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洛陽大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
緒 論
隨著改革開放以來，四個現(xiàn)代化建設(shè)的步伐也飛速前進(jìn)?，F(xiàn)代化的到來，人們的生活條件也日以提高。伴隨著生活的提高人們對家電類的產(chǎn)品要求也越來越高，用電量也是與日俱增。從能源的形式來看，我國還是以火力發(fā)電、水力發(fā)電、核力發(fā)電綜合的發(fā)展形式并存。就規(guī)模來說，水力發(fā)電占主要的一大部分。其中，三峽水力發(fā)電站是我國最大的水力發(fā)電站?？墒撬Πl(fā)電受季節(jié)的影響較大，單一的水力發(fā)電是不可能滿足現(xiàn)代化的發(fā)展需要的，而火力發(fā)電正好彌補了季節(jié)影響?？墒撬形廴荆瑫r也消耗自然能源。所以核力發(fā)電是高效污染小的產(chǎn)品是最理想的發(fā)電產(chǎn)品。目前我國正向核力發(fā)展建設(shè)努力。
火力發(fā)電雖有缺點可是目前仍不可缺少，在這里我的設(shè)計就是針對火力發(fā)電很重要的一部分供氣系統(tǒng)中不可缺少的空氣壓縮機(jī)。它關(guān)系到煤資源是否充分的利用、污染的大小，以及經(jīng)濟(jì)效益的問題。
壓縮機(jī)的種類很多，這里我主要的介紹的是螺旋式蝸桿空壓機(jī)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和操作方便等一系列的優(yōu)點，因此在空氣系統(tǒng)、制冷空調(diào)及各種工藝流程中獲得了廣泛的應(yīng)用。這是一種市場份額持續(xù)擴(kuò)大、應(yīng)用前景十分廣闊的新型壓縮機(jī)。為進(jìn)一步改善螺桿壓縮機(jī)的性能、闊大其應(yīng)用范圍，應(yīng)在以下幾方面做深入的研究：（1）在型線嚙合特性、轉(zhuǎn)子受力變形和受力膨脹等方面研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造新的高效型線，以進(jìn)一步提高螺桿壓縮機(jī)的效率。
（2）研究吸氣和排氣的流動特性，在流場分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步合理配合吸排氣孔口和相關(guān)的連接管道。
（3）分析螺桿壓縮機(jī)的噪音產(chǎn)生機(jī)理，研究型線設(shè)計和孔口配置等因素對指標(biāo)的影響，從而更有效的降低噪音。
（4）研究轉(zhuǎn)子螺旋齒面的加工工藝，除選用高精度高產(chǎn)率的專用設(shè)備外，還要研究新型少切削和無切削加工工藝 。
（5）擴(kuò)大螺桿壓縮機(jī)的參數(shù)范圍，主要應(yīng)向小容積流量、高排氣壓力的方向發(fā)展。同時研究氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與智能控制系統(tǒng)，提高調(diào)節(jié)工況下壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步擴(kuò)大螺桿壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍。
在我的工作實習(xí)中接觸到了很多空氣壓縮機(jī)，有德國的VM型得爾塔壓縮機(jī)、美的盛頓空氣壓縮機(jī)和意大利的英格索藍(lán)空氣壓縮機(jī)這里我主要的介紹下德爾塔空壓機(jī)。
第一章 空氣壓縮機(jī)的特點、工作原理和結(jié)構(gòu)
1.1特點
隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，對壓縮空氣的需求的地方也越來越多。尤其是螺桿式空氣壓縮機(jī)，以其獨特的優(yōu)點在使用中使用所占比例也越來越大。就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)相同，都屬于容積式壓縮機(jī)。就主要部件的活動形式而言，友與透平壓縮機(jī)相似。所以螺桿壓縮機(jī)同時兼有上述兩種壓縮機(jī)的特點。
⑴螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)點：
1) 它是容積式壓縮機(jī)的一種，其理論排氣量與各工作部件的運動速度，尤其是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，壓縮機(jī)主要參數(shù)---壓力和排氣量的變化互不影響。
