动）过程的研究； 刀具计算；压缩机转子振动与噪声，转子碰撞、 喷液螺杆机等方面的研究。 （３）保证具有良好的横向和轴向气密性； （４）轴向排气孔口，不要设置在啮合线之内； （５）应尽量减少封闭容积； （６）排气孔口要平滑，避免气流扰动。 本文主要讲述的是螺杆压缩机排气孔口的设 计，本次计算的转子为双边不对称型线，齿数比 １＝５：６；阳转子扭转角Ｔｌｚ＝３００。；卢 ３２．９。，卢：一 ４３．５ｏ；理论设计压力为０．９ ＭＰａ（绝对压力）。 螺杆压缩机排气孔口的位置及形状，对压缩 机功耗的影响非常大。因此，在设计排气孔口时， 收稿日期：２０１８—０３—０７ ２排气孔口 ２．１轴向吸气角［２１ 轴向排气孔口的开设可以保证气体在齿间容 积内实现预定的内压缩，以提高机器运转的经济 性。一般螺杆压缩机的机体和排气端轴承座是分 开的，因此轴向排气孑Ｌ口需开设在排气端轴承座 上，排气孔口位置由阳转子的排气开始角 及阴 ２４ ｌ２０１８年Ｏ３期（总第２６９期） 转子的排气开始角确定，而阳转子排气开始角Ｏｔ 由吸气角 。 及内压缩角 以及转子的结构参数确 定。 当齿间容积的侵占和解脱呈对称关系，则阳 转子的理论轴向吸气角 由（１）式确定。 ｌ。＝２＂ｒｒ（１一 ） １＋△咖１ （１） Ｚ１ 其中ａ４，，——阳转子吸气角修正值 ａ４，。＝ （２） 其中 。广～阳转子一个齿槽从填塞开始到结束 所转过的角度 １ｋ 。＋ （３） ｌ 通过计算初步确定阳转子理论吸气角 ＝ ２７７．６。。 ２．２齿间容积变化嘲 螺杆压缩机工作时，阴、阳转子的齿间容积 由于转子齿的彼此侵占而减少，从而实现压缩气 抛 啪 啪 如 。 体的目的，一般齿间容积变化曲线由３４－阶段组 成，如图１所示。 （１）第１阶段（０≤西 ≤ ）表示齿间容积开 始填塞，到阴转子到齿完全扫过阳转子在吸气端 面上的齿间容积； （２）第２阶段（咖 ≤ ≤ 。ｚ）表示阳转子转过 一个阳转子的扭转角时为止； （３）第３阶段（Ｔｌｚ≤ ≤ｒ。：＋ 。ｋ）表示齿间容 积转过扭转角后，至齿间容积完全填塞完成时为 止。 在实际的计算中，根据齿间容积变化曲线规 律，开始填塞的填塞容积等于阴转子后齿侵占阳 转子齿槽容积相等时的阳转子转角，即定义为吸 ５０ １００ １５０ ２００ ２５０ ３００ ３５０ ４００ 图１ 填塞容积 与阳转子转角 的变化曲线 ■２０１８年０３期（总第２６９期） 设计研究 Ｄ…ｅ…ｓｉ￣ｍ＆Ｒｅｓｅ（…１２一＂ｃｈ ｌ 图２阴转子后齿侵占容积变化曲线 气修正值△ 。。当阳转子转动到该角度时，阴、阳 转子齿槽容积达到最大值（进气端齿槽填塞容积 等于阴转子后齿侵占阳转子容积）。根据图２所示， 吸气修正值ａ４， 为２条曲线的交点所对应的纵坐标 角度３１．６。，代入式（１），从而计算出阳转子的实 际轴向吸气角Ｏｔ ＝２８６．７。。 ２．３ 内压缩角 。 在螺杆压缩机运行时，气体的压缩过程通常 终止于第２阶段，可根据所需要达到的内压力比 （ ＝０．９／０．１）来确定内容积比ｓ 及阳转子的内压缩 转角 。，其理论值为 （￣ｌｃ－＇Ｔｌｚ １一 ）＋（ · 一 Ｓｏ） （４） 其中 Ｃ厂扭转角系数 士 ——内容积比，Ｅｖ＝ｇｉ ．ｓ。