螺桿壓縮機性能分析與設(shè)計理論研究

螺桿壓縮機性能分析與設(shè)計理論研究

螺旋式壓縮機是一種消耗能源的設(shè)備。它具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、操作方便等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于空調(diào)、空氣動力、石油、化工等行業(yè)。自1960年以來，螺旋式壓縮機已在國外批量生產(chǎn)和應(yīng)用。在廣闊的容量和條件下，靈活的動力和其他類型的管道逐漸被取代。從1978年開始,我國螺桿壓縮機生產(chǎn)企業(yè)在參考國外進(jìn)口樣機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,以“單邊不對稱擺線——銷齒圓弧”型線為核心,設(shè)計生產(chǎn)了一些螺桿壓縮機產(chǎn)品,雖在一定程度上滿足了市場需求,但存在著轉(zhuǎn)子型線、主機設(shè)計技術(shù)、制造工藝落后等問題,導(dǎo)致產(chǎn)品的能耗高、噪聲大.在我國能源緊缺、環(huán)境保護(hù)要求日益高漲的社會發(fā)展大趨勢下,該種技術(shù)產(chǎn)品已不能滿足我國國民經(jīng)濟發(fā)展要求,因此不得不從國外進(jìn)口大量的螺桿壓縮機應(yīng)用于國內(nèi)不同的工業(yè)領(lǐng)域.國際上知名壓縮機生產(chǎn)廠商對我國采取了技術(shù)保密,嚴(yán)重阻礙了我國螺桿壓縮機技術(shù)的發(fā)展.因此,研究開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代高效、環(huán)保的螺桿壓縮機,十分符合我國民族工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略要求.1關(guān)于螺旋式壓縮機設(shè)計的理論研究1.1數(shù)學(xué)模型螺桿壓縮機是一種新型的回轉(zhuǎn)容積式壓縮機,工作過程如圖1所示,圖中轉(zhuǎn)子斷面為排氣斷面,陽轉(zhuǎn)子按順時針旋轉(zhuǎn),陰轉(zhuǎn)子按逆時針旋轉(zhuǎn),陰、陽轉(zhuǎn)子相互嚙合,同步旋轉(zhuǎn),形成工作腔的容積變化,實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣的工作過程.螺桿壓縮機的實際工作過程受到多種因素的影響,是一個復(fù)雜的變質(zhì)量熱力過程.因此,要準(zhǔn)確理解和計算螺桿壓縮機的工作過程,需要建立融合螺桿壓縮機熱力性能和動力特性的數(shù)學(xué)模型.1.1.1數(shù)學(xué)模型的基本控制方程對螺桿壓縮機工作過程的理論研究,應(yīng)當(dāng)建立全面考慮泄漏、傳熱、噴油、補氣、部分負(fù)荷、工質(zhì)物性、螺桿轉(zhuǎn)子型線、結(jié)構(gòu)參數(shù)等影響因素的熱力學(xué)模型,創(chuàng)立可以全面分析螺桿壓縮機工作過程的數(shù)學(xué)模型及其仿真軟件,解決螺桿壓縮機性能預(yù)測、設(shè)計優(yōu)化的難題,從而為開發(fā)螺桿壓縮機系列產(chǎn)品奠定基礎(chǔ).螺桿壓縮機工作過程數(shù)學(xué)模型的基本控制方程組如式(1)所示.dpdθ=(1vg[(?hg?vg)Τg-(?hg/?Τg)vg(?p/?vg)Τg(?p/?Τg)vg]dvgdθ-1Vg[∑dmg?idθ(hg?i-hg)-dQgdθ])(1-1vg(?hg/?Τg)vg(?p/?Τg)vg)-1dΤgdθ=([1vg(?hg?vg)Τg-(?p?vg)Τg]dvgdθ-1Vg?[∑dmg?idθ(hg?i-hg)-dQgdθ])((?p?Τg)vg-1vg(?hg?