螺杆空气压缩机学位论文文档格式.docx
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Abstract
Withthedevelopmentofmodernizationofcoalmine,themineequipmentconstantlyupdated,constantlyprogress,reliability,operability,canmonitor,easymaintenanceandsoonisthemostbasicrequirements,therefore,shouldbeknowthemechanismandstructureofscrewtypeairmachine,onthebasisofthereasonableadjustmentofaircompressor,andseekmoresecure,bynewtechnology,newmethodsofdetectionandcontrol,continuouslyraisingthelevelofsafetyincoalmine.Aircompressoristhecoalmineexcavationandtheshotcretingcalloperationssuchaspowersource,themainworksofthescrewaircompressorstart,stop,loading,unloading,itsinletsettingloadvalve,byloadingtheelectromagneticvalvetocontroltheinletvalveoftheswitch.Aircompressorduring,iftheexhaustpressureislowerthanthelowerlimitofgoalsettingpressureandaircompressorcontrollermakeloadelectricalsolenoidvalve,opentheinletvalve,aircompressorinfullloadcondition;
Iftheexhaustpressureishigherthanthesetgoalsofceiling,theaircompressorloadcontrollercommandelectromagneticvalve,losingelectricitytoinletvalveclosed,aircompressorintheno-loaddischargestate,thepressoftimeandspaceforidlingactualoperation.
Thispaperaccordingtothemasteraircompressoroftherelevantbasicknowledge,findingoutinformationaboutthecharacteristicsoftheminescrewaircompressor,analyzesitsprocesstechnology,testingitsperformanceanalysis,relevantcompletedminescrewaircompressorandedgeofcommonsense,andfinallydrawtheconclusion:
screwaircompressorareexcellentandreliableperformance,goodeconomicbenefitandgooddevelopmentprospects,isworthyofpopularizationandapplication.
Keywords:
screwaircompressor,thelevelofsafety,electromagneticvalve,fullloadconditionandno-load
目录
1绪论1
1.1引言1
1.2螺杆式空气压缩机的发展历史1
1.3螺杆式空气压缩机的工作原理1
1.4空气压缩机的特点、原理和结构2
1.5轴封5
2矿用螺杆式空气压缩机的特点8
2.1矿用螺杆压缩机与双螺杆压缩机的比较8
2.1.1单机容量大,无余隙容积8
2.1.2结构合理,具有理想的力平衡性8