2) 故障少、維修簡單、使用壽命長。
3) 由于呈連續(xù)單向旋轉(zhuǎn)，沒有往復(fù)運動，慣性力小，因此轉(zhuǎn)速高、運轉(zhuǎn)可靠、無振動。
4) 對一組陰陽轉(zhuǎn)子的齒形空間而言，隨著嚙合點沿軸向往前移動，其一側(cè)進(jìn)行壓縮或排出而容積減小，另一側(cè)空間容積就增大，進(jìn)行下一個吸入過程。再加上回轉(zhuǎn)數(shù)高，齒數(shù)較多，因此壓縮作用是完全連續(xù)的，吸氣和排氣沒有往復(fù)式的壓縮機(jī)脈動現(xiàn)象，也沒有離心空壓機(jī)的喘振現(xiàn)象。
5) 由于螺桿式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，因此壓力上升不受轉(zhuǎn)速的影響。只要轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，就能達(dá)到預(yù)定的壓縮比。另外它和離心式空壓機(jī)亦不相同，它的加壓過程和氣體的比重?zé)o關(guān)。
6) 螺桿式壓縮機(jī)加壓是依靠兩個轉(zhuǎn)子不接觸的旋轉(zhuǎn)，因此它能適應(yīng)壓縮濕氣體以及含液滴的氣體。
7) 螺桿壓縮機(jī)可以用滑閥在100%----10%的范圍內(nèi)連續(xù)比例的控制能量?；y安裝在兩個轉(zhuǎn)子之間的機(jī)殼上，可以前后移動，通過滑閥可以控制進(jìn)氣量在100%---10%范圍內(nèi)變化，不影響壓縮比，不影響轉(zhuǎn)速，能在較大的范圍內(nèi)比較理想的控制載荷。
8) 由于陰陽轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與外殼之間不存在固體接觸引起的摩擦。因此，螺桿式壓縮機(jī)除適用于無油潤滑外，還適用于輸送不被潤滑油污染的場合。
9) 螺桿式壓縮機(jī)尺寸小，質(zhì)量輕，容易安裝，設(shè)備基礎(chǔ)小而簡單，因此一次基礎(chǔ)建設(shè)投資省。同時，一般采用螺敢式壓縮機(jī)的裝置都不需要備機(jī)。
10) 螺桿式壓縮機(jī)制造工藝要求高，不適用于高壓壓縮機(jī)用。同時，在使用螺桿壓縮機(jī)時，應(yīng)特別注意按規(guī)定方向旋轉(zhuǎn)，不可使之反轉(zhuǎn)。
11) 由于運動部件必不可少的間隙，泄漏大，效率較底。同時，在螺桿式無油潤滑壓縮機(jī)上，為了保證轉(zhuǎn)子間的間隙，必須用同步齒輪，為了減小內(nèi)部溫度的上升，必須用增速齒輪來提高其轉(zhuǎn)速，因此機(jī)械損失大、噪音較大，同時還要裝設(shè)管道消音器。
⑵螺桿式空壓機(jī)的缺點：
1) 造價高。螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面是一個空間曲面，需利用特制的刀具，在價格昂貴的專用設(shè)備上進(jìn)行加工。另外，對螺桿壓縮機(jī)汽缸的加工精度也有較高的要求，所以螺桿壓縮機(jī)的造價較高。
2) 不能用與高壓場合。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機(jī)只能適用與中、低壓范圍，排氣壓力一般不超過4.5MPa。
3) 不能制成微型。螺桿壓縮機(jī)依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min時，螺桿壓縮機(jī)才具有優(yōu)越的性能。
1.2 螺桿壓縮機(jī)的原理
螺桿壓縮機(jī)的主要部件是一對陰陽轉(zhuǎn)子，兩個轉(zhuǎn)子是具有不同齒數(shù)的螺旋齒相互嚙合的，嚙合點（密封線）隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而移動。旋轉(zhuǎn)時，使處于轉(zhuǎn)子齒槽之間的氣體不斷產(chǎn)生周期性的容積變化，且沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至壓出側(cè)，實現(xiàn)吸入、壓縮和排氣的全部過程，不需要往復(fù)式壓縮機(jī)那樣的余隙容積。螺桿間存在一定的間隙。具體的工作原理-------吸氣過程、壓縮過程和排氣過程如下：
⑴、吸氣過程 初時氣體經(jīng)壓縮機(jī)外殼一端的進(jìn)氣孔口分別進(jìn)入陰、陽螺桿齒間容積，隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)，這兩個齒間容積各自不斷擴(kuò)大。當(dāng)這兩個容積達(dá)到最大值時，齒間容積和吸氣孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。（注意，此時陰、陽轉(zhuǎn)子的齒間容積彼此并未連通）