Τg)vg)-1dΤldθ=1Μl(∑Τl?idΜl?idθ-Τl∑dΜl?odθ-ΤldΜldθ-1Cl∑dQldθ)dΜgdθ=dΜg?idθ-dΜg?odθdΜldθ=dΜl?idθ-dΜl?odθ}(1)1.1.2非定常氣流方程排氣壓力脈動是引起螺桿壓縮機噪聲和振動的主要因素,對其進(jìn)行研究有助于了解螺桿壓縮機噪聲和振動的產(chǎn)生機理,不僅為管路系統(tǒng)的振動分析提供依據(jù),更為螺桿壓縮機排氣流道和孔口的設(shè)計奠定基礎(chǔ),從而降低噪聲和振動.在對排氣壓力脈動進(jìn)行了深入的理論研究后發(fā)現(xiàn),平面波動理論并不適合螺桿壓縮機排氣壓力的脈動分析,其振幅超出了平面波動理論的適用范圍,因此提出了“采用一維非定常氣流方程組”(如式(2)所示)來模擬計算螺桿壓縮機的排氣壓力脈動,有助于理解排氣壓力脈動機理,為降噪奠定理論基礎(chǔ).?ρ?t+??x(ρu)=0??t(ρu)+??x(ρu2+p)=-ρΨ??t(ρe+12ρu2)+??x[ρu(e+u22+pρ)]=ρq}(2)1.1.3轉(zhuǎn)子網(wǎng)格的有限元分析模型螺桿壓縮機在工作過程中,轉(zhuǎn)子由于受到氣體壓力的作用而承受所有的氣體力,并傳遞至軸承,因此轉(zhuǎn)子受力的大小影響了螺桿壓縮機的性能、振動及軸承壽命.為了研究螺桿壓縮機在工作過程中轉(zhuǎn)子受力情況,理解轉(zhuǎn)子型線對于轉(zhuǎn)子受力的影響,提高螺桿壓縮機的可靠性及其運行壽命,對螺桿壓縮機的受力機理進(jìn)行了深入的研究,提出了螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子受力的有限元計算方法,解決了螺桿壓縮機進(jìn)行動力計算的難題,能更準(zhǔn)確理解轉(zhuǎn)子型線中齒曲線組成對于螺桿轉(zhuǎn)子受力的影響程度.轉(zhuǎn)子網(wǎng)格的有限元劃分如圖2所示.1.1.4轉(zhuǎn)子熱變形分析在螺桿壓縮機中,轉(zhuǎn)子變形主要是受熱膨脹,由于轉(zhuǎn)子熱變形的存在使熱態(tài)間隙值并不等于設(shè)計值,這就往往導(dǎo)致不合理的間隙設(shè)計.間隙過大會造成泄漏增加,容積效率下降;間隙過小又容易發(fā)生燒傷咬死現(xiàn)象,無法保證轉(zhuǎn)子可靠運行.由于螺桿轉(zhuǎn)子形狀的復(fù)雜性,很難實現(xiàn)轉(zhuǎn)子熱變形量的直接測量,因此有必要對轉(zhuǎn)子的熱變形進(jìn)行理論研究,以便為轉(zhuǎn)子嚙合間隙的設(shè)計提供理論依據(jù),提高螺桿壓縮機的性能和可靠性.為計算轉(zhuǎn)子熱變形,首先要確定轉(zhuǎn)子的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)溫度場,為此提出利用有限元方法確定三維溫度場,并進(jìn)行轉(zhuǎn)子熱變形計算的數(shù)學(xué)模型.對轉(zhuǎn)子的受熱變形的計算,可有效用于指導(dǎo)螺桿壓縮機設(shè)計過程中轉(zhuǎn)子嚙合間隙、齒頂間隙、端面間隙的分布和設(shè)置.螺桿壓縮機中螺桿轉(zhuǎn)子及機殼的熱變形計算結(jié)果及網(wǎng)格劃分如圖3所示.1.2試驗研究為了對理論研究中建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗證和完善,并研究無法用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行精確描述和計算的螺桿壓縮機內(nèi)油的分布情況等,需要開展一系列的試驗研究.為此,需要對試驗和測試方法進(jìn)行創(chuàng)新研究,在國際上首先對螺桿壓縮機進(jìn)行了工作過程p-V指示圖的錄取、排氣壓力脈動測量、轉(zhuǎn)子受力測量和壓縮機內(nèi)油分布可視化研究.1.2.1壓力傳感器目前國際上錄取螺桿壓縮機指示圖的方法一般是在機殼沿著螺旋線的方向安裝多個壓力傳感器進(jìn)行測量,然后聯(lián)接各個傳感器所測得的部分轉(zhuǎn)角指示圖,形成完整的螺桿壓縮機工作過程指示圖.