螺杆压缩机3―5齿转子扭转角的计算

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第 10期2013年 10月机械设计与制造Machinery Design & Manufacture 19螺杆压缩机 3—5齿转子扭转角的计算刘厚根 一，黄 激 ，刘永胜(1．中南大学 机电工程学院 高性能复杂制造国家重点实验室，湖南 长沙 410083；2．长沙格林机械有限公司，湖南 长沙 410208)摘 要：螺杆转子，必须通过一定的科学方法，计算、选择出正确的扭转角。但目前为止，少有文献对转子扭转角的计算提出具体的方法。首先介绍了螺杆压缩机转予扭转角的计算原理。而后，详细描述了螺杆压缩机吸气流量的具体计算方法，以及3-5齿型转子对所对应的轴向吸气口的设计原理及方法、步骤，提供了最终的，符合实际要求的轴向吸气口形状和轴向吸气口面积数值的获取方法。最后，以有限迭代法，详细讨论和推导出了转子扭转角的计算、选择方法和具体操作步骤。

关键词：螺杆压缩机 ；3-5齿；转子扭转角中图分类号：TH16 文献标识码 ：A 文章编号：1001—3997(2013)10—0019—03The Calculation of Screw Compressor 3-5 Rotor Torsion AngleLIU Hou-gen ，HUANG Wei ，LIU Yong-sheng2(1．State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing，Colege of Mechanical and Electrical Engineering，Central South University Hu’nan Changsha 410083，China；2．Changsha Green Machinery Limited Company， Hu’nanChangsha 410208，China)Abstract：Screw rotor，must be calculated and chosen the right torsion angle by a certain scientifc method．But so ，thereis litle literature putforward concrete methods on rotor torsion angle cdculatio~A tfirst it introduces the calculation principleofthe screw compressor rotor torsion angle．A nd then describes in detail a calculation method ofscrew compressor suctionflowrate，and the design principles and methods，steps about the 3-5 tooth profile rotor to the corresponding axial air inlet wo8described detailedly．It provides the final，in line with the actual axial air inlet shape and the method that geting areanume rical ofthe axial air inlet．Finally，infinite iteration method，the rotor torsional angle calculation，selection method，andspecifc operation steps is derivedanddiscussedin detailKey W ords：Screw Compressor；3-5 Rotors；Rotor Torsion Angle1引言螺杆压缩机兼有往复式和离心式压缩机的许多优点，其应用范围越来越广泛Ⅲ。

法，进行探讨。

因此 2转子扭转角的计算依据近十年 ，国内各大螺杆压缩机生产厂家通过积极研发，和对生产制造技术的逐步改进，逐渐实现了重要部件国产化。

螺杆转子，是螺杆压缩机最重要的部件，直接决定了螺杆压缩机的质量和工作性能，是必须国产化的重要 目标。而在螺杆压缩机中，转子扭转角过小时，会导致压缩机性能恶化；扭转角过大时，又会使扭角系数过小，从而导致转子的容积效率过小目。因此，必须通过一定的科学方法，计算、选择出正确的扭转角，以提高螺杆转子的工作效率。

3_5齿型线转子，在欧美国家已经大量使用，但在我国却很少见。其具有比其它所有现有型线的螺杆压缩机转子更大的面积系数日。所以，将以3—5齿型线转子为例，对转子扭转角的计算方在各种设计手册、论文、专著等相关文献中，都对转子扭转角的计算和选择方法言之不详。要么，只是给出一个取值范围：(250～300)。；要么，就是对多个不同扭转角设计的实体整机进行实验 ，以确定某个扭转角的效率是最高嗍，因此浪费了大量的人力、物力和时间。

根据已有相关技术资料目，可知：由实验证实，若螺杆压缩机的气体吸人速度近似地等于螺杆接触线的轴向速度时：c= —
hn
— (1) 。 60 L式中：c—气体进人基元容积时的平均速度，即气体的吸入速度，In／s； 一阳转子导程，m； 一阳转子转速，r／min。

此时，容积效率可以提高(5—8)％。

又因为，由c的定义可知：来稿日期 ：2012—12—14基金项目：湖南省科学技术厅科技计Y~(2Ol1SK3010)作者简介：刘厚根，(1959一)，男，湖南长沙人，工学硕士，副教授，高级工程师，主要研究方向：机械增压器、数控机床2O 刘厚根等：螺杆压缩机 3—5齿转子扭转角的计算 第 1O期c= (2)式中： 一吸气流量，mvⅡIin；s，一吸气口面积，in ；所以，必须先求得吸气流量QJ和吸气口面积S的值。