⑵、壓縮過程 轉(zhuǎn)子繼續(xù)回轉(zhuǎn)，在陰陽螺桿齒間容積連通之前，陽轉(zhuǎn)子齒間容積中之氣體受陰螺桿齒的侵入先行壓縮經(jīng)某一轉(zhuǎn)角后，陰、陽螺桿齒間容積連通（以后將此連通的陰陽螺桿齒間容積稱為齒間容積對），呈V字形的齒間容積對，因齒的相互擠入其容積值逐漸減小，實現(xiàn)氣體的壓縮過程，直到該齒容積對與外殼上另一端的排氣口相連通時為止。
⑶、排氣過程 在齒間容積對與排氣孔口連通后，排氣過程即行開始。由于轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)事故容積的不斷縮小，將壓縮后具有一定壓力的氣體送至排氣接管，此一過程一直延續(xù)到該容積對達(dá)到最小時為止。
隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)回轉(zhuǎn)，上述過程重復(fù)進(jìn)行。在螺桿壓縮機(jī)中，陰、陽螺桿轉(zhuǎn)向相互迎合一側(cè)時，氣體受到壓縮，這一側(cè)面稱為高壓力區(qū)；相反，螺桿轉(zhuǎn)向彼此背離的一側(cè)面，齒間容積在擴(kuò)大并處在吸氣階段，稱為低壓力區(qū)。兩轉(zhuǎn)子軸線所在平面是高、低壓力區(qū)的分界面。
1.3螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)
螺桿式壓縮機(jī)是容積式壓縮機(jī)的一種，它的主要結(jié)構(gòu)是由殼體（汽缸和港蓋）與機(jī)殼內(nèi)一對陰陽轉(zhuǎn)子所組成。發(fā)動機(jī)通過連軸節(jié)與壓縮機(jī)的主轉(zhuǎn)子-----陽轉(zhuǎn)子連接，在壓縮機(jī)的外殼一端有進(jìn)氣孔，另一端有排氣孔以及密封組件。
螺桿式壓縮機(jī)有轉(zhuǎn)子端齒形和不對稱形線兩種，氣體的冷卻方式有直接向氣體內(nèi)噴油以及機(jī)殼水套內(nèi)用循環(huán)水冷卻，油的冷卻也有水冷和風(fēng)冷兩種。螺桿式無油潤滑亦稱干式螺桿壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)與易蒸發(fā)的液體（如水）對空氣進(jìn)行內(nèi)部冷卻的壓縮機(jī)相似，但壓縮和提供的是無油的氣體。陽轉(zhuǎn)子是凸形齒，陰轉(zhuǎn)子是凹形齒，壓縮機(jī)通常是通過陽轉(zhuǎn)子來驅(qū)動。
在轉(zhuǎn)子螺旋部分的端面上，以及頂圓上設(shè)有附加的密封肋，這種密封肋或者與轉(zhuǎn)子成一體，或者鋃嵌在銑制的窄槽內(nèi)。螺桿式無油潤滑壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子通常制作成空心的，其內(nèi)充滿冷卻油。從結(jié)構(gòu)上看，轉(zhuǎn)子可以與螺旋部分制作成一個整體的部件，或者組裝件，即螺旋部分和軸分別用不同的材料制造。轉(zhuǎn)子通常用各種牌號的剛制造，殼體多半用鑄鐵制造。轉(zhuǎn)子直徑在250mm以下的螺桿式無油潤滑壓縮機(jī)，其殼體通常在吸入側(cè)有一垂直剖分面。對于大型無油潤滑壓縮機(jī)的殼體，除了垂直剖分面以外，在轉(zhuǎn)子平面上還有水平剖分面。
螺桿式無油潤滑壓縮機(jī)的殼體都有冷卻水套。無水冷的壓縮機(jī)，無論是無油潤滑還是噴油潤滑，其殼體的表面都有肋棱，這些肋棱不僅使殼體有一定的剛性，而且還可以改善向周圍介質(zhì)的散熱。
第二章 間隙
設(shè)計螺桿式無油潤滑壓縮機(jī)時，無論是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子間的間隙，還是殼體間的間隙，通常約為轉(zhuǎn)子外徑的0.1%（因為共軛螺桿轉(zhuǎn)子不可避免地存在制造誤差、安裝誤差、運轉(zhuǎn)時的受力變形、受熱膨脹以及機(jī)件的磨損等因素的緣故）。間隙的存在，一方面必然影響到壓縮介質(zhì)的泄露量和壓縮過程的特性，近而使實際排氣量以及壓縮機(jī)的效率下降；另一方面，間隙的存在友有安全、正常運行所必須。因此，螺桿式無油潤滑機(jī)的間隙還是影響壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的一個重要的參數(shù)。同時，間隙對容積效率和絕熱效率的影響也很大。減少總間隙面積（或間隙值），不僅可以提高容積效率，降低排氣溫度，同時也可以減少單位排氣量所消耗的功率，提高決熱效率；但是過小的間隙容易發(fā)生金屬接觸摩擦，產(chǎn)生大量的摩擦熱，近而使螺桿咬死，從安全運行的角度來看，這是絕對不允許發(fā)生的。再實際生產(chǎn)中，應(yīng)兼顧這兩個方面的影響來確定間隙值。當(dāng)然，在減小間隙的同時，若采用在結(jié)構(gòu)上與間隙處加嵌軟密封或者采用各種截流措施，增加氣體流動阻力，這樣可以減少流經(jīng)間隙處的氣體泄露量。