由于考慮到多個傳感器之間的差異誤差以及指示圖的聯(lián)接誤差,本項目研究了螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)特點,突破了旋轉(zhuǎn)信號與靜止信號的轉(zhuǎn)換技術(shù),提出了“在陰轉(zhuǎn)子齒槽底部安裝單個壓力傳感器”的螺桿壓縮機p-V指示圖錄取方法,依靠安裝在陰轉(zhuǎn)子排氣端齒槽底部的壓力傳感器,使傳感器隨轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn),利用滑環(huán)裝置把傳感器的旋轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換為靜止信號進(jìn)行壓縮腔壓力的測量,這樣僅依靠一個傳感器就能測得完整工作過程的p-θ曲線圖,再利用工作腔容積V與陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ的幾何關(guān)系,得到工作過程的p-V指示圖,達(dá)到了較好的測量精度.p-V指示圖直接反映了螺桿壓縮機工作過程中的氣體泄漏、熱交換情況和工作腔壓力隨轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律,表征了螺桿壓縮機工作過程的完善程度.壓力傳感器的實際安裝如圖4所示,p-V指示圖錄取系統(tǒng)如圖5所示.螺桿制冷壓縮機在不同負(fù)荷工況下,實測p-V指示圖如圖6所示,在補氣工況下,實測p-V指示圖與理論計算的比較如圖7所示.1.2.2排氣壓力脈動試驗研究為了解排氣壓力脈動對螺桿壓縮機噪聲和振動的影響,從而降低噪聲和振動,為螺桿壓縮機排氣流道和孔口的設(shè)計奠定基礎(chǔ),對排氣壓力脈動進(jìn)行了深入的試驗研究,依靠安裝于排氣口的微型壓力傳感器實測了螺桿壓縮機排氣壓力脈動情況,并對排氣壓力脈動計算模型進(jìn)行了驗證.圖8所示為不同排氣下的壓力脈動測量結(jié)果,圖9為排氣壓力脈動實測值與理論計算值的比較.1.2.3轉(zhuǎn)子受力測量傳感器的安裝為了提高螺桿壓縮機的可靠性及其運行壽命,對工作過程中螺桿轉(zhuǎn)子的受力情況進(jìn)行了試驗研究,并在國際上首次利用力傳感器,成功測錄了不同工況下轉(zhuǎn)子受力的真實情況,明確了工作過程中轉(zhuǎn)子受力的變化規(guī)律,為螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線設(shè)計和軸承選配提供了堅實的基礎(chǔ).由于壓縮機轉(zhuǎn)子所受軸向力全部由排氣端面的軸承所承受,因此在排氣端軸承座的兩軸承之間對稱放置兩測力傳感器,就可以測得轉(zhuǎn)子受力隨陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律.圖10顯示了轉(zhuǎn)子軸向力測試傳感器的安裝,圖11給出了陽轉(zhuǎn)子受力的實測值與理論計算值的比較.1.2.4螺桿壓縮機油分布的可視化研究在螺桿壓縮機中,潤滑油的霧化和分布在很大程度上影響著螺桿壓縮機的間隙分布、泄漏、效率和可靠性,考慮到無法用數(shù)學(xué)模型對螺桿壓縮機內(nèi)的油分布進(jìn)行準(zhǔn)確的描述和計算,本項目利用PIV激光測試裝置以及自行設(shè)計搭建的油分布可視化試驗臺,在國際上首次進(jìn)行了螺桿壓縮機油分布的可視化研究,獲得了噴油對于螺桿壓縮機泄漏的影響程度,從而得到了螺桿壓縮機內(nèi)間隙的分布規(guī)律,既提高了螺桿壓縮機的熱力性能,同時也提高了螺桿壓縮機的可靠性.圖12示出了潤滑油的霧化、速度場,圖13給出了螺桿壓縮機內(nèi)的油分布情況.