开题报告-螺杆压缩机设计及仿真

PAGEPAGE1蚌埠学院本科毕业设计（论文）开题报告机械与车辆工程学院2019届机械设计制造及其自动化班学生姓名学号课题名称螺杆压缩机设计及仿真一、本课题的作用、意义，在国内外的研究现状和发展趋势，尚待研究的问题1.本课题的作用、意义螺杆压缩机广泛应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门，是一种消耗电力的机械设备。与活塞式压缩机等其他类型的压缩机相比，螺杆压缩机的发展历程较短，是一种比较新颖的压缩机。工作循环可分为吸气、压缩和排气三个过程，随着转子旋转，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环。由于具有转速高、可靠性及动力平衡性好、适应性强、在实际应用上无喘振、临界转速等条件限制，在宽广的容量和工况范围条件下，已逐渐替代了其他种类的压缩机。统计数据表明，螺杆压缩机的销售量已占所有容积式压缩机销售总量的80%以上，在所有正在运行的容积式压缩机中，有50%是螺杆压缩机，今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大。可以看出，螺杆压缩机的设计研究在工业生产中具有十分重要的意义。通过本设计，可以充分了解双螺杆压缩机的有关知识，以及如何进一步改善其性能和扩大其应用范围，使双螺杆压缩机能得到更好的发展，为生产和生活服务。可以将所学理论知识与生产实际联系起来，并积累了宝贵的经验，为以后的工作打下了一个坚实的基础。2.国内外的研究现状和发展趋势我国螺杆压缩机的发展历程很短，自从20世纪80年代引进螺杆压缩机，仅仅20年时间，相继引进了大、小多套螺杆压缩机系统，在一些系统上，如丁二烯抽提装置、苯乙烯装置、火炬气回收系统、低温制冷系统等都相应地选用了一些国外专业生产厂家，如英国的豪顿（HowDNE）、日本的神钢（KOBESTELL）、德国的戈哈哈（GHH）、美国的A-C公司生产的螺杆压缩机组，二我们对这些机组的认识也走过了相当一段路程，在设备选型、使用、检修上曾出现过各种失误，原因就是我们对其原理、结构、特性等存在着认识上的不足。近年来，国内压缩机的生产、销售发展势头十分迅猛，其中具有空气压缩机生产许可证的企业有100多家，这些企业中大部分都是从国外进口机头组装型企业。根据我国压缩机行业协会2001年统计资料显示：国内进入行业统计范围的75家压缩机企业中，生产螺杆压缩机的主要企业有：上压、锡压、富达、南压、江压、沈气、宁波欣达、上海博莱特、烟台蓝星等几家，再加上几家台资、外资企业最多不会超过20家生产螺杆空压机的企业。经过短短4年时间，生产螺杆空气压缩机的企业已由2001年的十几家发展到目前的100多家，企业数量翻了5~6倍。螺杆压缩机的销售总量翻了将4倍，台资、外资企业独占螺杆压缩机市场的形势有所缓解。但是，国内螺杆压缩机的生产技术水平仍然是停滞不前，由于过度竞争甚至有所下降。螺杆压缩机的生产在我国存在分布严重不均匀的现象，仅浙江一个省份的企业数量就远远超过广大中西部地区的企业总和。目前，我国的喷油内冷却的动力用双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。日本的神钢与日立公司，在将近50年的时间里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。日立公司根据转子热弹性变形的分析结果，对阴、阳转子齿型修正、加工滚刀热补偿设计、转子配合间隙的确定进行了探讨，发现采用补偿设计法与过去不考虑转子热变形的设计方法相比，运转中转子间隙可以减少约40%～50%。样机试验表明，在压比为8时，压缩机容积效率提高30%，绝热效率提高38%。最近由Holroyd公司开发的新型转子磨床将螺杆转子的加工水平提升到新的水平。该机床将磨床、砂轮修整器、三坐标测量机集成在一台机床中，可在加工过程中对工件进行测量，修整砂轮，从而使加工的螺杆转子的齿廓误差在±5μm的区域内。随着西部大开发战略、中部崛起战略的实施和中西部地区丰富的矿产资源，中西部地区压缩机的需求量将大幅度提高；我国煤矿出现事故比较频繁而且损失较大，空气压缩机将随着国家大力整顿煤矿企业二加速发展，以适应今后发展的需要。螺杆压缩机具有独特的优点，将随着对其研究的不断深化和设计技术的持续提高，螺杆压缩机的性能将进一步改善，其应用领域会越来越广泛。除传统的应用场合外，螺杆压缩机在燃料电池等新领域的应用将迅速扩大。今后螺杆压缩机的研究依旧围绕提高螺杆压缩机的性能展开，主要包括：螺杆压缩机型线几何和转子几何；间隙、气体泄漏和油的影响；热力学（泄漏、传热、油气换热的数学模型，排气孔口流动）过程的研究；道具计算；压缩机转子震动与噪声，转子碰撞、喷液螺杆机等方面的研究。