＿＿－一阴、阳转子填塞面积值 Ａ 阴、阳转子齿间面积总和 在近似计算时（当西。＝０至 。 时，填塞容积 曲 线看作直线），式（４）可简化为 ，４１ｅ￣Ｔｌｚ（１一 ）＋ １ （５） 在实际的压缩机运转中，需考虑到基元容积 中的气体泄漏，喷油及其雾化时所占去的容积， 吸人气体的加热等因数的影响。因此需对式（５） 进行修正，如式（６） 咖１ ＝ １ （ ｌ一 一Ｃ＋￣ｇ／）＋ （６） ０ｉ 式中口——喷入和回流到吸气腔或基元容积内的 油量，一般取０．６％～ｌ％ ——计算内压力比时的修正系数，取０．９ 仇——容积效率，取０．８５ 根据式（６）计算得到０．９ ＭＰａ绝压时的实际内 设计研究 ＤｅｓｉｋｅＴ＆Ｒ￣， Ｐｆｆｒｆ。ｈ ．ＭＰａ Ｏ ７ ０ ６ Ｏ ５ ０ ４ ０ ３ Ｏ ２０ ●侵占，即阴阳转子未完全脱开，即与吸气修正值 ／ｆ ０ ９ ０ ８ △ ，相同（如图２中为２条曲线的交点所对应的纵坐 标角度），从而计算出阳转子排气角 ＝５０．５。。 利用阳转子的三维模型进行验证，当吸气端 面上阳转子转过２８２．４。时，该齿在排气端面上的所 对应的角度即为５０．５。。 ０ ： ／／ ／ ｌ ———————， 根据阴阳转子齿间容积同时排气的原则，阴 咖 转子的排气角Ｏ／ ４００ Ｏ０ ２００ ３００ 图３压力分布图 ｉｏｑａ＇￣． Ｚ２ （８） 压缩转角为西 ＝２８２．４。。通过图３压力分布图可知， 由式１０２．１。。 （８）计算得到阴转子的排气角 划为 实际的计算结果与压力分布图基本吻合。 ２．４轴向排气角 根据计算所得的阳转子排气角及阴转子排气 角，再结合阴阳转子组成型线，最终得到的轴向 （７） 阳转子排气角Ｏｔ。 为 Ｉｄ＝（２１Ｔ— ｌ 一—２＇—ｎ－）＋丁ｌ 一 ＋Ｄ ＺＩ 排气孔口形状如图４中蝴蝶形。图中曲线段ＡＢ为阳 转子后齿型线段，曲线段ＣＤ为阴转子前齿型线段， 曲线段ＤＥ为阴转子齿根圆周，曲线段ＥＦ为阳转子 齿顶圆周，曲线段ＦＧ为阴转子齿顶圆周，曲线段 其中 ——重叠角 重叠角的产生是由于阳转子的扭转角较大下 ３００。时，进气端面上阳转子齿槽转Ｎ３ｏｏ。时，在排 气端面上，相对应的阳转子齿槽还被阴转子齿所 ＡＧ为阳转子齿根圆周，曲线段ＢＣ为对应的径向排 气孑Ｌ口挖出部分，增加排气口面积，降低排气流 Ｉ ‘、＼ （ｈ） 图４轴向排气孔口形状 Ａ／ ＼Ｃ 排气端面 （ａ） （ｂ） 图５径向排气孔口形状 （下转第４１页） ２６ 瓣髓 ２０１８年０３期（总第２６９期）● 辅讥应用ｌ Ａ￣ｉｌｉａｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉ 不要取太小，因为工况条件所提供的设计参数与 现场实际参数一定误差，比如工业气成分、工业 ６结语 气进出压力、进出温度、进出水温度等，为保险 起见不建议给太长年限。 套管式换热器具有结构紧凑，节省材料，制 造工艺性好，运行可靠以及安装，检修方便等特 ５套管式换热器的维护 点。但是它也存在着不足之处，这类换热器流通 面小、易达到高速流动、有利于换热的单一传热 套管式换热器的维护主要是靠定期的去清洗， 方式和传热效率已经不能满足实际工作和生产， 如果设备长期运行，就会出现被水垢堵塞情况， 对于消耗金属量大，结构较为笨重，结合套管式 会使设备出现效率降低、能耗增加、寿命缩短等 换热器优缺点再借鉴管壳式换热器的优点来对它 问题。