2.1.3主机寿命长9
2.1.4维护简便,易损件少9
2.2矿用螺杆式空气压缩机的主要特点9
2.2.1高效、节能、稳定9
2.2.2出色的环保设计10
2.2.3完善的综合保护功能10
2.2.4全电脑自动控制10
2.2.5维护量小,运行费用低10
3矿用螺杆式空气压缩机的加工工艺11
3.1矿用螺杆式空气压缩机的加工11
3.2上海屹能矿用螺杆式空气压缩机11
3.2.1德国GHH-RAND原装进口螺杆主机11
3.2.2液晶智能控制系统11
3.2.3油分离系统11
3.2.4板翅翅式冷却器通过强制排风11
3.2.5外形结构11
3.2.6隔音系统11
3.2.7电动机12
3.2.8油过滤器12
3.3空压机术语和相关知识12
3.3.1压力:
压缩机行业中所指的压力指的是压强(P)12
3.3.2标称流量:
标称流量在我国又被称为排气量或铭牌流量12
3.3.3气体含油量13
3.3.4比功率13
3.3.5电气和其他名词术语13
3.3.6露点温度14
3.4螺杆式空气压缩机转子的加工流程14
4矿用空气压缩机性能测试分析19
4.1设备性能分析19
4.1.1排气效率的分析19
4.1.2比功率的分析19
4.2性能下降原因及判断19
4.2.1漏气19
4.2.2冷却效果差19
4.2.3吸、排气系统阻力过大20
4.2.4润滑效果不好20
4.2.5余隙容积不合理20
4.2.6总结20
5矿用螺杆式空气压缩机的相关及边缘常识21
5.1用户最关心的问题21
5.2储气罐22
5.3螺杆机油的作用23
5.4空压机空气流程24
5.5空压机的机油流程24
5.6空压机电缆选型及电路连接注意事项25
5.7空压机冷却用风量和压缩用风量25
5.8矿用螺杆机国内拼装厂、组装厂、制造厂现状25
5.9阿特拉斯250kw空压机26
5.10美国复盛250kw空压机26
6结论27
参考文献28
致谢29
1绪论
1.1引言
目前,我国矿山常用的空气压缩机多为往复式活塞型空压机,而回转式螺杆型空压机的使用则较少。
究其原因,主要有以下几点:
①活塞式空压机生产成本低、价格便宜。
②长期使用积累了一定的经验,培养了一支熟练的使用、维修队伍。
③螺杆式空气压缩机制造难度大,价格高,用户一次性投资大。
④对螺杆式空压机的性能、特点不太了解。
然而,长期使用的惯性,使我们忽略了活塞式空压机的诸多缺点:
如体积大、占地面积大、机组重量大、噪音大、维修工作量大、操作复杂、运行费用高等问题。
随着科学技术的发展,性能优越的螺杆式空压机一能在国内批量生产,其生产成本的降低使得它的应用前景越来越广阔,并逐渐应用于工厂、矿山。
螺杆式空压机具有活塞式空压机不可比拟的优点:
如重量轻、体积小、占地面积小、噪音低、自动化程度高、维护量小、运行费用低等。
在矿山推广使用,有着极其重要的现实意义。
1.2螺杆式空气压缩机的发展历史
螺杆式空气压缩机是由瑞典阿尔夫·
里斯霍尔姆在1934年首先提出的,第一台样机由瑞典SRM公司制造出来[1]。
1960年法国辛麦恩(B.Zimmern)提出了单螺杆压缩机的构想[1],并获得专利,1961年制出第一台样机,同年又研制成功喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机,70年代初期由法国标致汽车公司正式生产投放市场。
70年代末期,荷兰、英国和日本等国家先后开发生产制冷、空调用单螺杆压缩机,其形式有开启式和半封闭式两种。
80年代末又推进技术,发展制造出石油、化工、矿山等行业用的压缩各种气体(包括空气、易燃易爆及有毒气体)的单螺杆压缩机。
目前世界上已有英、法、美、日、荷兰等国家的厂商可以生产出不同规格单螺杆压缩机。
进入21世纪的这14年,螺杆式空压机的各种新技术不断出现,加工精度不断提高,而且辅助设备也日趋完善。
当然我国的螺杆式空气压缩机近年来也已获得了很大的发展,如无锡压缩股份有限公司已能批量生产不同规格、多品种的螺杆式空气压缩机,顺德市正力精密机械有限公司已能生产出长寿节能单螺杆式空气压缩机。
1.3螺杆式空气压缩机的工作原理
活塞式空气压缩机的工作室由一个有一活塞在其内做往复运动的气缸岁组成,对于螺杆式压缩机,其工作室则由一对斜齿的转子副的齿槽所组成。
