无油涡旋空气压缩膨胀一体机的设计与研究

摘要

涡旋压缩机具有压缩效率高、运行可靠性高、耗能低、噪音低、振动小、结构紧凑、零部件少等突出优点，逐渐被应用于各类压缩需求场合。与涡旋压缩机结构相似的涡旋膨胀机，由于能源危机以及雾霾、环境污染等问题的出现，逐渐被科研工作者关注，并在不同的领域有了越来越广泛的应用。本文在充分分析国内外涡旋压缩机、涡旋膨胀机以及涡旋压缩膨胀复合机的基础上，根据设计指标，设计了一台无油涡旋空气压缩膨胀一体机。在提供无油高压空气的同时，利用高能态废气回收能量，以减少系统功耗。
　　本研究主要内容包括：⑴根据系统设计要求，需要提供无油高压空气，而无油涡旋空气压缩机可以在不添加任何除油装置的情况下，可提供无油高压空气。因此，确定以涡旋机械为基础，完成了无油涡旋空气压缩膨胀一体机的方案，并确定基本原理和结构造型，采用涡旋压缩机与涡旋膨胀机共用一个动涡旋盘的结构，以减少能量转化环节，提高能量回收效率。⑵根据涡旋压缩部分与涡旋膨胀部分的设计指标，涡旋压缩部分属于大排量、小压缩比的特性，利用双涡旋齿型线的优点，在相同盘径下，可获得大排量，而压缩比较小的特征，所以，涡旋压缩部分采用双涡旋齿型线；而涡旋膨胀部分受动涡旋盘结构影响，采用双涡旋线结构，将无法完成一个完整的膨胀过程，所以采用单涡旋齿结构。涡旋齿齿头型线的修正，对涡旋机械的性能有着至关重要的影响。合理的型线修正，可以提高涡旋机械的排量和压缩比或膨胀比。双涡旋齿头采用了目前通用的修正方法。单涡旋齿齿头通过分析对比PMP型线修正、PMP型线加直线修正以及异形修正，最后采用异形修正以降低涡旋膨胀机进气孔功率损耗。⑶根据涡旋压缩部分和涡旋膨胀部分不同的设计原则，完成了无油涡旋空气压缩膨胀一体机的结构参数设计，并借助三维软件Solid works绘制了所有零件的三维造型图以及装配图，并将关键零件转化为二维机加工图纸。⑷涡旋机械中，进气孔和排气孔的开设非常重要，其优化程度直接影响涡旋机械的运行状况。针对涡旋压缩和涡旋膨胀的不同特征，设计了满足各自需求的进气孔和排气孔。并对各自气流脉动情况进行了分析，以及膨胀进气孔功率损耗情况做进一步深入研究。

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第1章 绪论

1.1 涡旋机械的发展状况

1.2 涡旋机械的特点及应用前景

1.3 课题来源及研究意义

1.4 本文主要研究内容

第2章 无油涡旋空气压缩膨胀一体机方案设计

2.1 传统涡旋压缩膨胀机设计方案分析

2.2 一体机设计方案

2.3 本章小结

第3章 单、双涡旋型线分析及修正方案论述

3.1 涡旋机械的工作原理

3.2 单涡旋型线及其修正方案

3.3 双涡旋型线及其修正方案

3.4 单、双型线在应用中的差异

3.5 一体机型线选用分析

3.6 本章小结

第4章 一体机结构设计及参数计算

4.1 设计原则与方法

4.2 参数设计

4.3 一体机结构设计

4.4 本章小结

第5章 进气孔、排气孔开设及气流分析

5.1 压缩部分

5.2 膨胀部分

5.3 涡旋膨胀机进气口功率损耗分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果