螺杆压缩机具有独特的优良作业性能，但是要继续保持优势还需要借助许多新的研究手段与工具，在型线设计、热力过程、加工制造等方面进行深入研究。应以我国螺杆压缩机的现有研究现状、今后的发展方向为指导，稳步提高其工作性能，扩大其应用范围，使螺杆压缩机在我国工业的发展应用中起到至关重要的作用。3.尚待研究的问题（1）转子型线的设计螺杆压缩机结构简单,其核心部件是一对相互啮合的转子,转子的端面型线在很大程度上决定了螺杆压缩机的性能,螺杆压缩机性能的提高是伴随着一代又一代转子型线的成功开发和应用而发生的。对于螺杆压缩机转子型线的要求，主要是在齿间容积之间有优越的密封性能，因为这些齿间容积是实现气体压缩的工作腔。对螺杆压缩机性能有重大影响的转子型线要素有接触线、泄漏三角形、封闭容积和齿间面积等。螺杆压缩机的阴、阳转子型线必须是满足啮合定律的共轭型线。为了尽可能减少气体通过间隙带的泄漏，要求设法缩短转子间的接触线长度。吸气封闭容积导致压缩机功耗增加、效率降低、噪声增大。所以转子型线应使封闭容积尽可能地小。（2）齿间容积及其变化过程螺杆压缩机工作时，阴、阳转子的齿间容积因彼此侵占而减小，从而实现压缩气体的目的。用端面齿间面积的变化来描述容积的变化，可以使复杂的空间问题转化为简单的平面问题。螺杆压缩机的阴、阳转子齿从开始啮合到解脱啮合期间，位于接触线一侧的齿间容积从最大值减少到零，完成压缩和排气过程。同时，位于接触线另一侧的齿间容积却从零扩大到最大值，完成了吸气过程。（3）热力学和功率计算螺杆压缩机由于转子齿内部过程比较复杂，很难精确计算出具体数值。因此，本节计算主要是为了算出在工作过程当中，压力、温度这两个数值之间的变化。然后，机器的功率也根据此计算出。同时，压缩机工作原理主要是通过空气压缩进行的，因此它的容积效率也是很有必要计算出来的大概值。由于过程复杂，因此在计算的时候，采用简单的方式模型去加以计算。参考文献[1]尚勇军.无油螺杆压缩机主体结构及其设计[J].机械学报，2003，30(12)：19-21.[2]范春艳.试论螺杆压缩机发展现状及应用[J].化学工程与装备，2010,21(9):186-187．[3]熊伟，冯全科.螺杆压缩机研究现状与热点[J].流体机械，2005，33(3):30-33．[4]邢子文,吴华根,束鹏程.螺杆压缩机设计理论与关键技术的研究和开发[J]．西安交通大学学报，2007，41(7):755-763，810．[5]王俊.PLC控制系统在螺杆压缩机控制系统中的应用[J].压缩机技术,2010,23(3):18-20.[6]侯伟.PLC在双螺杆压缩机控制系统中的应用[J].石油化工自动化,2008,14(4):34-36．[7]彭学院,邢子文，束鹏程.螺杆压缩机CAD系统的研究与开发[J].流体机械，1997，25(3):186-187.[8]李文华，王丽丽.螺杆压缩机故障诊断专家系统的构建与实现[J].煤矿机械，2007，28(1):173-175．[9]张铁新.螺杆压缩机振动故障的分析与处理［J].石油化工设备,2010,39(增刊1):91-93．[10]伍贤君.螺杆压缩机转子磨削成形法［J].流体机械,2000,28(7):33-35.[11]穆安乐，郗向儒，马建辉，等.螺杆压缩机整机优化设计［J].压缩机技术，2003,1(3):20-23．[12]StosicN,SmithIK,KovacevicA.Opportunitiesforinnovationwithscrewcompressors[J].ProcInstnMechEngrs,2003,217PartE:157-170.二、完成任务的研究思路和方案（一）研究思路：（1）查找资料，了解螺杆压缩机的基本结构和工作原理；（2）对螺杆压缩机性能有重大影响的转子型线要素有接触线、泄漏三角形、封闭容积和齿间面积等。利用公式对以上影响要素进行计算求出转子型线方程；（3）建立数学模型，通过计算螺杆压缩机工作过程中压力、温度这两个数值之间的变化求出压缩机的功率；（4）机构设计和最主要零部件的强度校核。（二）研究方案：（1）对阴阳转子进行设计;（2）对阴阳转子轴和轴承进行校核;（3）机壳的结构设计;（4）绘制三维模型并进行仿真:（5）绘制雾件图和装配图;（6）撰写学士论文。三、指导教师评语建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等（阅后请将本提示删除）。指导教师签名：年月日注：=1\*GB2⑴开题报告由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，外语专业的开题报告必须用相应的语种写作。=2\*GB2⑵开题