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螺杆压缩机设计理论与关键技术的研究和开发

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019/2/27     浏览次数:    
    螺杆压缩机设计理论与关键技术的研究和开发
    摘要:基于螺杆压缩机热、动力学的理论研究,建立了螺杆压缩机工作过程中热力学、动力学计算的数学模型,并在螺杆压缩机工作过程指示图录取、压力脉动测试、转子轴向力测量、油分布的可视化等实验研究基础上,揭示了螺杆压缩机热、动力性能与转子型线等设计参数之间的内在规律,建立了完整的螺杆压缩机设计理论.在设计理论的指导下,开发了转子型线设计、刀具刃形设计、SC-CAD设计等技术和软件,与本行业知名企业合作开发系列产品,并实现大批量生产,使新产品广泛应用于制冷空调、空气动力和石油化工等领域,实现了我国螺杆压缩机产品的更新换代,推动了我国压缩机行业的技术进步和产业结构优化
    关键词:螺杆压缩机; 设计理论; 关键技术

    产品开发在掌握螺杆压缩机设计理论和攻克了多项关键技术之后 ,与知名企业合作, 开发了 36 个型号的开第 7 期 邢子文, 等:螺杆压缩机设计理论与关键技术的研究和开发启式 、18 个型号的封闭式螺杆制冷压缩机和 15 个型号的螺杆空气压缩机, 并改进了一种螺杆工艺压缩机 ,实现了大批量生产 ,产品普遍节能 5 %~噪声下降 5 ~ 10 dB ,多项产品通过鉴定 ,结论为:达到国际同类产品先进水平. 其中, 开发的“螺杆制冷空调机组”被评为中国名牌,“螺杆式冷水机组”成为中国制冷空调工业协会推荐产品。

    螺杆制冷压缩机系列产品开发
    针对国内原来生产的开启式螺杆制冷压缩机产品噪声大 、能耗高和不得不从国外大量进口封闭式螺杆制冷压缩机的情况, 本项目与行业知名企业合作,成功开发了 36 个型号的开启式螺杆制冷压缩机和 18 个型号的封闭式螺杆制冷压缩机 ,其主要性能指标达到了国际同类产品的先进水平, 不仅满足了国内市场需求, 而且半封闭式螺杆制冷压缩机还批量出口日本开启式螺杆制冷压缩机的典型产品如图 18 所示. 该类系列产品利用本项目提出的“通过定量比较转子几何特性、热力和动力性能,以二次曲线及其共轭包络线组成齿曲线的型线设计方法” ,设计出了具有优越性能,且利于批量加工的开启式螺杆制冷压缩机的转子新型线 ,并应用了本项目开发的新颖调节机构,可同时调节压缩机能量和内容积比, 使螺杆压缩机在正常工况 、高温工况 、低温工况、最大压差工况下运行时都能保持较高的效率 ,实现了在变工况运行时的节能效果. 另外,该系列产品应用了本项目的油泵供油结合压差供油的润滑系统, 避免了启动时油量过少和油量不随机组工况变化等缺点 , 保证螺杆压缩机启动时有足够的油量 ,在变工况运行时仍有合适的油量供应, 降低了机组功耗,提高了机组可靠性图 18 开启式螺杆制冷压缩机典型产品封闭式螺杆制冷压缩机的典型产品如图 19 所示. 该系列产品利用本项目提出的转子型线设计新方法 ,专门设计了性能优越的转子型线. 同时, 应用图 19 封闭式螺杆制冷压缩机典型产品本项目开发的转子刀具刃形设计技术, 使该系列螺杆压缩机的性能得到了提高 ,且噪声下降。
    螺杆空气压缩机系列产品开发
    我国国内生产螺杆空气压缩机的企业很多 ,主要以进口螺杆机头进行组装为主. 针对这种情况 ,本项目研究了螺杆空气压缩机运行的动力特性和油分布对泄漏的影响, 应用了螺杆压缩机型线设计技术、油分布可视化研究成果及孔口配置技术 ,开发了个型号的喷油螺杆空气压缩机, 包括普通动力用和城市轻轨车辆用喷油螺杆空气压缩机 , 开发了 3 个型号的无油螺杆空气压缩机, 包括国家“863 计划”
    的燃料电池用螺杆空气压缩机等喷油螺杆空气压缩机的典型产品如图 20 和图所示,该系列产品应用了本项目中油分布可视化研究成果,针对不同要求的螺杆空气压缩机分别优化配置了不同大小的喷油孔口以及其相应的喷油位 置,保证了合适的喷油量以及良好的雾化效果 ,起到了润滑 、密封和冷却的作用. 特别是利用本项目中螺杆压缩机动力特性的研究成果对螺杆空气压缩机的型线进行了进一步的改进 , 一方面保证螺杆转子之间力矩的合理分配 , 另一方面尽量降低了转子所受的气体轴向力 , 提高了螺杆空气压缩机的使用寿命无油螺杆空气压缩机的典型产品如图 22 所示本项目研究了高转速无油润滑螺杆压缩机压缩过程中的泄漏 、传热和螺杆转子型线技术,间隙设定技术以及转子变形的研究成果, 研制成功了无油螺杆压缩机以及无油螺杆压缩-膨胀机组 , 并应用于“计划”的电动汽车专项 ———燃料电池用螺杆压缩机子项目中。
    螺杆工艺压缩机改进
    螺杆工艺压缩机主要应用于石油化工企业, 由于其设计开发的难度大, 因此国内的螺杆工艺压缩机全部依赖进口. 在本项目技术的支持下,对美国德莱赛兰公司生产的喷水螺杆解析气压缩机进行了改进,该螺杆工艺压缩机是中国石化镇海炼油化工股份有限公司 PSA 装置的核心设备之一 ,针对这种压缩机的具体应用场合, 专门设计了一种高效的转子新型线. 改进后的压缩机运行可靠 , 排气量大幅上升,耗水量明显下降 ,有效提高了 PSA 装置产量, 降低了运行成本, 具有明显的经济效益改进后的镇海炼油化工股份有限公司 PSA 装置中的螺杆工艺压缩机转子及其机组如图 23 所示。
    结 论

    开展螺杆压缩机的设计理论研究 , 对其工作过程进行了数学模拟和试验测录 ,对压力脉动、转子受力、喷油等进行了理论和试验研究 ,精确地揭示了螺杆压缩机热动力性能与转子型线等设计参数之间的内在规律 ,形成了完整的螺杆压缩机设计理论. 在设螺杆转子螺杆机组图 23 螺杆工艺压缩机转子及其机组计理论指导下,提出并攻克了多项关键技术,包括转子型线设计技术、转子刀具刃形设计技术 、调节和润滑技术 ,以及 SCCAD 设计计算软件等 ,解决了行业的共性难题 ,最终实现了螺杆压缩机系列产品开发和大批量生产,使新产品广泛应用于制冷空调、空气动力和石油化工等领域。


本文由 饲料膨化机单螺杆 整理编辑。


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