如果不能及时清除设备内的水垢，还会使 进行研究和改进，套管式换热器才会更加的完善， 换热器面临维修、停机或者报废的危险。生产中 市场的应用率才会越来越高。 传统的清洗方式一般为机械方法（如刮、刷等）、 参考文献： 高压水、化学清洗（酸洗）等，但是用这些方法 ［１】谭天恩，窦梅，周明华，等．＇ｇｇ－Ｔ－Ｎ￣［Ｍ］．北京：化学．Ｔ－业 清洗换热器时会出现很多问题，如水垢等沉积物 出版社．２００６：１８５—２０３． 清洗不彻底，容易对设备造成严重的腐蚀，尤其 ［２】钱颂文．换热器设计手册【Ｍ】．北京：化学工业出版社， 是残留的酸，容易对设备产生二次腐蚀或垢下腐 ２００２． 蚀，最终导致设备无法正常运行。而且，工业单 ［３】郑津洋，董其伍，桑芝富．过程设备设计【Ｍ］．北京：化学工 位在清洗处理时需要大量资金进行废水处理，以 业出版社． 防止有毒的清洗液带来不必要的污染及危害。所 【４］兰州石油机械研究所．换热Ｓｇ［Ｍ］．北京：中国石化出版 以现在企业可采用高效环保清洗剂，它具有高效、 社，２０１３，Ｏ１． 环保、安全、无腐蚀等特点，而且清洗效果特别 【５］王沛．制药原理与设备［Ｍ】．上海：上海科学技术出版社， 好，还可以延长设备的使用寿命。 ２０１４．０３． （上接第２６页） 计算出所需要的内缩角，从而可以得到阴、阳转 速；各曲线段之间采用圆弧过渡，便于加工铸造。 子的排气开始角度，结合型线设计出便于加工的 排气孔口。根据压缩气体的流速，确定是采用单 ３径向排气孔口嘲 独的轴向排气孔口或者轴向与径向同时的排气孔 为了降低排气流速，在开设轴向排气孔口的同 口。 时，还将机身沿轴向挖空作为径向排气孔口，挖去 参考文献： 的深度不得超过阴、阳转子前齿相交的高度，其形 【１】李文林，周瑞秋，赵超人．回转式制冷压缩机［Ｍ】．北京：机 状如图５中机体转子孔交线处三角形区域Ａ 一ｃ。 械工业出版社。１９９２． 为了便于加工，径向排气孔口采用一个最高点Ｂ， ［２］邓定国，柬程鹏．回转压缩机［Ｍ］．北京：机械＿ｒ－，＿ｌｋ出版社， １９９８． 点为阴、阳转子外圆螺旋线的交点， 和日一ｃ分 【３】俞论．螺杆压缩机吸气孔口设计【Ｊ】＿压缩机技术，２０１７，２． 别为排气端面上阳转子及阴转子的外圆螺旋线。 【４］邢子文．螺杆压缩机理论、设计及应用【Ｍ】．北京：机械工 业出版社，２０００． ４结语 ［５】闵联营，董华松．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ程序设计［Ｍ】．北京：北京大 在螺杆压缩机吸排气孔口的设计时，首先需 学出版社。２００６，１． 要了解阴、阳转子齿间容积的变化规律，可通过 作者简介：罗胜洋（１９８２一），男，工程师，现在宁波欣达螺杆压缩机 计算机程序编制模拟出齿间容积的变化规律，再 有限公司工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｕｏｓｙ＠ｎｂｘｄ．ｃｏｒｎ 一２０１８年ｏ３期（总第２６９期）