基于螺桿壓縮機熱、動力學(xué)的理論研究,利用螺桿壓縮機工作過程指示圖測錄、壓力脈動測量、轉(zhuǎn)子受力測試和油分布的可視化等創(chuàng)新試驗研究,建立并驗證了螺桿壓縮機工作過程、壓力脈動、螺桿轉(zhuǎn)子受力和變形的數(shù)學(xué)模型,精確地揭示了螺桿壓縮機熱、動力性能與轉(zhuǎn)子型線、結(jié)構(gòu)參數(shù)等設(shè)計參數(shù)之間的內(nèi)在規(guī)律,形成了完整的螺桿壓縮機設(shè)計理論,奠定了螺桿壓縮機系列產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ).2項關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)結(jié)果在螺桿壓縮機設(shè)計理論的指導(dǎo)下,提出并攻克了實現(xiàn)螺桿壓縮機系列產(chǎn)品開發(fā)的多項關(guān)鍵技術(shù),主要包括螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計方法、螺桿轉(zhuǎn)子刀具刃形設(shè)計技術(shù)、調(diào)節(jié)和潤滑技術(shù),以及SCCAD設(shè)計計算軟件開發(fā)等.開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)通過鑒定,結(jié)論為:取得了系統(tǒng)的創(chuàng)新成果,解決了許多關(guān)鍵技術(shù),達(dá)到了國際同類技術(shù)的領(lǐng)先水平.2.1螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計技術(shù)前述螺桿壓縮機設(shè)計理論研究表明,螺桿轉(zhuǎn)子型線對壓縮機熱力性能和動力特性有著決定性的影響,因此轉(zhuǎn)子型線設(shè)計是開發(fā)高性能螺桿壓縮機的關(guān)鍵技術(shù)之一.文獻(xiàn)提出的“通過定量比較轉(zhuǎn)子幾何特性、熱力和動力性能,以二次曲線及其共軛包絡(luò)線組成齒曲線的型線設(shè)計方法”,避免了傳統(tǒng)型線組成齒曲線中的點和直線,解決了準(zhǔn)確預(yù)測轉(zhuǎn)子型線對于壓縮機熱力性能和動力性能影響的難題.傳統(tǒng)的螺桿壓縮機型線設(shè)計方法,僅根據(jù)影響熱力性能的泄漏對型線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選,而本項目研究中的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線設(shè)計技術(shù)是在通過全面比較目前國際上知名型線的基礎(chǔ)上,憑借對螺桿壓縮機精確的研究成果,不僅從影響熱力性能因素出發(fā),更進(jìn)一步地注意到了有關(guān)型線參數(shù)對轉(zhuǎn)子間力矩分配的影響,使得利用該技術(shù)設(shè)計的轉(zhuǎn)子型線在熱力性能、動力特性以及批量加工方面具有更大的優(yōu)越性.螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計技術(shù)的核心內(nèi)容如下:①組成齒曲線的選擇;②據(jù)熱力性能設(shè)計轉(zhuǎn)子型線;③據(jù)動力特性設(shè)計轉(zhuǎn)子型線.應(yīng)用轉(zhuǎn)子型線設(shè)計技術(shù)成果,成功設(shè)計并推廣應(yīng)用了多種新型螺桿轉(zhuǎn)子型線,具有代表性的型線如圖14所示.2.2螺桿轉(zhuǎn)子刀具機械設(shè)計螺桿壓縮機設(shè)計理論表明,轉(zhuǎn)子間隙對壓縮機的性能有重大的影響,而該間隙受加工、熱膨脹、噴油等因素的影響,因此決定間隙的刀具刃形設(shè)計技術(shù)是螺桿壓縮機產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一.本項目提出用“不等距法”設(shè)計嚙合間隙和在節(jié)圓附近設(shè)置驅(qū)動帶的轉(zhuǎn)子刀具刃形設(shè)計技術(shù),有效地提高了轉(zhuǎn)子加工的精度和效率,改善了螺桿壓縮機的性能和可靠性.