螺桿式壓縮機(jī)的間隙可分為端面間隙、齒頂間隙、螺桿齒面間的嚙合間隙三種，其中端面間隙是指螺桿的端面與機(jī)體端蓋的間隙，內(nèi)中又分吸氣端間隙和排氣端間隙；齒頂間隙是指螺桿齒頂與機(jī)體內(nèi)圓見的徑向間隙。
再具體確定個間隙時還應(yīng)綜合考慮：
⒈螺桿和機(jī)體因氣體加熱而引起的熱膨脹和熱變形。
⒉螺桿在外力（氣體壓力、重力等）作用下而引起的彎曲變形。
⒊軸承、同步齒輪（或增速齒輪）等零部件正常運轉(zhuǎn)所必須的間隙。
⒋螺桿、機(jī)體、軸承、齒輪等零部件，由于加工及安裝所產(chǎn)生的誤差。
3、4比較容易控制，且數(shù)值較小，而1、2因螺桿齒面形體復(fù)雜，加之溫度不均勻，故用理論計算法來確定總間隙，不但計算繁復(fù)且結(jié)果還不一定滿意。在實用中，通常根據(jù)已有的工況相近壓縮機(jī)的實際運轉(zhuǎn)效果，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定個部分的間隙值，并在生產(chǎn)試車時予以適當(dāng)調(diào)整，以得到滿意的結(jié)果。
項目
直徑
陽螺桿齒頂與陰螺桿齒谷
陽螺桿和陰螺桿兩長側(cè)面
螺桿齒頂與機(jī)體內(nèi)圓
螺桿與機(jī)體
端面
中小直徑
（D。=< 315mm）
0.08----0.20
0.06---0.15
0.15---.025
吸氣端0.8---1.2
大直徑
（D。>315mm）
0.20---0.50
0.15---.040
0.25---0.44
排 氣 端
0.03---0.10
第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計要求
高速運轉(zhuǎn)的螺桿無油潤滑壓縮機(jī)，一般采用滑動軸承和滑動推力軸承。采用非接觸式密封、閉口和開口石墨密封、曲徑式和組合式碳圈密封以及迷宮式密封等，用的較多目前是閉口石墨環(huán)密封，這種形式的密封既適用于空氣壓縮機(jī)，也適用于壓縮其他的氣體介質(zhì)。它是螺桿端面與軸承之間，設(shè)有若干組石墨密封盒，以減少氣體沿軸向泄漏，每個密封盒內(nèi)有一套密封單元，一般排氣側(cè)的密封單元多與吸氣側(cè)的。
根據(jù)無油螺桿壓縮機(jī)的作用，螺桿的齒形除滿足一般的嚙合運動的要求外，在嚙合過程中還應(yīng)滿足：
⒈螺桿齒形在嚙合過程中，應(yīng)具有排出和吸入方面的氣密性，稱為橫向氣密性。
⒉螺桿齒形在嚙合過程中，應(yīng)具有齒間容積之間的氣密性，或稱之為軸向氣密性。
⒊螺桿齒形在嚙合過程中，應(yīng)具有盡可能短的接觸線長度。
⒋螺桿齒面的嚙合過程中，應(yīng)具有較小的吸入密封容積和排出密封容積。
⒌螺桿的齒形應(yīng)具有較大的面積利用系數(shù)。
此外，從制造、運轉(zhuǎn)角度考慮，還要求螺桿齒面便于加工制造，具有良好的嚙合特性，以及在熱態(tài)和受力的情況下，具有小的不均勻熱變形、彎曲變形等。螺桿齒面間的接觸線應(yīng)能防止氣體從排出方面向吸入方面的泄漏。
螺桿壓縮機(jī)的吸氣孔口與排氣孔口的合理位置和形狀，是實現(xiàn)壓縮機(jī)氣體內(nèi)壓縮的必備條件，也是影響壓縮機(jī)效率的一個重要因素。因此，在設(shè)計吸、排氣孔口時應(yīng)滿足：
⒈孔口的位置和形狀，應(yīng)保證氣體在齒間容積內(nèi)實現(xiàn)預(yù)定的內(nèi)壓縮，以提高壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性。
⒉吸氣孔口應(yīng)能保證齒間容積達(dá)到最大限度的充氣，以獲得高的容積效率。排氣孔口應(yīng)使齒面間的容積中的壓縮氣體盡可能全部的排至排氣管道。
⒊盡量減少氣體在孔口處及齒面間容積內(nèi)的流動損失，據(jù)此，應(yīng)力要求孔口面積盡可能的大，氣流通道截面變化均勻、平滑，轉(zhuǎn)折少。力求陰、陽螺桿一對齒間容積與吸氣孔口脫離，同時與排氣孔口連接，以免氣體在其間串流。
⒋應(yīng)避免吸、排氣口之間產(chǎn)生穿漏通道。據(jù)此，端面上的吸、排氣孔不應(yīng)處于嚙合線范圍之內(nèi)。
⒌吸、排氣孔口的設(shè)計，應(yīng)盡量避免產(chǎn)生封閉容積。
螺桿壓縮機(jī)排量的調(diào)節(jié)方法為：
