螺桿式壓縮機是由什么構成，一定質量的封閉氣體被壓縮后_螺桿壓縮機轉子型線設計原則及發展過程

原創：壓縮機網、邢子文 【未經授權 禁止轉載】

一 、螺桿壓縮機轉子型線及其要素

螺桿壓縮機中，最關鍵的是一對相互嚙合的轉子。轉子的齒面與轉子軸線垂直面的截交線稱為轉子型線，如圖2-1a所示。由于轉子型線作螺旋運動就形成了轉子的齒面，故又把轉子型線稱為端面型線或轉子齒形。

螺桿式壓縮機是由什么構成，螺桿壓縮機的陰陽轉子可以看作是一對相互嚙合的斜齒輪因此，螺桿壓縮機的陰、陽轉子型線也要滿足嚙合定律，即不論在任何位置，經過型線接觸點的公法線必須通過節點。但螺桿轉子與普通的斜齒輪又有很大的不同。普通斜齒輪的主要任務是在兩根平行軸之間的任意傳動方向上，強制傳遞轉速、轉矩及功率。在螺桿壓縮機中，轉子之間的動力傳遞和由此而引起的齒面接觸應力都是次要的。事實上，無油螺桿壓縮機的陰陽轉子并不接觸，兩者之間的動力傳遞是通過同步齒輪來完成的。在噴油螺桿壓縮機中，轉子之間傳遞的功率，也僅占壓縮機軸功率的10％左右，而且只在齒面的一側進行。所以螺桿壓縮機的轉子型線，不必像普通齒輪那樣無條件地對稱于其齒頂中心線。

對于螺桿壓縮機轉子型線的要求，主要是要在齒間容積之間有優越的密封性能，因為這些齒間容積是實現氣體壓縮的工作腔。對螺桿壓縮機性能有重大影響的轉子型線要素有接觸線、泄漏三角形、封閉容積和齒間面積等。

1.接觸線

螺桿壓縮機的陰、陽轉子嚙合時，兩轉子齒面相互接觸而形成的空間曲線稱為接觸線(圖2-1b中10)。接觸線一側的氣體處于壓力較高的壓縮和排氣過程，另一側的氣體則處于壓力較低的吸氣過程。如果轉子齒面間的接觸線不連續，則處在高壓力區內的氣體將通過接觸線中斷缺口，向低壓力區泄漏。

渦旋式壓縮機的工作過程包括、圖2-1 轉子型線、嚙合線、齒間面積、封閉容積、泄漏三角形和接觸線

a)型線、嗜合線、齒間面積、封閉容積、泄漏三角形

b)泄漏三角形和接觸線

1一陽轉子型線2一陰轉子型線3一封閉容積4嚙合線5一世三角形6一陽轉子齒間面積7一陽轉子節圓8一陰轉子節圓9一陰轉子齒間面積10一接觸線

陰、陽轉子型線嚙合時的嚙合點軌跡,稱為嚙合線(圖 2-1a中4)。嚙合線實質是接觸線在轉子端面上的投影。顯然接觸線連續,意味著嚙合線應該是一條連續的封閉曲線。

2.泄漏三角形

怎么分析封閉氣體壓強、螺桿壓縮機轉子接觸線的頂點,通常不能達到陰、陽轉子氣缸孔的交線,在接觸線頂點和機殼的轉子氣缸孔之間,會形成個空間曲邊三角形,稱為泄漏三角形(圖 2-1中 5)。通過泄漏三角形,氣體將從壓力較高的齒間容積,泄漏至壓力較低的鄰近齒間容積。從嚙合線頂點的位置,可定性反映泄漏三角形面積的大小。如圖 21a 所示,若嚙合線頂點距陰、陽轉子齒頂圓的交點W 較遠,則說明泄漏三角形面積較大。

3.封閉容積

如果在齒間容積開始擴大時,不能立即開始吸氣過程,就會產生吸氣封閉容積。由于吸氣封閉容積的存在,使齒間容積在擴大的初期,其內的氣體壓力低于吸氣口處的氣體壓力。在齒間容積與吸氣孔口連通時,其內的氣體壓力會突然升高到吸氣壓力,然后才進行正常的吸氣過程。所以,吸氣封閉容積的存在,影響了齒間容積的正常充氣。吸氣封閉容積在轉子端面上的投影如圖2-1a中3 所示,從轉子型線可定性看出封閉容積的大小。

4.齒間面積

水銀柱封閉氣體壓強求法、齒間面積是齒間容積在轉子端面上的投影(圖 21a中69)。轉子型線的齒間面積越大,轉子的齒間容積就越大。

二 、轉子型線設計原則

經過多年的理論分析和試驗研究,總結出螺桿壓縮機轉子的型線設計原則如下:

