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螺杆壓縮機設計理論與關鍵技術的研究和開發

文字:[大][中][小] 手機頁麵二維碼 2019/2/27     瀏覽次數:    
    螺杆壓縮機設計理論與關鍵技術的研究和開發
    摘要:基於螺杆壓縮機熱、動力學的理論研究,建立了螺杆壓縮機工作過程中熱力學、動力學計算的數學模型,並在螺杆壓縮機工作過程指示圖錄取、壓力脈動測試、轉子軸向力測量、油分布的可視化等實驗研究基礎上,揭示了螺杆壓縮機熱、動力性能與轉子型線等設計參數之間的內在規律,建立了完整的螺杆壓縮機設計理論.在設計理論的指導下,開發了轉子型線設計、刀具刃形設計、SC-CAD設計等技術和軟件,與本行業知名企業合作開發係列產品,並實現大批量生產,使新產品廣泛應用於製冷空調、空氣動力和石油化工等領域,實現了我國螺杆壓縮機產品的更新換代,推動了我國壓縮機行業的技術進步和產業結構優化
    關鍵詞:螺杆壓縮機; 設計理論; 關鍵技術

    產品開發在掌握螺杆壓縮機設計理論和攻克了多項關鍵技術之後 ,與知名企業合作, 開發了 36 個型號的開第 7 期 邢子文, 等:螺杆壓縮機設計理論與關鍵技術的研究和開發啟式 、18 個型號的封閉式螺杆製冷壓縮機和 15 個型號的螺杆空氣壓縮機, 並改進了一種螺杆工藝壓縮機 ,實現了大批量生產 ,產品普遍節能 5 %~噪聲下降 5 ~ 10 dB ,多項產品通過鑒定 ,結論為:達到國際同類產品先進水平. 其中, 開發的“螺杆製冷空調機組”被評為中國名牌,“螺杆式冷水機組”成為中國製冷空調工業協會推薦產品。

    螺杆製冷壓縮機係列產品開發
    針對國內原來生產的開啟式螺杆製冷壓縮機產品噪聲大 、能耗高和不得不從國外大量進口封閉式螺杆製冷壓縮機的情況, 本項目與行業知名企業合作,成功開發了 36 個型號的開啟式螺杆製冷壓縮機和 18 個型號的封閉式螺杆製冷壓縮機 ,其主要性能指標達到了國際同類產品的先進水平, 不僅滿足了國內市場需求, 而且半封閉式螺杆製冷壓縮機還批量出口日本開啟式螺杆製冷壓縮機的典型產品如圖 18 所示. 該類係列產品利用本項目提出的“通過定量比較轉子幾何特性、熱力和動力性能,以二次曲線及其共軛包絡線組成齒曲線的型線設計方法” ,設計出了具有優越性能,且利於批量加工的開啟式螺杆製冷壓縮機的轉子新型線 ,並應用了本項目開發的新穎調節機構,可同時調節壓縮機能量和內容積比, 使螺杆壓縮機在正常工況 、高溫工況 、低溫工況、最大壓差工況下運行時都能保持較高的效率 ,實現了在變工況運行時的節能效果. 另外,該係列產品應用了本項目的油泵供油結合壓差供油的潤滑係統, 避免了啟動時油量過少和油量不隨機組工況變化等缺點 , 保證螺杆壓縮機啟動時有足夠的油量 ,在變工況運行時仍有合適的油量供應, 降低了機組功耗,提高了機組可靠性圖 18 開啟式螺杆製冷壓縮機典型產品封閉式螺杆製冷壓縮機的典型產品如圖 19 所示. 該係列產品利用本項目提出的轉子型線設計新方法 ,專門設計了性能優越的轉子型線. 同時, 應用圖 19 封閉式螺杆製冷壓縮機典型產品本項目開發的轉子刀具刃形設計技術, 使該係列螺杆壓縮機的性能得到了提高 ,且噪聲下降。
    螺杆空氣壓縮機係列產品開發
    我國國內生產螺杆空氣壓縮機的企業很多 ,主要以進口螺杆機頭進行組裝為主. 針對這種情況 ,本項目研究了螺杆空氣壓縮機運行的動力特性和油分布對泄漏的影響, 應用了螺杆壓縮機型線設計技術、油分布可視化研究成果及孔口配置技術 ,開發了個型號的噴油螺杆空氣壓縮機, 包括普通動力用和城市輕軌車輛用噴油螺杆空氣壓縮機 , 開發了 3 個型號的無油螺杆空氣壓縮機, 包括國家“863 計劃”
    的燃料電池用螺杆空氣壓縮機等噴油螺杆空氣壓縮機的典型產品如圖 20 和圖所示,該係列產品應用了本項目中油分布可視化研究成果,針對不同要求的螺杆空氣壓縮機分別優化配置了不同大小的噴油孔口以及其相應的噴油位 置,保證了合適的噴油量以及良好的霧化效果 ,起到了潤滑 、密封和冷卻的作用. 特別是利用本項目中螺杆壓縮機動力特性的研究成果對螺杆空氣壓縮機的型線進行了進一步的改進 , 一方麵保證螺杆轉子之間力矩的合理分配 , 另一方麵盡量降低了轉子所受的氣體軸向力 , 提高了螺杆空氣壓縮機的使用壽命無油螺杆空氣壓縮機的典型產品如圖 22 所示本項目研究了高轉速無油潤滑螺杆壓縮機壓縮過程中的泄漏 、傳熱和螺杆轉子型線技術,間隙設定技術以及轉子變形的研究成果, 研製成功了無油螺杆壓縮機以及無油螺杆壓縮-膨脹機組 , 並應用於“計劃”的電動汽車專項 ———燃料電池用螺杆壓縮機子項目中。
    螺杆工藝壓縮機改進
    螺杆工藝壓縮機主要應用於石油化工企業, 由於其設計開發的難度大, 因此國內的螺杆工藝壓縮機全部依賴進口. 在本項目技術的支持下,對美國德萊賽蘭公司生產的噴水螺杆解析氣壓縮機進行了改進,該螺杆工藝壓縮機是中國石化鎮海煉油化工股份有限公司 PSA 裝置的核心設備之一 ,針對這種壓縮機的具體應用場合, 專門設計了一種高效的轉子新型線. 改進後的壓縮機運行可靠 , 排氣量大幅上升,耗水量明顯下降 ,有效提高了 PSA 裝置產量, 降低了運行成本, 具有明顯的經濟效益改進後的鎮海煉油化工股份有限公司 PSA 裝置中的螺杆工藝壓縮機轉子及其機組如圖 23 所示。
    結 論

    開展螺杆壓縮機的設計理論研究 , 對其工作過程進行了數學模擬和試驗測錄 ,對壓力脈動、轉子受力、噴油等進行了理論和試驗研究 ,精確地揭示了螺杆壓縮機熱動力性能與轉子型線等設計參數之間的內在規律 ,形成了完整的螺杆壓縮機設計理論. 在設螺杆轉子螺杆機組圖 23 螺杆工藝壓縮機轉子及其機組計理論指導下,提出並攻克了多項關鍵技術,包括轉子型線設計技術、轉子刀具刃形設計技術 、調節和潤滑技術 ,以及 SCCAD 設計計算軟件等 ,解決了行業的共性難題 ,最終實現了螺杆壓縮機係列產品開發和大批量生產,使新產品廣泛應用於製冷空調、空氣動力和石油化工等領域。


本文由 飼料膨化機單螺杆 整理編輯。


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