⑴、把部分壓縮氣體旁通到吸入腔。對于空氣壓縮機(jī)，則把壓縮空氣排入大氣。此調(diào)節(jié)方法簡單，但不經(jīng)濟(jì)，因在調(diào)節(jié)過程中消耗的功率是不變的。
⑵、改變轉(zhuǎn)速。這種方法從經(jīng)濟(jì)上來說是最合理的，但在這種情況下應(yīng)采用能改變轉(zhuǎn)速的傳動機(jī)構(gòu)。
⑶、當(dāng)系統(tǒng)中的壓力達(dá)到上限時，壓縮機(jī)調(diào)到空載運轉(zhuǎn)。此時空氣壓縮機(jī)的排出管路便與大氣相通，而吸入管路則與被節(jié)流閥關(guān)閉。
⑷、壓縮機(jī)的啟動和停車。
⑸、對吸入腔的壓縮工質(zhì)節(jié)流。
⑹、改變處于壓縮過程中的基元容積。
螺桿式無油潤滑壓縮機(jī)和大多數(shù)其它高速、高效率機(jī)械一樣，也產(chǎn)生噪音。為降低噪音，在吸入和排出管路上常設(shè)反作用式消聲器。如果對噪聲登記要求很嚴(yán)，則整個壓縮機(jī)裝置都用隔音罩封蓋起來。因為螺桿壓縮機(jī)產(chǎn)生噪聲是高頻率的，并且是氣體動力學(xué)性質(zhì)的，故容易用隔音罩或壓縮機(jī)室的隔音減弱，而不經(jīng)基礎(chǔ)通過振動傳開來。
轉(zhuǎn)子是螺桿壓縮機(jī)的主要零部件，轉(zhuǎn)子處于多種力和力矩的作用下，因此易受氣體壓力的變化、慣性力和扭矩等的影響。在共振時，還會產(chǎn)生附加應(yīng)力，這種應(yīng)力有時會超過作用于轉(zhuǎn)子上的應(yīng)力。因此對轉(zhuǎn)子的制造材料有一定的要求。在選材時，除了考慮機(jī)械強度的動態(tài)特性外，還必須考慮到動態(tài)特性，如沖擊韌度和疲勞極限。當(dāng)轉(zhuǎn)子在高溫下工作時還要考慮到蠕變的影響。轉(zhuǎn)子損壞的大多數(shù)原因是由于溫度升高，或進(jìn)入的雜質(zhì)使轉(zhuǎn)子齒面相互接觸所致。要提高壓縮機(jī)工作的可靠性，就要正確的選擇陽轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子的材料。螺桿壓縮機(jī)的主要損失是螺桿運動部件之間由于需要間隙，因而造成泄露所致。在整個運轉(zhuǎn)情況下，為了避免接觸，必須有足夠的間隙量，考慮加工精度、熱變形及軸承間隙，故產(chǎn)生一定裕度。除間隙大小外，損失還受轉(zhuǎn)子、行線種類的影響，齒輪和軸承引起的機(jī)械損失及流體通過壓縮機(jī)的損失等。
作為高速機(jī)器的無油螺桿壓縮機(jī)，為了提供良好的保護(hù)裝置，防止各種不正常的運轉(zhuǎn)情況，可以采用簡單有效的控制系統(tǒng)：
⑴、卸載系統(tǒng)：進(jìn)口節(jié)流閥和放氣閥連同再循環(huán)冷卻器構(gòu)成一個單元；對于進(jìn)出口壓差的異常并不需要保護(hù)裝置。
⑵、水系統(tǒng)：壓縮機(jī)組（后冷卻器除外）只需要一個水循環(huán)系統(tǒng)，因此整臺壓縮機(jī)只需要一個恒溫器。
⑶、油系統(tǒng)：滾動軸承不需要輔助油泵，在啟動是用的油壓開關(guān)是控制系統(tǒng)中唯一的裝置。
第四章 軸封
4.1 無油螺桿壓縮機(jī)軸封
在無油螺桿壓縮機(jī)中，壓縮過程是在一個完全無油的環(huán)境中進(jìn)行的，這就要求在壓縮機(jī)的潤滑區(qū)與氣體區(qū)之間設(shè)置可靠的軸封。軸封不僅需要能在高圓周速度之下有效的工作，并且必須有一定的彈性，以適應(yīng)采用滑動推力軸承時轉(zhuǎn)子可能產(chǎn)生的軸向移動。另外，軸封的材料還必須能耐壓縮機(jī)所壓縮氣體的化學(xué)腐蝕。目前，無油螺桿壓縮機(jī)的軸封主要有石墨環(huán)式、迷宮式和機(jī)械式三種。
石墨環(huán)式軸封的密封環(huán)由摩擦系數(shù)較低的石墨制成，由于石墨具有良好的自潤滑性，即使石墨環(huán)與軸頸接觸也無妨礙。為了保證強度和使環(huán)孔的熱膨脹率與轉(zhuǎn)子軸材料的熱膨脹率相同，在密封環(huán)上往往還裝有鋼制支撐環(huán)。這樣，就可使密封環(huán)和軸之間的間隙很小，以達(dá)到好的密封效果，并且在一個寬的工作溫度范圍內(nèi)也可正常工作。
石墨環(huán)式軸封采用環(huán)狀波紋彈簧，把密封環(huán)壓向密封表面，以防止氣體經(jīng)石墨環(huán)的兩側(cè)面泄漏。當(dāng)軸的旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生變化時，借助于環(huán)孔和彈簧的作用，密封環(huán)也移動到新的位置并保持在這一位置，從而防止了磨損現(xiàn)象的產(chǎn)生。