螺桿轉(zhuǎn)子刀具刃形是加工轉(zhuǎn)子時,保證轉(zhuǎn)子型線精度的關(guān)鍵,因此刀具刃形的設(shè)計對螺桿壓縮機的性能有重大影響.為了補償加工誤差和轉(zhuǎn)子工作時的變形,需要在理論型線的基礎(chǔ)上,設(shè)定各點的間隙,并根據(jù)由此得到的實際型線進(jìn)行轉(zhuǎn)子的刀具刃形設(shè)計.傳統(tǒng)的間隙設(shè)定方法是等距型線法和等距型面法,兩種方法都沒有考慮型線各部分變形量的不同.在本項目的嚙合間隙設(shè)定中,則對型線各部分的變形進(jìn)行了具體的分析和計算,形成了設(shè)定嚙合間隙的“不等距法”,并把此方法應(yīng)用于刀具刃形的設(shè)計中.另外,本項目還提出了在節(jié)圓附近設(shè)置寬度為2～4mm的驅(qū)動帶的刀具刃形設(shè)計方法,保證了陰、陽轉(zhuǎn)子僅在節(jié)圓附近以純滾動的方式接觸和傳遞力矩,對進(jìn)一步降低噪聲和提高COP,起到了幫助作用.利用上述螺桿轉(zhuǎn)子刀具刃形設(shè)計技術(shù),根據(jù)某轉(zhuǎn)子型線及其嚙合間隙(如圖15所示)設(shè)計的刀具刃形如圖16所示.2.3潤滑系統(tǒng)的提出螺桿壓縮機在運行過程中,會受到外界使用工況變化的影響,為了保證壓縮機的運行效率,必須調(diào)節(jié)其自身的運行工況.另外,螺桿壓縮機的潤滑系統(tǒng)也關(guān)系到機器的性能和可靠性.本項目研究了螺桿壓縮機能量和內(nèi)容積比調(diào)節(jié)的機理,提出并實現(xiàn)了“僅通過控制相關(guān)油路上的電磁閥,即可同時調(diào)節(jié)壓縮機能量和內(nèi)容積比的一種新穎的能量調(diào)節(jié)機構(gòu)”;基于對螺桿壓縮機啟動及運行時供油問題的研究,開發(fā)了“油泵供油結(jié)合壓差供油的潤滑系統(tǒng)”,解決了單一潤滑系統(tǒng)的不足,并同時擁有各自的優(yōu)點.針對螺桿制冷壓縮機應(yīng)用工況的不同,本項目開發(fā)了一種新穎的能量調(diào)節(jié)機構(gòu).該調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)有3個出油口,并合理配置在油腔相關(guān)位置.根據(jù)螺桿壓縮機運行工況的變化,通過控制這3個出油口線路上的電磁閥,可自動進(jìn)行能量和內(nèi)容積比的調(diào)節(jié),使螺桿壓縮機在正常工況、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(xiàn)了在變工況運行時的節(jié)能效果.這種調(diào)節(jié)機構(gòu)的提出,解決了在變工況時螺桿壓縮機由于內(nèi)容積比不匹配造成的過壓縮或者欠壓縮帶來的損失,保證了螺桿壓縮機運行功耗的最小化,提高了螺桿壓縮機運行效率,取得了良好的節(jié)能效果.另外,在螺桿壓縮機系統(tǒng)中,原來采用的潤滑系統(tǒng)分為油泵系統(tǒng)和壓差系統(tǒng).油泵系統(tǒng)在機組啟動時能立即給軸承等供油,但一旦油泵發(fā)生故障,機組運行就相當(dāng)危險,而且流量固定,造成了在高壓下工作時油量不足,低壓下工作時油量過剩,耗功增加.壓差系統(tǒng)正好相反,排壓越高,油流量越大,但在機組剛啟動時沒有足夠的供油量.為了保證螺桿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(yīng),降低機組功耗,提高機組可靠性,因此本項目開發(fā)了油泵供油結(jié)合壓差供油的潤滑系統(tǒng),克服了兩者的缺陷同時擁有了各自的優(yōu)點.