1)轉子型線應滿足嚙合要求。螺桿壓縮機的陰、陽轉子型線,必須是滿足嚙合定律的共軛型線,即不論在任何位置,經過型線接觸點的公法線必須通過節點。

氣體壓縮成液體。2)轉子型線應形成長度較短的連續接觸線。轉子型線的沒計應保證能形成連續的接觸線。另外,在實際機器中,為保證轉子間的相對運動,齒面間總保持有一定間隙。因此,理論上的接觸線就轉化成實際中的間隙帶。為了盡可能減少氣體通過間隙帶的泄漏,要求設法縮短轉子間的接觸線長度。

3)轉子型線應形成較小面積的泄漏三角形。為減少氣體通過泄漏三角形的泄漏,型線設計應使轉子的泄漏三角形面積盡量小。

4)轉子型線應使封閉容積較小。大多數轉子型線會形成吸氣封閉容積,導致壓縮機耗功增加、效率降低、噪聲增大。所以,轉子型線應使吸氣封閉容積盡可能地小。

5)轉子型線應使齒間面積盡量大。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對減少,效率得到提高。

另外,從制造、運轉角度考慮,還要求轉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。值得指出的是,以上有些因素是相互制約的。例如,為了減小泄漏三角形,就不可避免地會使型線具有封閉容積和較長的接觸線。為了減少流體動力損失,使型線流線型化,又會增大泄漏三角形等。

鑒于要滿足如上種種要求,螺杄壓縮機的轉子型線通常由多段曲線首尾相接組成,這些曲線稱為組成齒曲線。常用的組成齒曲線主要有點、直線、擺線、圓弧、橢圓及拋物線等。

三 、轉子型線的發展過程

螺桿轉子設計中,最重要的是設計型線,因為轉子型線基本決定了螺杄壓縮機的性能好壞。螺桿壓縮機性能的不斷提高及其市場份額的不斷擴大,是與轉子型線的發展密不可分的。國際上著名的螺桿壓縮機生產廠家,都是伴隨著新型線的開發成功而不斷發展壯大的。性能優越的新型線一旦開發成功,往往會使其產品的銷售量猛增、市場占有率迅速擴大。

為便于區別起見,可將螺桿壓縮機中的型線分為對稱型線和不對稱型線,以及單邊型線和雙邊型線。齒頂中心線兩邊的型線完全相同時,稱為對稱型線。反之,齒頂中心線兩邊的型線不同時，稱為不對稱型線。只在轉子節圓的內部或外部一邊具有型線，稱單邊型線。節圓的內、外均具有型線，稱雙邊型線。

隨著對螺桿壓縮機轉子型線設計原則的逐步認識和轉子加工方法的不斷改進，以及計算機在轉子型線設計中的應用，螺桿壓縮機的轉子型線大致經歷了三代變遷。

1.對稱圓弧型線

第一代轉子型線是對稱圓弧型線，應用于初期的螺桿壓縮機產品中，雖然在隨后的年代里，不對稱的轉子型線有了許多顯著的進展，但這些進展主要是針對噴油螺桿壓縮機的。由于對稱型線易于設計、制造和測量，這類型線直到現在還被很多干式螺桿壓縮機制造商廣泛采用。

螺桿壓縮機齒間容積間的泄漏主要通過四個通道進行: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點之一，就是泄漏三角形的面積明顯減少。但對無油壓縮機，泄漏三角形只是四個主要泄漏通道中的一個，其面積的減少對壓縮機的整體效率只能產生有限的影響。另外，與噴油壓縮機相比，無油螺桿壓縮機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。

2.不對稱型線

第二代轉子型線是以點、直線和擺線等組成齒曲線為代表的不對稱型線。60年代后，隨著噴油技術的發展，發展了以SRM-A型線為代表的第二代轉子型線。這種型線為螺桿壓縮機市場份額的擴大，起了巨大的推動作用，目前仍被多家公司所采用。

螺桿壓縮機內共有四個主要的泄漏通道，在噴油螺桿壓縮機中，由于油的存在而使這四個通道中的三個被有效地密封起來。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，而是一個近似于三角形的開口孔，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別，在于采用不對稱型線時，泄漏三角形的面積大為減少。一般不對稱型線的泄漏三角形面積僅是對稱型線的十分之一左右。因此，采用不對稱型線，可以使噴油螺桿壓縮機的性能得到明顯改善。

3.新的不對稱型線

80年代后，隨著計算機在螺桿壓縮機領域的應用，精確解析螺桿壓縮機轉子的幾何特性成為可能，在壓縮機工作過程數學模擬的基礎上，出現了各具特色的多種第三代轉子型線。性能優越的主要有CHH型線、日立型線和SRM-D型線。90年代后，轉子型線更加多樣化，已能夠根據螺桿壓縮機的具體應用場合，專門設計出新穎的高效型線。目前，所有的噴油螺桿壓縮機，采用的都是不對稱型線。

第二代和第三代轉子型線都是不對稱型線，兩者之間的主要區別在于:第三代轉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。這種改變可使轉子齒面由“線”密封改進為“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。