转子副在与它精密配合的壳体内转动,此时转子副齿面的互相接触所组成的接触线沿轴向方向运动。
如果利用壳体在两端及海外周的表面把槽空间封闭,当转子转动时,在齿槽间输送的气体容积变小,理论上可将气体压缩至任意高的压力[2]。
1.4空气压缩机的特点、原理和结构
1.特点
随着社会的进步和发展,对压缩空气的需求的地方也越来越多。
尤其是螺杆式空气压缩机,以其独特的优点在使用中使用所占比例也越来越大。
就气体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。
就主要部件的活动形式而言,友与透平压缩机相似。
所以螺杆压缩机同时兼有上述两种压缩机的特点。
(1)螺杆压缩机的优点:
它是容积式压缩机的一种,其理论排气量与各工作部件的运动速度,尤其是与转子的转速成正比关系,压缩机主要参数---压力和排气量的变化互不影响。
1)故障少、维修简单、使用寿命长。
2)由于呈连续单向旋转,没有往复运动,惯性力小,因此转速高、运转可靠、无振动。
3)对一组阴阳转子的齿形空间而言,随着啮合点沿轴向往前移动,其一侧进行压缩或排出而容积减小,另一侧空间容积就增大,进行下一个吸入过程。
再加上回转数高,齿数较多,因此压缩作用是完全连续的,吸气和排气没有往复式的压缩机脉动现象,也没有离心空压机的喘振现象。
4)由于螺杆式压缩机属于容积式压缩机,因此压力上升不受转速的影响。
只要转子旋转一周,就能达到预定的压缩比。
另外它和离心式空压机亦不相同,它的加压过程和气体的比重无关。
5)螺杆式压缩机加压是依靠两个转子不接触的旋转,因此它能适应压缩湿气体以及含液滴的气体。
6)螺杆压缩机可以用滑阀在100%----10%的范围内连续比例的控制能量。
滑阀安装在两个转子之间的机壳上,可以前后移动,通过滑阀可以控制进气量在100%---10%范围内变化,不影响压缩比,不影响转速,能在较大的范围内比较理想的控制载荷。
7)由于阴阳转子之间、转子与外壳之间不存在固体接触引起的摩擦。
因此,螺杆式压缩机除适用于无油润滑外,还适用于输送不被润滑油污染的场合。
8)螺杆式压缩机尺寸小,质量轻,容易安装,设备基础小而简单,因此一次基础建设投资省。
同时,一般采用螺敢式压缩机的装置都不需要备机。
(2)螺杆式空压机的缺点:
1)造价高。
螺杆压缩机的转子齿面是一个空间曲面,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,对螺杆压缩机汽缸的加工精度也有较高的要求,所以螺杆压缩机的造价较高。
2)不能用于高压场合。
螺杆式压缩机制造工艺要求高,不适用于高压压缩机用。
同时,在使用螺杆压缩机时,应特别注意按规定方向旋转,不可使之反转[3]。
由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制,螺杆压缩机只能适用与中、低压范围,排气压力一般不超过4.5MPa。
3)不能制成微型。
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0.2m³
/min时,螺杆压缩机才具有优越的性能。
4)由于运动部件必不可少的间隙,泄漏大,效率较低。
同时,在螺杆式无油润滑压缩机上,为了保证转子间的间隙,必须用同步齿轮,为了减小内部温度的上升,必须用增速齿轮来提高其转速,因此机械损失大、噪音较大,同时还要装设管道消音器。
2.螺杆压缩机的原理
螺杆压缩机的主要部件是一对阴阳转子,两个转子是具有不同齿数的螺旋齿相互啮合的,啮合点(密封线)随着转子的回转而移动。
旋转时,使处于转子齿槽之间的气体不断产生周期性的容积变化,且沿着转子轴线由吸入侧输送至压出侧,实现吸入、压缩和排气的全部过程,不需要往复式压缩机那样的余隙容积。
螺杆间存在一定的间隙。
具体的工作原理[4]——吸气过程、压缩过程和排气过程如下:
1)吸气过程
初时气体经压缩机外壳一端的进气孔口分别进入阴、阳螺杆齿间容积,随着转子的回转,这两个齿间容积各自不断扩大。
当这两个容积达到最大值时,齿间容积和吸气孔口断开,吸气过程结束。
(注意,此时阴、阳转子的齿间容积彼此并未连通)。
2)压缩过程
