開題報(bào)告-螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)及仿真

PAGEPAGE1蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告機(jī)械與車輛工程學(xué)院2019屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班學(xué)生姓名學(xué)號課題名稱螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)及仿真一、本課題的作用、意義，在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，尚待研究的問題1.本課題的作用、意義螺桿壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于礦山、化工、動力、冶金、建筑、機(jī)械、制冷等工業(yè)部門，是一種消耗電力的機(jī)械設(shè)備。與活塞式壓縮機(jī)等其他類型的壓縮機(jī)相比，螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機(jī)。工作循環(huán)可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程，隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。由于具有轉(zhuǎn)速高、可靠性及動力平衡性好、適應(yīng)性強(qiáng)、在實(shí)際應(yīng)用上無喘振、臨界轉(zhuǎn)速等條件限制，在寬廣的容量和工況范圍條件下，已逐漸替代了其他種類的壓縮機(jī)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機(jī)的銷售量已占所有容積式壓縮機(jī)銷售總量的80%以上，在所有正在運(yùn)行的容積式壓縮機(jī)中，有50%是螺桿壓縮機(jī)，今后螺桿壓縮機(jī)的市場份額仍將不斷擴(kuò)大?？梢钥闯?，螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)研究在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。通過本設(shè)計(jì)，可以充分了解雙螺桿壓縮機(jī)的有關(guān)知識，以及如何進(jìn)一步改善其性能和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，使雙螺桿壓縮機(jī)能得到更好的發(fā)展，為生產(chǎn)和生活服務(wù)?？梢詫⑺鶎W(xué)理論知識與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來，并積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為以后的工作打下了一個堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢我國螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展歷程很短，自從20世紀(jì)80年代引進(jìn)螺桿壓縮機(jī)，僅僅20年時間，相繼引進(jìn)了大、小多套螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)，在一些系統(tǒng)上，如丁二烯抽提裝置、苯乙烯裝置、火炬氣回收系統(tǒng)、低溫制冷系統(tǒng)等都相應(yīng)地選用了一些國外專業(yè)生產(chǎn)廠家，如英國的豪頓（HowDNE）、日本的神鋼（KOBESTELL）、德國的戈哈哈（GHH）、美國的A-C公司生產(chǎn)的螺桿壓縮機(jī)組，二我們對這些機(jī)組的認(rèn)識也走過了相當(dāng)一段路程，在設(shè)備選型、使用、檢修上曾出現(xiàn)過各種失誤，原因就是我們對其原理、結(jié)構(gòu)、特性等存在著認(rèn)識上的不足。近年來，國內(nèi)壓縮機(jī)的生產(chǎn)、銷售發(fā)展勢頭十分迅猛，其中具有空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)許可證的企業(yè)有100多家，這些企業(yè)中大部分都是從國外進(jìn)口機(jī)頭組裝型企業(yè)。根據(jù)我國壓縮機(jī)行業(yè)協(xié)會2001年統(tǒng)計(jì)資料顯示：國內(nèi)進(jìn)入行業(yè)統(tǒng)計(jì)范圍的75家壓縮機(jī)企業(yè)中，生產(chǎn)螺桿壓縮機(jī)的主要企業(yè)有：上壓、錫壓、富達(dá)、南壓、江壓、沈氣、寧波欣達(dá)、上海博萊特、煙臺藍(lán)星等幾家，再加上幾家臺資、外資企業(yè)最多不會超過20家生產(chǎn)螺桿空壓機(jī)的企業(yè)。經(jīng)過短短4年時間，生產(chǎn)螺桿空氣壓縮機(jī)的企業(yè)已由2001年的十幾家發(fā)展到目前的100多家，企業(yè)數(shù)量翻了5~6倍。螺桿壓縮機(jī)的銷售總量翻了將4倍，臺資、外資企業(yè)獨(dú)占螺桿壓縮機(jī)市場的形勢有所緩解。但是，國內(nèi)螺桿壓縮機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)水平仍然是停滯不前，由于過度競爭甚至有所下降。螺桿壓縮機(jī)的生產(chǎn)在我國存在分布嚴(yán)重不均勻的現(xiàn)象，僅浙江一個省份的企業(yè)數(shù)量就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過廣大中西部地區(qū)的企業(yè)總和。目前，我國的噴油內(nèi)冷卻的動力用雙螺桿壓縮機(jī)比功率已達(dá)5.56KW/min，已超過國外產(chǎn)品最好的比功率5.54KW/min。封閉式螺桿空壓機(jī)噪聲可達(dá)60-85dB(A),國外螺桿壓縮機(jī)無故障運(yùn)行在7*h，國內(nèi)螺桿壓縮機(jī)壽命可達(dá)4*h。西安交大刑子文教授開發(fā)的“SCCAD”螺桿設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，已轉(zhuǎn)交給多家海內(nèi)外企業(yè)應(yīng)用。螺桿壓縮機(jī)在國外占據(jù)80%以上移動式空壓機(jī)市場，國內(nèi)市場因柴油機(jī)方面的原因占份額不大，只有外資產(chǎn)品占有較少市場，螺桿空氣壓縮機(jī)占螺桿壓縮機(jī)總量的85%，制冷空調(diào)方面螺桿壓縮機(jī)約占12%。可以說，我國的個別企業(yè)的螺桿壓縮機(jī)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。日本的神鋼與日立公司，在將近50年的時間里不斷成功地開發(fā)出了節(jié)能明顯的各種系列螺桿壓縮機(jī)。