1、 题 目 : 螺杆式空气压缩机的结构设计 学 院 专业 (层次 ) 机械工程及自动化 年 级 2012 级 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 I 目 录 目 录 .I 摘 要 . III ABSTRACT .IV 绪 论 . V 1.螺杆压缩机简介 . V 2.螺杆压缩机的特点和应用前景 .VII 2.1 螺杆压缩机的特点 .VII 2.2 螺杆压缩机的应用前景 . VIII 3.国内外螺杆压缩机的研究进展 .IX 4.本文的主要研究内容 . X 第一章 系统原理图的设计 .1 1.1 螺杆空气压缩机主要组成及原理 . 1 1.2 风冷与水冷的基本区别 . 1 1.3 系统原理图的设计 .
2、2 第二章 螺杆压缩机主机的结构原理及选择 .3 2.1 基本结构 . 3 2.2 工作原理 . 3 2.3 电机的选择 . 6 第三章 螺杆压缩机主要零部件的工作原理及选择 .7 3.1 进气阀、安全阀、保压阀、温控阀的工作原理及选择 . 7 3.1.1 进气阀 . 7 3.1.2 安全阀 . 8 3.1.3 保压阀 . 9 3.1.4 温控阀 . 10 3.2 空滤、油滤、油分芯的作用 . 10 3.3 油气分离器的设计 . 13 3.4 冷却器及风扇的选型设计 . 15 3.4.1 冷却器的选择 . 15 3.4.2 风扇的选择 . 17 3.5连接配管的选型设计 . 18 第四章 螺杆
3、压缩机的结构布局设计 . 20 4.1 整体结构设计及说明 . 20 4.1.1 零部件布局说明 . 20 4.1.2 管路系统设计说明 . 22 II 4.2 机组系统运转说明 . 23 4.3 噪音防护处理 . 25 4.4 外部钣金设计 . 28 第五章 螺杆压缩机维护及保养 . 30 5.1 螺杆空气压缩机的日常维护 . 30 5.2 螺杆空气压缩机的常见故障分析及处理 . 32 总 结 . 35 致 谢 . 37 参考文献 . 38 III 螺杆式空气压缩机的结构设计 摘 要 空压机是各种工厂、筑路、矿山及建筑行业的必备设备，主要用来提供源源不断的具有一定压力的压缩空气。空压机有很多
4、种类，如螺杆式空压机、活塞式空压机、离心式空压机、涡旋式空压机等等。其中 螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机，因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点，而广泛地应用于矿山、建筑、化工、冶金、动力、机械、制冷等工业部门。螺杆压缩机已经超过所有工业压缩机的 50%，其市场份额超过 80%，今后其市场份额还将继续扩大。可见，研究螺杆压缩机具有十分重要的意义。本课题主要是设计通用的喷油螺杆空气压缩机， 完成一台 110kW 螺杆压缩机的设计工作，了解 螺杆式空气压缩机 的结构及工艺特点等 。首先， 通过 对螺杆压缩机资料的查阅，深入了解整机部件及工作原理。之后设计系统图，并根据系统图对零
5、部件进行 调研 、选型 、可行性分析、技术设计、 三维模型绘制等，逐步完成 各个环节 的任务 ， 最终通过整机三维模型的建立，设计出一套符合设计要求的整机机组，通过这整个过程，丰富螺杆压缩机的知识，掌握 螺杆式空气压缩机 的 设计。 关键词 :螺杆压缩机；油回收器；噪音；结构； IV Abstract Air compressor is all sorts of factories, the necessary equipment, road construction, mining and construction industry that is mainly used to provid
6、e a steady stream of compressed air with certain pressure.There are all kinds of air compressor, such as screw air compressor, piston compressor, centrifugal compressor, the vortex type air compressor, etc.The twin-screw compressor is a kind of newly emerging compressor. Because of its high reliabil
7、ity， easy repair, good balance and good adaptability etc, and widely applied to such industrial departments as mine, chemical industry, power, metallurgy, architecture, machinery, refrigeration, etc. Screw compressor has more than 50% of all industrial compressor. The market share of more than 80%.I
8、t is very important to design and research a twin-screw compressor in industrial. This topic is mainly design of general injection screw air compressor, completed a 110 kw screw compressor design work, understand the structure and process characteristics of screw air compressor, etc. First of all, b