转子继续回转,在阴阳螺杆齿间容积连通之前,阳转子齿间容积中之气体受阴螺杆齿的侵入先行压缩经某一转角后,阴、阳螺杆齿间容积连通(以后将此连通的阴阳螺杆齿间容积称为齿间容积对),呈V字形的齿间容积对,因齿的相互挤入其容积值逐渐减小,实现气体的压缩过程,直到该齿容积对与外壳上另一端的排气口相连通时为止。
3)排气过程
在齿间容积对与排气孔口连通后,排气过程即行开始。
由于转子回转事故容积的不断缩小,将压缩后具有一定压力的气体送至排气接管,此一过程一直延续到该容积对达到最小时为止。
随着转子的继续回转,上述过程重复进行。
在螺杆压缩机中,阴、阳螺杆转向相互迎合一侧时,气体受到压缩,这一侧面称为高压力区;
相反,螺杆转向彼此背离的一侧面,齿间容积在扩大并处在吸气阶段,称为低压力区。
两转子轴线所在平面是高、低压力区的分界面。
3.螺杆压缩机结构
1)螺杆式压缩机是容积式压缩机的一种,它的主要结构是由壳体(汽缸和港盖)与机壳内一对阴阳转子所组成。
发动机通过连轴节与压缩机的主转子-----阳转子连接,在压缩机的外壳一端有进气孔,另一端有排气孔以及密封组件。
2)螺杆式压缩机有转子端齿形和不对称形线两种,气体的冷却方式有直接向气体内喷油以及机壳水套内用循环水冷却,油的冷却也有水冷和风冷两种。
螺杆式无油润滑亦称干式螺杆压缩机,其结构与易蒸发的液体(如水)对空气进行内部冷却的压缩机相似,但压缩和提供的是无油的气体。
阳转子是凸形齿,阴转子是凹形齿,压缩机通常是通过阳转子来驱动。
3)在转子螺旋部分的端面上,以及顶圆上设有附加的密封肋,这种密封肋或者与转子成一体,或者锒嵌在铣制的窄槽内。
螺杆式无油润滑压缩机的转子通常制作成空心的,其内充满冷却油。
从结构上看,转子可以与螺旋部分制作成一个整体的部件,或者组装件,即螺旋部分和轴分别用不同的材料制造。
转子通常用各种牌号的刚制造,壳体多半用铸铁制造。
转子直径在250mm以下的螺杆式无油润滑压缩机,其壳体通常在吸入侧有一垂直剖分面。
对于大型无油润滑压缩机的壳体,除了垂直剖分面以外,在转子平面上还有水平剖分面。
4)螺杆式无油润滑压缩机的壳体都有冷却水套。
无水冷的压缩机,无论是无油润滑还是喷油润滑,其壳体的表面都有肋棱,这些肋棱不仅使壳体有一定的刚性,而且还可以改善向周围介质的散热。
1.5轴封
1.无油螺杆压缩机轴封
在无油螺杆压缩机中,压缩过程是在一个完全无油的环境中进行的,这就要求在压缩机的润滑区与气体区之间设置可靠的轴封。
轴封不仅需要能在高圆周速度之下有效的工作,并且必须有一定的弹性,以适应采用滑动推力轴承时转子可能产生的轴向移动。
另外,轴封的材料还必须能耐压缩机所压缩气体的化学腐蚀。
目前,无油螺杆压缩机的轴封主要有石墨环式、迷宫式和机械式三种。
石墨环式轴封的密封环由摩擦系数较低的石墨制成,由于石墨具有良好的自润滑性,即使石墨环与轴颈接触也无妨碍。
为了保证强度和使环孔的热膨胀率与转子轴材料的热膨胀率相同,在密封环上往往还装有钢制支撑环。
这样,就可使密封环和轴之间的间隙很小,以达到好的密封效果,并且在一个宽的工作温度范围内也可正常工作。
石墨环式轴封采用环状波纹弹簧,把密封环压向密封表面,以防止气体经石墨环的两侧面泄漏。
当轴的旋转中心发生变化时,借助于环孔和弹簧的作用,密封环也移动到新的位置并保持在这一位置,从而防止了磨损现象的产生。
气体经石墨环式轴封的泄漏量与间隙值、压差、密封环数目等有密切的关系。
除了高压场合以外,通过四道轴封环联合作用的气体泄漏量将减少0.4%。
当然,如果向轴封内充入气体,压缩机的气体泄漏量将为零。
在迷宫式轴封中,密封齿和密封面之间有很小的间隙,并形成曲折的流道,使气体从高压侧向低压侧流动产生很大的阻力,以阻止气体的泄漏。
密封齿可以做在轴上,与轴一起转动,也可以做成具有内密封齿的密封环,固定在机体上。
多数情况下,密封齿是加工在与轴固定的一个轴套上,当密封齿损坏时便于更换。
在无油螺杆压缩机中,无论采用石墨环式轴封还是迷宫式轴封,密封单元之间的引气孔都可以有多种选择方案[5]。
如果被压缩气体可以漏入大气,例如空气、氮气或二氧化碳等,则所以密封单元可以联系布置,只是最后一个通向大气。
如果被压缩气体有毒、易燃、易爆或十分贵重,则可将泄漏的气体引回至吸气管。
有时还可用压力稍高于压缩机内气体压力的惰性气体充入轴封内,以阻止高压气体向外界泄漏。
当无油螺杆压缩机的转速较低时,还可以采用有油润滑的机械密封。
这种轴封工作可靠、密封性好。
