Разработка метода расчета и изготовления роторов винтовых компрессоров

• Автор: Карякин, Андрей Виссарионович
• Шифр специальности: 05.02.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новоуральск
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Введенні:.
СОДЕРЖАНИЕ

1 Состояние вопроса и постановка задач исследования
1.1 Классификация и сравнение разных типов компрессоров и насосов
1.2 Некоторые вопросы функционирования компрессоров и воздуходувок
1.3 Классические методы расчета геометрии роторов
1.4 Численные методы расчета профилей
1.5 Выводы по разделу
2 Новые методы расчета сопряженных профилей
2.1 Недифференциальные методы
2.2 Связь осевого и торцевого профилей
2.3 Пример численной реализации дифференциального и недифференциального методов
2.4 Результаты расчета профилей дифференциальным и недифференциальным методами
2.5 Поправки к дифференциальным методам
2.6 Отыскание профилей по известной линии контакта
2.7 О справедливости теоремы Виллиса для профилей, найденных по известной линии контакта
2.8 Пример численной реализации метода нахождения профилей по известной линии контакта
2.9 Различные варианты формы линии контакта
2.10 Выводы по разделу
3 Варианты профилей роторов винтовых компрессоров
3.1 Оценка максимального радиуса ротора
3.2 Исключение подрезания
3.3 Выводы по разделу
4 Влияние геометрии роторов на некоторые характеристики винтового компрессора
4.1 Объем винтового участка ротора
4.2 Теоретическая производительность: сравнение различных профилей

4.3 Определение минимальной длины ротора осевой воздуходувки
4.4 Мощность и КПД осевой воздуходувки
4.5 Выводы по разделу
5 Изготовление роторов
5.1 Общие положения
5.2 Расчет профиля резца
5.3 Расчет профиля пальцевой фрезы
5.4 Расчет профиля дисковой фрезы
5.5 Обработка винтовых поверхностей на станках с ЧПУ
5.6 Контроль роторов
5.7 Выводы по разделу
Выводы
Список ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложения

Введение
В настоящее время в России и в странах СНГ эксплуатируется свыше 500 тысяч промышленных компрессоров, которые вместе с вентиляторами и насосами потребляют около 20% вырабатываемой в стране электроэнергии. Производством и ремонтом компрессоров занято свыше 1 млн. человек [38].
В последние десятилетия получил развитие новый тип объемной компрессорной машины - винтовой компрессор, прототипом которого явились шестеренчатый насос и воздуходувка Рута [24, 28, 44, 62, 67]. Рабочими органами винтового компрессора являются вращающиеся в разные стороны роторы - цилиндры, на которых выполнены винтовые зубья. Винты располагаются с частичным перекрытием (зубья одного винта заходят во впадины другого) и помещены в цилиндрические расточки корпуса. Форма винтовой поверхности роторов подбирается такой, чтобы на любой стадии вращения между ними существовала непрерывная линия контакта. Во впадинах между винтовыми зубьями роторов и корпусом образуются герметические полости, ограниченные непрерывными линиями контакта роторов. При вращении роторов в разные стороны эти полости перемещаются в осевом направлении, перекачивая газ из области низкого давления в область высокого. Если объем полости изменяется по длине винта, происходит сжатие или расширение газа.
Главной особенностью винтового компрессора является отсутствие механического трения между рабочими органами (в случае использования синхронизирующих шестерен) и отсутствие деталей, совершающих возвратно-поступательное движение. Это позволяет разгрузить механизм от циклических инерционных нагрузок, в значительной мере снизить шум и вибрации, достичь высоких скоростей вращения роторов и, соответственно, высокой производительности при малых габаритах и весе. Винтовой компрессор способен перекачивать любые, в том числе и агрессивные, газы без загрязнения их смазочными маслами; его производительность практически не зависит от давления на выходе, а создаваемый напор - от скорости вращения винтов. Производительность компрессора можно легко регулировать изменением частоты вращения привода. Эти свойства винтового компрессо-

2 Новые методы расчета сопряженных профилей
2.1 Недифференциальные методы
Общей чертой всех недифференциальных методов, как следует из названия, является отказ от использования дифференциального счисления для отыскания сопряженного профиля. В ряде случаев такой подход позволяет упростить процесс расчета и избежать некоторых ошибок. Вместе с тем, недифференциальные методы не позволяют получать ответ в квадратурах, что в ряде случаев является существенным недостатком.
Существующие недифференциальные методы [19, 25, 26, 51, 76] основаны на использовании матричных преобразований координат и схожи с дифференциальными, оставаясь свободными от ошибок последних. Однако все они неудобны для программирования и (в силу применения матриц перехода) требуют большого объема вычислений.
Для расчета сопряженных профилей роторов винтового компрессора нами предложен и обоснован [7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 36] следующий метод. Пусть известна форма одного ротора и требуется найти форму сопряженного с ним второго ротора.
Расчетная схема показана на рис.2.1.1. Использованы декартова и цилиндрическая системы координат. Ось Ог совмещена с осью первого ротора, геометрия зубьев которого считается известной. Ось Ох направлена таким образом, чтобы она пересекала ось второго (искомого) ротора. Расстояние между осями роторов обозначено а. Поверхности роторов удобно описать множеством винтовых линий
г(р,<р)=г0{р)+р2 -2

где г0{р) - профиль ротора в осевом сечении плоскостью гОх, р - радиус винтовой линии,