9、ased on the screw compressor information consult, in-depth knowledge of the machine parts and working principle.After design system diagram, and according to the system diagram of parts for research, selection, feasibility analysis, technical design, 3 d model drawing, etc., each link of the task st
10、ep by step, finally through the establishment of the whole machine 3 d model, design a set of comply with the design requirements of the whole machine unit, through the whole process, enrich the knowledge of the screw compressor, master the design of screw air compressor. Keywords A twin-screw compr
11、essor； Oil collector； Noise； Structure； V 绪 论 1.螺杆压缩机简介 我们所说螺杆压缩机是属于回转式压缩机，是一种工作容积作旋转运动的容积式气体压缩机械。气体的压缩是通过 容积的变化来实现，而容积的变化又是借压缩机的一个或几个转子在气缸里作旋转运动来达到。回转式压缩机的工作容积不同于往复式压缩机，它除了周期性地扩大和缩小外，其空间位置也在变更。 回转式压缩机靠容积的变化来实现气体的压缩，这一点与往复式压缩机相同，它们都属于容积式压缩机；回转式压缩机的主要机件（转子）在气缸内作旋转运动，这一点又与速度式压缩机相同。所以，回转式压缩机同时兼有上述两类机器的
12、特点。 回转式压缩机没有往复运动机构，一般没有气阀，零部件（特别是易损件）少，结构简单、紧凑，因而制造方便，成本低廉；同时，操 作简便，维修周期长，易于实现自动化。 回转式压缩机的排气量与排气压力几乎无关，与往复式压缩机一样，具有强制输气的特征。 回转式压缩机运动机件的动力平衡性良好，故压缩机的转数高、基础小。这一优点，在移动式机器中尤为明显。 回转式压缩机转数高，它可以和高速原动机（如电动机、内燃机、蒸汽轮机等）直接相联。高转数带来了机组尺寸小、重量轻的优点。同时，在转子每转一周之内，通常有多次排气过程，所以它输气均匀、压力脉动小，不需设置大容量的储气罐。 回转式压缩机的适应性强，在较大的工
13、况范围内保持高效率。排气量小时，不像速度 式压缩机那样会产生喘振现象。 在某些类型的回转式压缩机（如罗茨鼓风机、螺杆式压缩机）中，运动机件相互之间，以及运动机件与固定机件之间，并不直接接触，在工作容积的周壁上无需润滑，可以保证气体的洁净，做到绝对无油的压送气体（这类机器成为无油回转压缩机）。同时，由于相对运动的机件之间存在间隙以及没有气阀，VI 故它能压送污浊和带液滴、含粉尘的气体。 但是，回转式压缩机也有它的缺点，这些缺点是： 由于转数较高，加之工作容积与吸排气孔口周期性地相通、切断，产生较为强烈的空气动力噪声，其中螺杆式压缩机、罗茨鼓风机尤为突出，若 不采取消音措施，即不能被用户所利用。
14、许多回转式压缩机，如螺杆式、罗茨式、转子式等，运动机件表面多呈曲面形状，以其啮合运动使工作容积改变，这些曲面的加工及其校验均较复杂，有的还需使用专用设备。 回转式压缩机工作容积的周壁，大多不是圆柱形，使运动机件之间或运动机件与固定机件之间的密封问题较难满意解决，通常仅以其间保持一定的运动间隙达到密封，气体通过间隙势必产生泄漏，这就限制了回转式压缩机难以达到较高的终了压力。 回转式压缩机的形式和结构类型较多，分类也各有不同。 按转子的数量区分：单转子和双转子回转式压缩机， 个别情况下还有多转子回转式压缩机； 按气体压缩的方式区分：有内压缩和无内压缩回转式压缩机； 按工作容积是否有油（液）区分：有
15、无油（液）和喷油（液）回转式压缩机。 通常都按结构元件的特征区分和命名，目前广为使用的有罗茨鼓风机、滑片式压缩机和螺杆式压缩机。此外，单螺杆压缩机、液环式压缩机、偏心转子式压缩机以及旋转活塞式压缩机等在不同领域内也得到应用。 上述各种回转式压缩机，除罗茨鼓风机属无内压缩的机器外，其余均是有内压缩的机器。 回转式压缩机大多作为中、小排气量，中、低压压缩机或鼓风机之用。目前，回转式压缩机在 冶金、化工、石油、交通运输、机械制造以及建筑工程等工业部门得到广泛的应用；随着人民生活水平的逐步提高，在耐用消费品中也将得到广泛的应用。 VII 2.螺杆压缩机的特点和应用前景 2.1 螺杆压缩机的特点 就气体
16、压力提高的原理而言，螺杆压缩机与活塞压缩机相同，都属于容积式压缩机。就主要部件的运动形式而言，又与透平压缩机相似。所以，螺杆压缩机同时兼有上述两类机器的特点。 1.螺杆压缩机的优点如下： 1）可靠性高。螺杆压缩机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命长，大修间隔期可达 4-8 万 h. 2)操作维护方便。螺杆压缩 机自动化程度高，操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转。 3）动力平衡好。螺杆压缩机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，特别适合用作移动式压缩机，体积小、重量轻、占地面积少。 4）适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力