然而,这种轴封需要少量的润滑油流过密封表面,这些润滑油可能会混入所压缩的气体中。
如果所压缩气体不允许有这种少量的污染,则需要在轴封和压缩机腔之间开一个泄油槽。
应当注意的是,在无油螺杆压缩机的工作转速下,采用有油润滑的机械密封时,所消耗的功是比较到的。
在许多场合,单个轴封的摩擦功耗就可以达到数千瓦。
而无油螺杆压缩机中,要采用四个轴封,因而必须考虑轴封的功耗这一因素。
值得注意的是,虽然无油螺杆压缩机对被压缩气体中带有液体不敏感,但如果有大量的液体长时间进入无油螺杆压缩机,则唯一需要注意的地方就是轴封。
许多轴封都不是为液体而设计的,在液体存在的情况下,轴封会与轴意趣旋转,产生磨损。
并且,液体也会顺着轴与轴封间的间隙流入到润滑区域,破坏润滑油的、特性,影响轴承及齿轮的正常润滑。
2.喷油螺杆压缩机轴封
喷油螺杆压缩机中有两种不同的轴封:
①与压缩腔紧邻的转子轴段的轴封,特别是在排气端,这种轴封更为重要;
②伸出压缩机端盖外的轴段也必须有轴封,以与大气隔开。
由于压缩介质和允许工况的不同,喷油螺杆空气压缩机的轴封与螺杆制冷和工艺压缩机的轴封有很大的不同。
喷油螺杆空气压缩机大都采用滚动轴封,为了防止压缩腔的气体通过转子轴向外泄漏,必须在排气端的转子工作段与轴承之间家一个轴封。
这种轴封可以做得非常简单,只要在与轴颈相应的机体处开设特定的油槽,通入具有一定压力的密封油,即可达到有效的轴向密封。
这种轴封的轴向长度要尽量短,以使轴承尽量靠近转子的工作吨,提高转子的刚性。
在螺杆压缩机正常工作时,吸入端的转子工作段与轴承之间几乎没有压差,当利用吸气节流的方式调节压缩机的气量时,此处也仅有可能会有噎嗝大气压力的压差。
所以,在吸气端的转子工作段与轴承之间,只用间隙密封就能满足要求,没有必要在提供密封油。
喷油螺杆空气压缩机转子的外伸轴通常都设计在吸气侧,只要在利用吸气节流的方式调节压缩机的气量时,外伸轴上的轴封两侧才可能会有一个大气压力的压差。
但由于此处的轴封必须防止润滑油漏出和未过滤空气的漏入,故在小型空压机中,通常采用简单的唇行密封。
在大中型空压机中,往往采用有油润滑机械密封。
同喷油螺杆空气压缩机相比,喷油螺杆制冷和工艺压缩机与带器之间的密封就复杂多了。
主要原因在于:
①压缩机内要密封的不是空气,而有可能是有毒的或易燃气体,并且通常都很贵重;
②它可能不允许被从外面漏入的空气污染或冲淡;
③轴封一侧的压缩机内压力可能是不同程度的真空,也有可能是达1MPa的高压,并且停机时需要密封的压力可能会更高。
所以。
在喷油螺杆制冷和工艺压缩机的转子外伸轴处,通常都采用负责的面接触式机械密封,主要有弹簧式和波纹管式两种,并且需向此轴封处供以高于压缩机内部压力的润滑油,以保证在密封面上形成稳定的油膜。
值得注意的是,轴封中有关零部件的材料要能耐压缩气体的腐蚀。
2矿用螺杆式空气压缩机的特点
2.1矿用螺杆压缩机与双螺杆压缩机的比较
由技术概况可知,蜗杆压缩机除具备双螺杆回转式压缩机结构简单、紧凑、单位容积利用率高和无气阀组件等特点外,因其星轮对称地配置于蜗杆的两侧,还具有下列双螺杆压缩机所无法比拟的独特优点。
2.1.1单机容量大,无余隙容积
从蜗杆主机上看,单螺杆上开有6个螺槽,由两个星轮将各螺槽分隔成上下两个空间,各自实现吸气、压缩、排气过程,而且是同步进行的,这是双螺杆压缩机无法做到的,也是在气流脉动,气流噪声方面无法比拟的地方。
由于两种型式的空压机转速可以完全相同,放在相同的转速下进行分析对比。
由于蜗杆压缩机运行时,蜗杆每转一周,每一个蜗杆槽均工作两次(双作用),使蜗杆空间得到充分利用,因此与双螺杆压缩机相比,两者结构尺寸相同时,蜗杆压缩机排气量较大;
而当两者排气量相同时,则蜗杆压缩机结构尺寸较小。
如以每分钟2970转(2970R/MIN)的蜗杆压缩机为例,每分钟压缩次数为2970*12=35640次;
而双螺杆的2根螺杆的齿数比选其大的数值,取为5,相当于5个气缸,其转速也取为2970R/MIN,其每分钟次数为2970*5=14850次,显然与蜗杆压缩机的35640次相差很多。
因此,双螺杆压缩机与蜗杆压缩机相比,在相同转速下单位内排气次数少,气流脉动大,气流噪声大。
此外,蜗杆的蜗杆槽深度随压力的增高而减少,在排气
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