氣體經(jīng)石墨環(huán)式軸封的泄漏量與間隙值、壓差、密封環(huán)數(shù)目等有密切的關(guān)系。除了高壓場合以外，通過四道軸封環(huán)聯(lián)合作用的氣體泄漏量將減少0.4%。當(dāng)然，如果向軸封內(nèi)充入氣體，壓縮機(jī)的氣體泄漏量將為零。
在迷宮式軸封中，密封齒和密封面之間有很小的間隙，并形成曲折的流道，使氣體從高壓側(cè)向低壓側(cè)流動產(chǎn)生很大的阻力，以阻止氣體的泄漏。密封齒可以做在軸上，與軸一起轉(zhuǎn)動，也可以做成具有內(nèi)密封齒的密封環(huán)，固定在機(jī)體上。多數(shù)情況下，密封齒是加工在與軸固定的一個軸套上，當(dāng)密封齒損壞時便于更換。
在無油螺桿壓縮機(jī)中，輿論采用石墨環(huán)式軸封還是迷宮式軸封，密封單元之間的引氣孔都可以有多種選擇方案。如果被壓縮氣體可以漏入大氣，例如空氣、氮氣或二氧化碳等，則所以密封單元可以聯(lián)系布置，只是最后一個通向大氣。如果被壓縮氣體有毒、易燃、易爆或十分貴重，則可將泄漏的氣體引回至吸氣管。有時還可用壓力稍高于壓縮機(jī)內(nèi)氣體壓力的惰性氣體充入軸封內(nèi)，以阻止高壓氣體向外界泄漏。
當(dāng)無油螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時，還可以采用有油潤滑的機(jī)械密封。這種軸封工作可靠、密封性好。然而，這種軸封需要少量的潤滑油流過密封表面，這些潤滑油可能會混入所壓縮的氣體中。如果所壓縮氣體不允許有這種少量的污染，則需要在軸封和壓縮機(jī)腔之間開一個泄油槽。應(yīng)當(dāng)注意的是，在無油螺桿壓縮機(jī)的工作轉(zhuǎn)速下，采用有油潤滑的機(jī)械密封時，所消耗的功是比較到的。在許多場合，單個軸封的摩擦功耗就可以達(dá)到數(shù)千瓦。而無油螺桿壓縮機(jī)中，要采用四個軸封，因而必須考慮軸封的功耗這一因素。
值得注意的是，雖然無油螺桿壓縮機(jī)對被壓縮氣體中帶有液體不敏感，但如果有大量的液體長時間進(jìn)入無油螺桿壓縮機(jī)，則唯一需要注意的地方就是軸封。許多軸封都不是為液體而設(shè)計的，在液體存在的情況下，軸封會與軸意趣旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生磨損。并且，液體也會順著軸與軸封間的間隙流入到潤滑區(qū)域，破壞潤滑油的、特性，影響軸承及齒輪的正常潤滑。
4．2噴油螺桿壓縮機(jī)軸封
噴油螺桿壓縮機(jī)中有兩種不同的軸封：①與壓縮腔緊鄰的轉(zhuǎn)子軸段的軸封，特別是在排氣端，這種軸封更為重要；②伸出壓縮機(jī)端蓋外的軸段也必須有軸封，以與大氣隔開。由于壓縮介質(zhì)和允許工況的不同，噴油螺桿空氣壓縮機(jī)的軸封與螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)的軸封有很大的不同。
噴油螺桿空氣壓縮機(jī)大都采用滾動軸封，為了防止壓縮腔的氣體通過轉(zhuǎn)子軸向外泄漏，必須在排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間家一個軸封。這種軸封可以做得非常簡單，只要在與軸頸相應(yīng)的機(jī)體處開設(shè)特定的油槽，通入具有一定壓力的密封油，即可達(dá)到有效的軸向密封。這種軸封的軸向長度要盡量短，以使軸承盡量靠近轉(zhuǎn)子的工作噸，提高轉(zhuǎn)子的剛性。在螺桿壓縮機(jī)正常工作時，吸入端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間幾乎沒有壓差，當(dāng)利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的氣量時，此處也僅有可能會有噎嗝大氣壓力的壓差。所以，在吸氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間，只用間隙密封就能滿足要求，沒有必要在提供密封油。
噴油螺桿空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的外伸軸通常都設(shè)計在吸氣側(cè)，只要在利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的氣量時，外伸軸上的軸封兩側(cè)才可能會有一個大氣壓力的壓差。但由于此處的軸封必須防止?jié)櫥吐┏龊臀催^濾空氣的漏入，故在小型空壓機(jī)中，通常采用簡單的唇行密封。在大中型空壓機(jī)中，往往采用有油潤滑機(jī)械密封。
