開題報告-螺桿壓縮機設(shè)計及仿真

PAGEPAGE1蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告機械與車輛工程學(xué)院2019屆機械設(shè)計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設(shè)計及仿真一、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、意義螺桿壓縮機廣泛應(yīng)用于礦山、化工、動力、冶金、建筑、機械、制冷等工業(yè)部門，是一種消耗電力的機械設(shè)備。與活塞式壓縮機等其他類型的壓縮機相比，螺桿壓縮機的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機。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、在實際應(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。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機的銷售量已占所有容積式壓縮機銷售總量的80%以上，在所有正在運行的容積式壓縮機中，有50%是螺桿壓縮機，今后螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷擴大。可以看出，螺桿壓縮機的設(shè)計研究在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。通過本設(shè)計，可以充分了解雙螺桿壓縮機的有關(guān)知識，以及如何進一步改善其性能和擴大其應(yīng)用范圍，使雙螺桿壓縮機能得到更好的發(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)實際聯(lián)系起來，并積累了寶貴的經(jīng)驗，為以后的工作打下了一個堅實的基礎(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的發(fā)展歷程很短，自從20世紀80年代引進螺桿壓縮機，僅僅20年時間，相繼引進了大、小多套螺桿壓縮機系統(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)的螺桿壓縮機組，二我們對這些機組的認識也走過了相當一段路程，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)、特性等存在著認識上的不足。近年來，國內(nèi)壓縮機的生產(chǎn)、銷售發(fā)展勢頭十分迅猛，其中具有空氣壓縮機生產(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口機頭組裝型企業(yè)。根據(jù)我國壓縮機行業(yè)協(xié)會2001年統(tǒng)計資料顯示：國內(nèi)進入行業(yè)統(tǒng)計范圍的75家壓縮機企業(yè)中，生產(chǎn)螺桿壓縮機的主要企業(yè)有：上壓、錫壓、富達、南壓、江壓、沈氣、寧波欣達、上海博萊特、煙臺藍星等幾家，再加上幾家臺資、外資企業(yè)最多不會超過20家生產(chǎn)螺桿空壓機的企業(yè)。經(jīng)過短短4年時間，生產(chǎn)螺桿空氣壓縮機的企業(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。螺桿壓縮機的銷售總量翻了將4倍，臺資、外資企業(yè)獨占螺桿壓縮機市場的形勢有所緩解。但是，國內(nèi)螺桿壓縮機的生產(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。螺桿壓縮機的生產(chǎn)在我國存在分布嚴重不均勻的現(xiàn)象，僅浙江一個省份的企業(yè)數(shù)量就遠遠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比功率已達5.56KW/min，已超過國外產(chǎn)品最好的比功率5.54KW/min。封閉式螺桿空壓機噪聲可達60-85dB(A),國外螺桿壓縮機無故障運行在7*h，國內(nèi)螺桿壓縮機壽命可達4*h。西安交大刑子文教授開發(fā)的“SCCAD”螺桿設(shè)計計算軟件，已轉(zhuǎn)交給多家海內(nèi)外企業(yè)應(yīng)用。螺桿壓縮機在國外占據(jù)80%以上移動式空壓機市場，國內(nèi)市場因柴油機方面的原因占份額不大，只有外資產(chǎn)品占有較少市場，螺桿空氣壓縮機占螺桿壓縮機總量的85%，制冷空調(diào)方面螺桿壓縮機約占12%?？梢哉f，我國的個別企業(yè)的螺桿壓縮機已經(jīng)達到國際先進水平。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。從某種程度而言，日本的空壓機節(jié)能技術(shù)的發(fā)展代表了當今世界空壓機技術(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、加工滾刀熱補償設(shè)計、轉(zhuǎn)子配合間隙的確定進行了探討，發(fā)現(xiàn)采用補償設(shè)計法與過去不考慮轉(zhuǎn)子熱變形的設(shè)計方法相比，運轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子間隙可以減少約40%～50%。樣機試驗表明，在壓比為8時，壓縮機容積效率提高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。該機床將磨床、砂輪修整器、三坐標測量機集成在一臺機床中，可在加工過程中對工件進行測量，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。螺桿壓縮機具有獨特的優(yōu)點，將隨著對其研究的不斷深化和設(shè)計技術(shù)的持續(xù)提高，螺桿壓縮機的性能將進一步改善，其應(yīng)用領(lǐng)域會越來越廣泛。