3吸气流量的计算经分析得：专= ㈩式中： 一内容积比； —齿间容积能达到的最大值，即吸气终了容积，m ； 广压缩过程结束时的容积，m’； —排气流量，m lin。

又已知内压比 ：鲁 ，且空气的等熵指数 1．4。

所以，在理想状态下时，即P}P^ (内压缩终了压力等于排气压力)时，可得本螺杆压缩机的内压力比为：=每=半一 (4)式中：P 一吸气压力，一般为一个标准大气压，即约为 0．1MPa；P —在空气压力为 时的设计排气表压，MPa； _内容积比在理想状态下的理论计算值。

所以，可得：5f ， 、 7( ) (5) 、‘
J ，再因为，考虑了机构设计、制造的误差；容腔内空气的吸热膨胀效应；转子与转子之间、转子与壳体内腔之间的间隙泄漏等原因。

所以，根据经验，和相关书籍的参考数据12]，取其内容积比为 。则，将 代入式(3)中一已知 ，即可求得吸气流量Qf。

4吸气口面积的计算以国外已经大量使用的3-5齿转子型线为例，如图1所示。

图 1 3-5齿阴 、阳转子型线Fig．1 Molded Lines of 3-5 Teeth Female and Male Rotors可得阳转子的轴向吸气角f7l为：21T 1一 )]B (6)阴转子的轴向吸气角为：0／2
,= + (7)2式中：卢一阴转子螺齿侵人阳转子齿间容积瞬间的阳转子转角；z_阳转子齿数；卜阴、阳转子传动比，这里为 = 3；zl广阴转子齿数。

所以，理论的吸气口形状 ，如图 2所示。轴向吸气口的边界由曲线 1-2—3_4—5—6—7—8—9一lo_1组成。其中，1—2为阳转子齿间容积后方齿的前段型线；2—3_4—5—6为径向吸气 口在端面上的投影线；6-7为阴转子齿间容积后方齿的前段型线；7—8为阴转子的齿根圆；8-9—10为阴、阳转子的接触线(无油式双螺杆压缩机正常工作时，阴、阳转子实际上是没有接触的，只是处于一种近似于啮合的情形，由于齿间间隙的存在，理论上的接触线演化为实际中的间隙带目，以间隙密封的方式对容腔内的空气进行密封；所以，这里是假设两者啮合，以间隙带为参照，近似地得到一条“接触线”)在端面上的投影；10—1为阳转子的齿根圆。

图2理论的轴向吸气13Fig．2 Theoretical Axial Air Inlet但是，因为受到实际设计条件(轴承尺寸、材料承载能力等)的限制，实际设计的轴向吸气口必须将根圆适当地加大。所以，实际设计的轴向吸气口形状，如图3所示。

图3实际设计得到的轴向吸气口Fig．3 Real Axial Air Inlet by Designing参照图 2、图 3，可知实际设计的轴向吸气 口的边界应该由曲线 |t-2—3-4—5—6—7'-8'-9一l0'-1 组成。其中，i r-2为阳转子齿间容积后方齿的前段型线的一部分；6—7 为阴转子齿间容积后方齿的前段型线的一部分；7'-8 和 10 一1 为受到实际设计条件限制，而设计、选取的实际根圆，一般大小相等；8'-9—10 为阴、阳转子的接触线在端面上的投影的一部分。

最后，采用软件 Autodesk Inventor Professional 201 1的检验，测量面积功能，对吸气口面积进行测量，即可得到吸气 口面积为5J。

5扭转角的计算将求得的S和Q 代入式(2)中，即可求得即气体的吸人速度c。

且由式(1)求得导程h。

则，以有限迭代法，求解阳转子的扭转角，方法如下：已知，初选阳转子的扭转角为 "r,m(250。 r， 300。o又已知螺杆压缩机的实际容积流量目为：NO．1OOct．2013 机械设计与制造q =仇 。AD (8)式中：r／ 一容积效率； —扭角系数；c 。—螺杆压缩机的面积利用系数；A一阳转子的长径比；D广 阳转子的外径，m。

其中，叼．，受型线种类、喷油与否、压差、转速、气体性质等众多因素的影响。在实际计算中，可参照类似型号机器的试验数值选取。通常是叼，．=0．75加．95目。

可凭取得的扭转角 r- ，查找曙 到。

．
可由公式 ：刍，A。。、A02如图2所示求得。且DD，已知；分析实际容积流量q 的定义后，可知q~=Qj。则，由式(8)可以求得长径比A，进而求得螺杆转子螺齿部分的长度为：￡ =ADl (9)阳转子扭转角为：，rl =360。× (10)即可求得f若，250。 r。 300。，且求得的rlz与初选的 r。 相比较，误差在允许误差范围内，则对 。 进行圆整后，就是设计所需的阳转子扭转角。