同噴油螺桿空氣壓縮機(jī)相比，噴油螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)與帶器之間的密封就復(fù)雜多了。主要原因在于：①壓縮機(jī)內(nèi)要密封的不是空氣，而有可能是有毒的或易燃?xì)怏w，并且通常都很貴重；②它可能不允許被從外面漏入的空氣污染或沖淡；③軸封一側(cè)的壓縮機(jī)內(nèi)壓力可能是不同程度的真空，也有可能是達(dá)1MPa的高壓，并且停機(jī)時需要密封的壓力可能會更高。所以。在噴油螺桿制冷和工藝壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子外伸軸處，通常都采用負(fù)責(zé)的面接觸式機(jī)械密封，主要有彈簧式和波紋管式兩種，并且需向此軸封處供以高于壓縮機(jī)內(nèi)部壓力的潤滑油，以保證在密封面上形成穩(wěn)定的油膜。值得注意的是，軸封中有關(guān)零部件的材料要能耐壓縮氣體的腐蝕。
第五章 轉(zhuǎn)子型線
螺桿壓縮機(jī)中，最關(guān)鍵的是一對相互嚙合的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線垂直的截交線稱為轉(zhuǎn)子型線，由于轉(zhuǎn)子型線作螺旋運動就形成了轉(zhuǎn)子的齒面，故又把轉(zhuǎn)子型線稱為端面型線或轉(zhuǎn)子型線。
對于螺桿壓縮機(jī)的要求，主要是要在齒面容積之間有優(yōu)越的密封性能，因為這些齒間容積是實現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。對于螺桿壓縮機(jī)性能有重大影響的轉(zhuǎn)子型線要素有：接觸線、泄漏三角形、密封容積和齒間面積等。
5.1轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則
⑴轉(zhuǎn)子型線應(yīng)滿足嚙合要求。螺桿壓縮機(jī)的陰陽轉(zhuǎn)子型線必須滿足嚙合定律的共扼型線，即無論在什么位置，經(jīng)過型線接觸點的公法線必須通過節(jié)點。
⑵轉(zhuǎn)子型線應(yīng)形成長度較短的連續(xù)接觸線。轉(zhuǎn)子的設(shè)計應(yīng)保證能形成連續(xù)的接觸線。
⑶轉(zhuǎn)子型線應(yīng)形成較小面積的泄漏三角形。減少氣體通過泄漏三角形的泄漏，型線設(shè)計應(yīng)使轉(zhuǎn)子的泄漏三角形面積盡量小。
⑷轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積較小。
⑸轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使齒間面積盡量大。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對減小，效率得到提高。
另外，從制造、運轉(zhuǎn)角度考慮，還要求轉(zhuǎn)子型線便于加工制造，具有良好的嚙合特性，較小的氣體動力損失，以及在高溫和受力的情況下，具有小的熱變形和彎曲變形等。
5.2轉(zhuǎn)子型線發(fā)展過程
隨著對螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則的逐步認(rèn)識和轉(zhuǎn)子加工方法的不斷改進(jìn)，以及計算機(jī)在轉(zhuǎn)子型線設(shè)計中的應(yīng)用，螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線大致經(jīng)理了三代變遷。
⒈對稱圓弧型線
第一代轉(zhuǎn)子型線是對稱圓弧型線，應(yīng)用于初期的螺桿壓縮機(jī)產(chǎn)品中，雖然在隨后的年代里，不對稱的轉(zhuǎn)子型線有了許多顯著的進(jìn)展，但這些進(jìn)展主要是針對噴油螺桿壓縮機(jī)的。由于對稱型線易于設(shè)計、制造和測量，這類型線直到現(xiàn)在還被許多干式螺桿壓縮機(jī)制造商廣泛采用。
螺桿壓縮機(jī)齒間容積間的泄漏主要通過四個通道進(jìn)行：①通過接觸線的泄漏；②通過泄漏三角形的泄漏；③通過齒頂間隙的泄漏；④通過排氣端面的泄漏。不對稱型線的最大優(yōu)點之一，就是泄漏三角形的面積明顯減小。但對無油壓縮機(jī)，泄漏三角形只是四個主要泄漏通道中的一個，其面積的減小對壓縮機(jī)的整體效率只能產(chǎn)生有限的影響。另外，與噴油螺桿壓縮機(jī)相比，無油螺桿壓縮機(jī)工作在較低的壓比和壓差工況下，壓比和壓差對泄漏也有重大影響。
⒉不對稱型線