從某種程度而言，日本的空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展代表了當(dāng)今世界空壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。日立公司根據(jù)轉(zhuǎn)子熱彈性變形的分析結(jié)果，對陰、陽轉(zhuǎn)子齒型修正、加工滾刀熱補(bǔ)償設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子配合間隙的確定進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)采用補(bǔ)償設(shè)計(jì)法與過去不考慮轉(zhuǎn)子熱變形的設(shè)計(jì)方法相比，運(yùn)轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子間隙可以減少約40%～50%。樣機(jī)試驗(yàn)表明，在壓比為8時，壓縮機(jī)容積效率提高30%，絕熱效率提高38%。最近由Holroyd公司開發(fā)的新型轉(zhuǎn)子磨床將螺桿轉(zhuǎn)子的加工水平提升到新的水平。該機(jī)床將磨床、砂輪修整器、三坐標(biāo)測量機(jī)集成在一臺機(jī)床中，可在加工過程中對工件進(jìn)行測量，修整砂輪，從而使加工的螺桿轉(zhuǎn)子的齒廓誤差在±5μm的區(qū)域內(nèi)。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略、中部崛起戰(zhàn)略的實(shí)施和中西部地區(qū)豐富的礦產(chǎn)資源，中西部地區(qū)壓縮機(jī)的需求量將大幅度提高；我國煤礦出現(xiàn)事故比較頻繁而且損失較大，空氣壓縮機(jī)將隨著國家大力整頓煤礦企業(yè)二加速發(fā)展，以適應(yīng)今后發(fā)展的需要。螺桿壓縮機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，將隨著對其研究的不斷深化和設(shè)計(jì)技術(shù)的持續(xù)提高，螺桿壓縮機(jī)的性能將進(jìn)一步改善，其應(yīng)用領(lǐng)域會越來越廣泛。除傳統(tǒng)的應(yīng)用場合外，螺桿壓縮機(jī)在燃料電池等新領(lǐng)域的應(yīng)用將迅速擴(kuò)大。今后螺桿壓縮機(jī)的研究依舊圍繞提高螺桿壓縮機(jī)的性能展開，主要包括：螺桿壓縮機(jī)型線幾何和轉(zhuǎn)子幾何；間隙、氣體泄漏和油的影響；熱力學(xué)（泄漏、傳熱、油氣換熱的數(shù)學(xué)模型，排氣孔口流動）過程的研究；道具計(jì)算；壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子震動與噪聲，轉(zhuǎn)子碰撞、噴液螺桿機(jī)等方面的研究。螺桿壓縮機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)良作業(yè)性能，但是要繼續(xù)保持優(yōu)勢還需要借助許多新的研究手段與工具，在型線設(shè)計(jì)、熱力過程、加工制造等方面進(jìn)行深入研究。應(yīng)以我國螺桿壓縮機(jī)的現(xiàn)有研究現(xiàn)狀、今后的發(fā)展方向?yàn)橹笇?dǎo)，穩(wěn)步提高其工作性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，使螺桿壓縮機(jī)在我國工業(yè)的發(fā)展應(yīng)用中起到至關(guān)重要的作用。3.尚待研究的問題（1）轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計(jì)螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,其核心部件是一對相互嚙合的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子的端面型線在很大程度上決定了螺桿壓縮機(jī)的性能,螺桿壓縮機(jī)性能的提高是伴隨著一代又一代轉(zhuǎn)子型線的成功開發(fā)和應(yīng)用而發(fā)生的。對于螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線的要求，主要是在齒間容積之間有優(yōu)越的密封性能，因?yàn)檫@些齒間容積是實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。對螺桿壓縮機(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、封閉容積和齒間面積等。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共軛型線。為了盡可能減少氣體通過間隙帶的泄漏，要求設(shè)法縮短轉(zhuǎn)子間的接觸線長度。吸氣封閉容積導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗增加、效率降低、噪聲增大。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能地小。（2）齒間容積及其變化過程螺桿壓縮機(jī)工作時，陰、陽轉(zhuǎn)子的齒間容積因彼此侵占而減小，從而實(shí)現(xiàn)壓縮氣體的目的。用端面齒間面積的變化來描述容積的變化，可以使復(fù)雜的空間問題轉(zhuǎn)化為簡單的平面問題。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽轉(zhuǎn)子齒從開始嚙合到解脫嚙合期間，位于接觸線一側(cè)的齒間容積從最大值減少到零，完成壓縮和排氣過程。同時，位于接觸線另一側(cè)的齒間容積卻從零擴(kuò)大到最大值，完成了吸氣過程。（3）熱力學(xué)和功率計(jì)算螺桿壓縮機(jī)由于轉(zhuǎn)子齒內(nèi)部過程比較復(fù)雜，很難精確計(jì)算出具體數(shù)值。因此，本節(jié)計(jì)算主要是為了算出在工作過程當(dāng)中，壓力、溫度這兩個數(shù)值之間的變化。然后，機(jī)器的功率也根據(jù)此計(jì)算出。同時，壓縮機(jī)工作原理主要是通過空氣壓縮進(jìn)行的，因此它的容積效率也是很有必要計(jì)算出來的大概值。由于過程復(fù)雜，因此在計(jì)算的時候，采用簡單的方式模型去加以計(jì)算。參考文獻(xiàn)[1]尚勇軍.無油螺桿壓縮機(jī)主體結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[J].機(jī)械學(xué)報(bào)，2003，30(12)：19-21.[2]范春艷.試論螺桿壓縮機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2010,21(9):186-187．[3]熊偉，馮全科.螺桿壓縮機(jī)研究現(xiàn)狀與熱點(diǎn)[J].流體機(jī)械，2005，33(3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