為了保證整個潤滑系統(tǒng)的可靠運行,本項目還開發(fā)了一種專用的雙作用轉(zhuǎn)子活塞油泵,具有效率高、可靠性好的特點.2.4設(shè)計計算模型及程序螺桿壓縮機設(shè)計理論表明,在確定螺桿轉(zhuǎn)子型線、吸排氣孔口及嚙合間隙等設(shè)計參數(shù)時,需要綜合考慮這些設(shè)計參數(shù)對壓縮機熱力性能和動力特性的影響,這只有經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員利用前述的復(fù)雜模型和程序才能完成.然而,實現(xiàn)成果廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵之一,就是需要使生產(chǎn)企業(yè)的工程師有自主設(shè)計能力.為此,本項目開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SCCAD螺桿壓縮機設(shè)計計算軟件,把前述的螺桿壓縮機設(shè)計理論和關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行集成,是國際上最先進(jìn)的螺桿壓縮機設(shè)計計算軟件,能快速進(jìn)行螺桿壓縮機的設(shè)計計算,縮短設(shè)計周期,降低設(shè)計成本,解決了螺桿壓縮機生產(chǎn)企業(yè)自主設(shè)計螺桿壓縮機的窘境.SCCAD軟件的核心內(nèi)容是螺桿轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、熱力性能、轉(zhuǎn)子受力、轉(zhuǎn)子變形以及轉(zhuǎn)子刀具刃形等6項設(shè)計計算模型及程序,具體內(nèi)容如下.(1)轉(zhuǎn)子型線計算.根據(jù)對型線的基本要求和使用場合的特殊要求,給定某轉(zhuǎn)子型線上的組成齒曲線,根據(jù)嚙合原理和包絡(luò)條件,求出另一轉(zhuǎn)子上的共軛型線曲線.根據(jù)轉(zhuǎn)子型線計算程序,可計算出轉(zhuǎn)子型線上各點的坐標(biāo)值及表明該點嚙合位置的陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角,同時還可計算出型線在各點的斜率,以供其他程序使用.(2)幾何特性計算.由SCCAD軟件中的幾何特性計算程序讀入轉(zhuǎn)子型線計算結(jié)果,再考慮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)(如長徑比、扭轉(zhuǎn)角)和孔口參數(shù),進(jìn)一步計算出諸如接觸線長度、泄漏三角形面積、吸排氣孔口面積及基元容積的變化等幾何特性.(3)工作過程熱力性能預(yù)測.在幾何特性計算的基礎(chǔ)上,以基元容積為研究對象,對工作過程中的吸排氣流動、通過不同間隙的泄漏、噴油與被壓縮氣體間的換熱等現(xiàn)象,進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析和試驗驗證,從而得到描述螺桿壓縮機工作過程特性的一組偏微分方程,求出工作過程中壓縮腔內(nèi)氣體的壓力、溫度等微觀性能參數(shù),并求出壓縮機的排氣量、軸功率等宏觀熱力性能參數(shù).(4)轉(zhuǎn)子受力計算.SCCAD軟件的轉(zhuǎn)子受力分析程序,是在工作過程模擬基礎(chǔ)上,利用有限元方法,通過詳細(xì)劃分受力面積和精確確定作用在這些微元面積上的壓力,得到轉(zhuǎn)子受力和支撐轉(zhuǎn)子的軸承負(fù)荷.(5)轉(zhuǎn)子變形計算.在工作過程模擬和轉(zhuǎn)子受力分析的基礎(chǔ)上,利用有限元方法,計算陰陽轉(zhuǎn)子的變形,其計算結(jié)果對刀具刃形的修正具有重要的意義.(6)刀具刃形計算.利用端面型線的數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù),計算刀具刃形,因而適用于任何類型的轉(zhuǎn)子端面型線.