第二代轉(zhuǎn)子型線是以點、直線和擺線等組成齒曲線為代表的不對稱型線。60年代后，隨著噴油技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展了一SRM-A型線為代表的第二代轉(zhuǎn)子型線。這種型線為螺桿壓縮機(jī)市場份額的擴(kuò)大，起了巨大的推動作用，目前仍被多家公司所采用。
螺桿壓縮機(jī)內(nèi)共有四個主要的泄漏通道，在噴油螺桿壓縮機(jī)中，由于油的存在而使這四個同中的三個被有效的密封起來。通過齒頂、排氣端面及接觸線這三個狹長間隙的泄漏大大減小。由于泄漏三角形不像其它三個泄漏通道那樣是狹長的間隙，而是一個近似與三角形的開口孔，因而成為唯一無法被油有效地密封的泄漏通道。
對稱型線與不對稱型線的主要區(qū)別在于：采用不對稱型線時，泄漏三角形的面積大為減小。一般不對稱型線的泄漏三角形僅是對稱型線的十分之一左右。因此，在于不對稱型線，可以使噴油螺桿壓縮機(jī)的性能得到明顯改善。
⒊新的不對稱型線
80年代后，隨著計算機(jī)在螺桿壓縮機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，精確解析螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的幾何特性成為可能，在壓縮機(jī)工作過程數(shù)學(xué)模擬的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了各具特色的多種第三代轉(zhuǎn)子型線。性能優(yōu)越的主要有GHH型線、日力型線和SRM-D型線。90年代后，轉(zhuǎn)子型線更加多樣化，已能夠根據(jù)螺桿壓縮機(jī)的具體應(yīng)用場合專門設(shè)計出新穎的高效型線。目前，所有的噴油螺桿壓縮機(jī)采用的都是不對稱型線
第二代和第三代轉(zhuǎn)子型線都是不對稱型線，兩者之間的主要區(qū)別在于：第三代轉(zhuǎn)子型線的組成齒曲線中不再有點、直線和擺線，均采用圓弧、橢圓、拋物線等曲線，這種改變可使轉(zhuǎn)子齒面有“線”密封改進(jìn)為“帶”密封，能明顯提高密封效果，還有利于形成潤滑油膜和減少齒面磨損。
5.3轉(zhuǎn)子加工方法
若把轉(zhuǎn)子齒面看作螺旋齒輪，加工齒輪的方法同樣可以用來加工螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子。但由于壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面主要用于壓縮氣體，故又不同于一般用語傳輸動力的齒輪。其主要區(qū)別表現(xiàn)在為獲得高的氣體密封性，轉(zhuǎn)子型線有多段曲線組成，并且其裸線齒的齒數(shù)少、螺旋角大?；谶@些特點，目前轉(zhuǎn)子的加工方法有：①銑削加工法；②滾削加工法；③磨削加工法；④指形銑刀加工法；⑤飛刀加工法；⑥漆層法；⑦精密加工法等。
附圖：
體會和感受
轉(zhuǎn)眼之間，自己就要結(jié)束三年的大學(xué)生活，即將離開學(xué)習(xí)和生活過的美麗的洛大校園。這次畢業(yè)設(shè)計是向?qū)W校交的最后一份答卷，也是對自己所學(xué)知識的一次總結(jié)。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，自己對以前學(xué)過的知識，又有了新的認(rèn)識，并且能與實際相結(jié)合。但是在做這次畢業(yè)設(shè)計時也遇到了不少的困難，在吳老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助之下，才最終得以完成。在此對給予我?guī)椭膮抢蠋熀屯瑢W(xué)，表示衷心的感謝！
離別了相處三年的老師和同學(xué)，離開了美麗的洛大校園，讓我們投入到社會主義現(xiàn)代化的建設(shè)之中去，美好的人生等待著我們?nèi)?chuàng)造，祖國的繁榮昌盛需要我們?nèi)ヅ?。作為一名新世紀(jì)的大學(xué)生，我們應(yīng)該用更多、更新的知識來不斷提高自己，使自己在社會發(fā)展的潮流中立于不敗之地，為社會的發(fā)展和國家的進(jìn)步作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
參考資料:
1、《機(jī)械零件課程設(shè)計手冊》
中央廣播電視大學(xué)出版社 盧頌峰 主編
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中央廣播電視大學(xué)出版社 吳宗澤 主編
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中央廣播電視大學(xué)出版社
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