17、的影响，在宽广的范围内能保持较高的效率，在压缩机结构不作任何改变的情况下，适用于多种共质。 5）多相混输。螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙，因而能耐液体冲击，可输送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。 2.螺杆压缩机的主要缺点： 1）造价高。由于螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面，需利用特制的刀具在价格昂贵的专用设备上进行加工。另外，对螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高的要求。 2）不能用于高压场合。由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制，螺杆压缩机只能用于中、低压范围，排气压力一般不超过 3MPa。 3）不能用于微型场合。螺杆压缩机依靠间隙密封气体，目前一般只有容积流量大于 0.2m/min
18、 时，螺杆压缩机才具有优越的性能。 VIII 2.2 螺杆压缩机的应用前景 （ 1）喷油螺杆空气压缩机 动力用的喷油螺杆压缩机已系列化，一般都是在大气压力下吸 入气体，单级排气压力有 0.7 MPa、 1.0MPa 和 1.3MPa（表压）等不同形式。少数用于驱动大型风钻的两级压缩机，排气压力可达 2.5MPa（表压）。此类压缩机目前的容积流量范围为 0.2-100m3/min，越来越被用到对空气品质要求非常高的应用场合，如食品、医药及棉纺企业，占据了许多原属无油压缩机的市场。 （ 2）喷油螺杆制冷压缩机 目前，半封闭和全封闭式螺杆制冷压缩机广泛应用于住宅和商用楼房的中央空调系统，产量远远超过
19、开启式。此外，螺杆制冷压缩机还用于工业制冷、食品冷冻、冷藏，以及各种交通运输工具的制冷 装置。 在环境温度下工作时，单级螺杆制冷压缩机可达 -25的蒸发温度，采用经济器或双级压缩，可达 -40的蒸发温度。既能供冷又能供暖的冷热两用螺杆机组，近年发展很快。目前螺杆制冷压缩机标准工况下制冷量范围为 10-2500KW。 （ 3）喷油螺杆工艺压缩机 喷油螺杆工艺压缩机的工作压力由工艺流程确定，单级压力比可达 10，排气压力通常小于 4.5MPa，但可高达 9MPa，容积流量范围为 1-200 m3/min。 （ 4）干式螺杆压缩机 目前一般干式螺杆压缩机的单级压力比为 1.5-3.5，双级压力比可达
20、 8-10，容积流量为 3-500m3/min。 （ 5）喷水螺杆压缩机 使喷入的水与润滑油隔开，用于一些可能发生聚合反应的气体，向压缩机入口喷入适当的溶剂，以冲掉这些化合物。 （ 6）其他螺杆机械 螺杆压缩机可作为油、气、水多相流混输泵使用，也可作为真空泵使用单级真空度可达 98%，能耗较其他类型真空泵低 20%-50%。此外，螺杆机械还可作为膨胀机。 IX 3.国内外螺杆压缩机的研究进展 螺杆压缩机的螺杆齿形发展体现在以下四个阶段：第一代为 Lysholm 齿形，主要线段由点生成摆线组成，限于当年加工条件，主要用于无油螺杆压 缩机；第二代为 1964 年的对称圆弧齿形， 4+6 齿，主要线
21、段由圆弧和与之啮合的圆弧包络线组成，动力用螺杆压缩机为主要应用对象；第三代为非对称齿形 SRM，4+6 齿，主要线段由生成摆线和圆弧包络线组成，其效率较第二代提高 10%，广泛用于喷油和无油螺杆压缩机；第四代， 1982 年后以 SRM-D 齿形为代表，5+6 齿， 4+5 齿， 5+7 齿，主要线段为线生成式曲线，无尖点，凡第四代齿形均为节能型。 近年来，人们逐渐对内部进行喷油的螺杆压缩机产生了兴趣。由于精密的专用数控转子加工铣床和磨床已经使任何型线的加工变得很方便，大量的 研究工作在型线方面。其次阴、阳螺杆齿数从 6： 4 发展到 6： 5。 日本的神钢与日立公司，在将近 50 年的时间里
22、不断成功地开发出了节能明显的各种系列螺杆压缩机。从某种程度而言，日本的空压机节能技术的发展代表了当今世界空压机技术的发展方向。 螺杆压缩机在我国的发展历程较短，是一种比较新颖的压缩机，但其发展很快。目前，我国的喷油内冷却的动力用螺杆压缩机比功率已达 5.56KW（ /min），已超过国外产品最好的比功率 5.54KW（ /min）。封闭式螺杆空压机噪声可达 60-85dB(A),国外螺杆压缩机无故障运行在 7* h，国内螺杆压缩机寿命可达 4* h。西安交大刑子文教授开发的“ SCCAD”螺杆设计计算软件，已转交给多家海内外企业应用。螺杆压缩机在国外占据 80%以上移动式空压机市场，国内市场因柴油机方面的原因占份额不大，只有外资产品占有较少市场，螺杆空气压缩机占螺杆压缩机总量的 85%，制冷空调方面螺杆压缩机约占 12%。可以说，我国的个别企业的螺杆压缩机已经达到国际先进水平。 今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大，特别是无油螺杆空气压缩机和各类螺杆工艺压缩机，会获得更快的发展。目前，有人开始研究两螺杆啮合过程中磨损问题和润 滑油在齿面上的分布，以提高转子寿命。有文献报道已可做到无磨损啮合。在制冷中，对于 Co 作制冷剂的跨临界循环，用螺杆压缩机与