該程序利用“不等距法”計算嚙合間隙,并合理分配轉(zhuǎn)子間隙,在節(jié)圓附近設(shè)置了寬度為2～4mm的驅(qū)動帶,而且獨到地處理刀具刃形計算中常出現(xiàn)的干涉和斷點問題,得到了光滑過渡的刀具刃形.SCCAD軟件運用VisualBasic程序設(shè)計語言開發(fā)了基于Windows的窗式用戶界面,圖17為SCCAD軟件的主界面及轉(zhuǎn)子型線計算程序的輸入數(shù)據(jù)對話窗口.3中國第一只出口組合冷水機組螺桿式冷水機組在掌握螺桿壓縮機設(shè)計理論和攻克了多項關(guān)鍵技術(shù)之后,與知名企業(yè)合作,開發(fā)了36個型號的開啟式、18個型號的封閉式螺桿制冷壓縮機和15個型號的螺桿空氣壓縮機,并改進(jìn)了一種螺桿工藝壓縮機,實現(xiàn)了大批量生產(chǎn),產(chǎn)品普遍節(jié)能5%～8%,噪聲下降5～10dB,多項產(chǎn)品通過鑒定,結(jié)論為:達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平.其中,開發(fā)的“螺桿制冷空調(diào)機組”被評為中國名牌,“螺桿式冷水機組”成為中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會推薦產(chǎn)品.3.1開啟式螺桿制冷壓縮機針對國內(nèi)原來生產(chǎn)的開啟式螺桿制冷壓縮機產(chǎn)品噪聲大、能耗高和不得不從國外大量進(jìn)口封閉式螺桿制冷壓縮機的情況,本項目與行業(yè)知名企業(yè)合作,成功開發(fā)了36個型號的開啟式螺桿制冷壓縮機和18個型號的封閉式螺桿制冷壓縮機,其主要性能指標(biāo)達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平,不僅滿足了國內(nèi)市場需求,而且半封閉式螺桿制冷壓縮機還批量出口日本.開啟式螺桿制冷壓縮機的典型產(chǎn)品如圖18所示.該類系列產(chǎn)品利用本項目提出的“通過定量比較轉(zhuǎn)子幾何特性、熱力和動力性能,以二次曲線及其共軛包絡(luò)線組成齒曲線的型線設(shè)計方法”,設(shè)計出了具有優(yōu)越性能,且利于批量加工的開啟式螺桿制冷壓縮機的轉(zhuǎn)子新型線,并應(yīng)用了本項目開發(fā)的新穎調(diào)節(jié)機構(gòu),可同時調(diào)節(jié)壓縮機能量和內(nèi)容積比,使螺桿壓縮機在正常工況、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(xiàn)了在變工況運行時的節(jié)能效果.另外,該系列產(chǎn)品應(yīng)用了本項目的油泵供油結(jié)合壓差供油的潤滑系統(tǒng),避免了啟動時油量過少和油量不隨機組工況變化等缺點,保證螺桿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(yīng),降低了機組功耗,提高了機組可靠性.封閉式螺桿制冷壓縮機的典型產(chǎn)品如圖19所示.該系列產(chǎn)品利用本項目提出的轉(zhuǎn)子型線設(shè)計新方法,專門設(shè)計了性能優(yōu)越的轉(zhuǎn)子型線.同時,應(yīng)用本項目開發(fā)的轉(zhuǎn)子刀具刃形設(shè)計技術(shù),使該系列螺桿壓縮機的性能得到了提高,且噪聲下降.3.2噴油螺桿空氣壓縮機我國國內(nèi)生產(chǎn)螺桿空氣壓縮機的企業(yè)很多,主要以進(jìn)口螺桿機頭進(jìn)行組裝為主.針對這種情況,本項目研究了螺桿空氣壓縮機運行的動力特性和油分布對泄漏的影響,應(yīng)用了螺桿壓縮機型線設(shè)計技術(shù)、油分布可視化研究成果及孔口配置技術(shù),開發(fā)了12個型號的噴油螺桿空氣壓縮機,包括普通動力用和城市輕軌車輛用噴油螺桿空氣壓縮機,開發(fā)了3個型號的無油螺桿空氣壓縮機,包括國家“863計劃”的燃料電池用螺桿空氣壓縮機等.噴油螺桿空氣壓縮機的典型產(chǎn)品如圖20和圖21所示,