除傳統(tǒng)的應(yīng)用場合外，螺桿壓縮機在燃料電池等新領(lǐng)域的應(yīng)用將迅速擴大。今后螺桿壓縮機的研究依舊圍繞提高螺桿壓縮機的性能展開，主要包括：螺桿壓縮機型線幾何和轉(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；道具計算；壓縮機轉(zhuǎn)子震動與噪聲，轉(zhuǎn)子碰撞、噴液螺桿機等方面的研究。螺桿壓縮機具有獨特的優(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、熱力過程、加工制造等方面進行深入研究。應(yīng)以我國螺桿壓縮機的現(xiàn)有研究現(xiàn)狀、今后的發(fā)展方向為指導(dǎo)，穩(wěn)步提高其工作性能，擴大其應(yīng)用范圍，使螺桿壓縮機在我國工業(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)計螺桿壓縮機結(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的性能,螺桿壓縮機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，因為這些齒間容積是實現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。對螺桿壓縮機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工作時，陰、陽轉(zhuǎn)子的齒間容積因彼此侵占而減小，從而實現(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大到最大值，完成了吸氣過程。（3）熱力學(xué)和功率計算螺桿壓縮機由于轉(zhuǎn)子齒內(nèi)部過程比較復(fù)雜，很難精確計算出具體數(shù)值。因此，本節(jié)計算主要是為了算出在工作過程當中，壓力、溫度這兩個數(shù)值之間的變化。然后，機器的功率也根據(jù)此計算出。同時，壓縮機工作原理主要是通過空氣壓縮進行的，因此它的容積效率也是很有必要計算出來的大概值。由于過程復(fù)雜，因此在計算的時候，采用簡單的方式模型去加以計算。參考文獻[1]尚勇軍.無油螺桿壓縮機主體結(jié)構(gòu)及其設(shè)計[J].機械學(xué)報，2003，30(12)：19-21.[2]范春艷.試論螺桿壓縮機發(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.螺桿壓縮機研究現(xiàn)狀與熱點[J].流體機械，2005，33(3):30-33．[4]邢子文,吳華根,束鵬程.螺桿壓縮機設(shè)計理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究和開發(fā)[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報，2007，41(7):755-763，810．[5]王俊.PLC控制系統(tǒng)在螺桿壓縮機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].壓縮機技術(shù),2010,23(3):18-20.[6]侯偉.PLC在雙螺桿壓縮機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油化工自動化,2008,14(4):34-36．[7]彭學(xué)院,邢子文，束鵬程.螺桿壓縮機CAD系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].流體機械，1997，25(3):186-187.[8]李文華，王麗麗.螺桿壓縮機故障診斷專家系統(tǒng)的構(gòu)建與實現(xiàn)[J].煤礦機械，2007，28(1):173-175．[9]張鐵新.螺桿壓縮機振動故障的分析與處理［J].石油化工設(shè)備,2010,39(增刊1):91-93．[10]伍賢君.螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子磨削成形法［J].流體機械,2000,28(7):33-35.[11]穆安樂，郗向儒，馬建輝，等.螺桿壓縮機整機優(yōu)化設(shè)計［J].壓縮機技術(shù)，2003,1(3):20-23．[12]StosicN,SmithIK,KovacevicA.Opportunitiesforinnovationwithscrewcompressors[J].ProcInstnMechEngrs,2003,217PartE:157-170.二、完成任務(wù)的研究思路和方案（一）研究思路：（1）查找資料，了解螺桿壓縮機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；（2）對螺桿壓縮機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。利用公式對以上影響要素進行計算求出轉(zhuǎn)子型線方程；（3）建立數(shù)學(xué)模型，通過計算螺桿壓縮機工作過程中壓力、溫度這兩個數(shù)值之間的變化求出壓縮機的功率；（4）機構(gòu)設(shè)計和最主要零部件的強度校核。（二）研究方案：（1）對陰陽轉(zhuǎn)子進行設(shè)計;（2）對陰陽轉(zhuǎn)子軸和軸承進行校核;（3）機殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計;（4）繪制三維模型并進行仿真:（5）繪制霧件圖和裝配圖;（6）撰寫學(xué)士論文。三、指導(dǎo)教師評語建議填寫內(nèi)容：對學(xué)生提出的方案給出評語，明確是否同意開題，提出學(xué)生完成上述任務(wù)的建議、注意事項等（閱后請將本提示刪除）。指導(dǎo)教師簽名：年月日注：=1\*GB2⑴開題報告由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，外語專業(yè)的開題報告必須用相應(yīng)的語種寫作。=2\*GB2⑵開題