若，250。 rlzs300。，且 rlz与 r 加相比较 ，误差大于允许误差范围。则，将．r， 取为下一轮计算的初选f。∞，重复上述的求解阳转子扭转角的计算过程。

若，rm<250。，则取阳转子扭转角为 ~m=250。；若 ，~m>300。，则取阳转子扭转角为 rlZ=300。

至于，阴转子的扭转角，则可以知道其为：flz=打lz (11)6结束语对 3—5齿转子扭转角的计算和选择方法进行了探讨。可以有效地帮助设计人员取得较适合的转子扭转角参数，从而缩短了产品的设计周期，提高了所设计螺杆压缩机的工作效率和市场竞争力。

参考文献[1]李文华，王红．喷油与无油螺杆压缩机的性能分析[J]．机械设计与制造，2006(12).

(ta Wen-hua，Wang Hang．The analysis of oil and non-oil screwcompressorperformance[J]．MachineryDesign&Manufacture，2006(12)．)[2]邢子文．螺杆压缩机一理论、设计及应用[M]．北京：机械工业出版社，2000．8(1)：69—76(2)：94—98.

(Xing Zi-wen．Screw Compressor—Theory，Design and Application[M].

Beijing：ChinaMachinePress，2000，8(1)：69-76(2)：94-98．)[3]N·斯托西奇，I·史密斯，A·科瓦切维奇．螺杆压缩机的数学模型和性能计算[J3．施普林格，2005(1)：9O.

(NStosic，ISmith，AKovaeevi~ScrewCompressorsMathematicalModelingandPerformanceCalulation[J]．Springer，2005(1)：90．)[4](英)PJ．Sir-gh．设计参数对喷油螺杆压缩机性能的影响[JJ．压缩机技术，1988(2).

((British)P．J．Singh．Impacts of the design parameters on the performanceofoil injection screw compressor[J]．CompressorTechnology，1988(2)．)[5]吴宝志．螺杆式制冷压缩机[M]．北京：机械工业出版社，1985(1)：124.

(wu Bao-zhi．Screw Type Refrigeration Compressor【Mj．Beijing：ChinaMachine Pres。1985(1)：124．)[6]陈刚．螺杆制冷压缩机中内容积比调节的分析[J]．化工生产与技术，2004。1 1(4).

(Chen Gang．Analysis about the adjustment of interior volume specifcratio of screw refrigeration compressor[J]．Chemical Production andTechnology，2004，ll(4)．)[7]陈丽丽2010.

方法与技术研究[D]．长沙：中南大学，(Chen¨-】i．The digital design method and technology re．arch of doublehelix rotors[D]．Changsha：Central South University，2010．)[8]熊伟 ，冯全科．双螺杆压缩机齿间间隙分布的计算EJ]．西安交通大学学报，2004，38(7).

(Xiong Wei，Feng Quan—ke．Calculation about the clearance distributionbetween teeth of double SCreW compres~r[J]．Journal of Xi’an JiaotongUniversity，2004，38(7)．)(上接第 18页)(Lei Fang．Geometric modeling and morphological analysis ofdraft tube ofhydraulic structure [J]．Journal ofEngineering Graphics，2006(3)：7一I1．)[6]王旭，张礼达．中小型混流式水轮机导水机构内部流场分析与研究[D]_成都：西华大学，2009.

(Wang Xu，Zhang Li-da．The flow analysis for gate operating mechanismofmiddle and small sized francis turbine[D]．Chengdu：Xihua university.

2009．)[7]韩 占忠，王敬，兰小平．Fluent一流体工程仿真计算实例与应用[M]．北京 ：北京理工大学出版社。2010.

(Han Zhan—zhong，Wang Jing，Lan Xiao—pin．Fluent-Fluid SimulationExamples and Application[M]．Beijin~Bering Institute of Technologypress，2010．)[8]黄首峰，郭虹，张绍林．基于 FLUENT的径向滑动轴承油膜压力仿真[J]．机械设计与制造，2012，260(10)：253—255.

(Huang Shou-~ng，Guo Hong，Zhang Shao-lin．Static characteristicssimulation ofjournal sliding bearing based on FLUENT [J]．MachineryDesign＆Manufaeture，2012，260(10)：253-255．)[9]Wisink J G．DNS of separating low Reynolds number flow in a turbinecascade with incomineg wakes[J]．International Journal ofHeat and FluidFlow，2003，24(4)：626—635.

[10]Piler M，Nobile E，Thomas J．DNS Study of turbulent transport at lowReynolds numbers in a channel flow [J]journal of Fluid Mechanics，2002(458)：419-441.