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羅茨風(fēng)機(jī)型線對比_羅茨風(fēng)機(jī)

羅茨風(fēng)機(jī)型線對比_羅茨風(fēng)機(jī)

羅茨風(fēng)機(jī)型線對比:一種新羅茨轉(zhuǎn)子型線的構(gòu)成方法

  羅茨轉(zhuǎn)子是氣體羅茨泵,羅茨鼓風(fēng)機(jī)和羅茨流量計等儀器設(shè)備的核心部件,轉(zhuǎn)子型線設(shè)計得合理與否決定了儀器的性能。本文提出了一種新的羅茨型線,完成該型線的數(shù)學(xué)建模,通過C語言編程得到一系列的型線上的嚙合點(diǎn)的坐標(biāo),運(yùn)用Solidworks得到完整的轉(zhuǎn)子型線。本文還對新的羅茨型線進(jìn)行分析,并與傳統(tǒng)的羅茨型線進(jìn)行比較,驗(yàn)證新型羅茨型線的優(yōu)越性。

  羅茨轉(zhuǎn)子是羅茨真空泵、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、羅茨壓縮機(jī)和羅茨流量計等一系列應(yīng)用羅茨原理工作的設(shè)備的核心部件。1854年,美籍以色列人Roots兩兄弟在旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)明了一種新型鼓風(fēng)機(jī),即用兩個葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對運(yùn)動來壓縮和輸送氣體的回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī),為了紀(jì)念這個發(fā)明,所以將這種類型的風(fēng)機(jī)按兩兄弟的名字命名為羅茨風(fēng)機(jī)。1868年,德國的錦工(Aerzener) 機(jī)械公司在歐洲制造了第一臺羅茨風(fēng)機(jī)并于1930年開始制造羅茨式氣量計。1954年,德國的Heraeus發(fā)明了羅茨真空泵。在中國,1957 年錦工鼓風(fēng)機(jī)廠首先開始制造羅茨鼓風(fēng)機(jī)。

  羅茨轉(zhuǎn)子橫斷面的外輪廓稱為轉(zhuǎn)子的型線。目前常用的轉(zhuǎn)子型線主要有三類:漸開線型、圓弧型和擺線型。圓弧是在羅茨轉(zhuǎn)子設(shè)計中大量應(yīng)用的曲線元,俄國工程師A. M. 卡茲在著作中多次提到圓弧轉(zhuǎn)子型線。劉坤和巴德純在對圓弧型型線研究時,引入了形狀系數(shù)和峰頂系數(shù),通過這兩個系數(shù)來體現(xiàn)容積利用率的不同。Chiu-Fan Hsieh對不同峰頂系數(shù)的羅茨進(jìn)行比較,得出了性能較好的羅茨曲線。真空技術(shù)網(wǎng)(認(rèn)為漸開線型轉(zhuǎn)子由圓弧和漸開線組成。圓弧型和擺線型由于面積利用系數(shù)低得不到廣泛的應(yīng)用。漸開線由于便于加工且密封性能好而被廣泛采用。

  除傳統(tǒng)的擺線型轉(zhuǎn)子外,李建磊和葉仲和對內(nèi)外圓弧加擺線型的轉(zhuǎn)子進(jìn)行研究。劉林林等則在傳統(tǒng)的漸開線基礎(chǔ)上加入擺線對轉(zhuǎn)子的性能進(jìn)行了改進(jìn)。劉玉岱提出通過“圓弧一擺線一漸開線”的線型減小轉(zhuǎn)子之間氣體泄露量的方法。

  本文以基圓半徑為70mm的羅茨轉(zhuǎn)子為例,提出一種新型的羅茨流量計轉(zhuǎn)子型線,并對該型線進(jìn)行公式推導(dǎo),將型線方程化,從而可用該方法可得出一系列不同基圓的新型羅茨曲線,并在此基礎(chǔ)上研究了型線的嚙合特性和面積利用率。

  本文以基圓半徑為70mm 的羅茨型線為例,圓心作為為原點(diǎn)。水平向左為X軸正方向,豎直向上為Y軸正方向。由于型線是上下左右對稱的,可以僅考慮第一象限的情況。新型羅茨轉(zhuǎn)子型線的原理如圖1 所示。對于第一象限的曲線可以把它分為兩部分,以45°角為分界線, 45°以前即AB段是由四段圓弧所組成,45°以后的BC段由漸開線組成,CD為圓弧段。

  圖1 新型羅茨型線圖

  在實(shí)際設(shè)計中選用轉(zhuǎn)子型線時,還應(yīng)考慮:轉(zhuǎn)子占的體積要小,轉(zhuǎn)子要有良好的幾何對稱性,轉(zhuǎn)子要有足夠的強(qiáng)度且應(yīng)該易加工。通過對羅茨型線的調(diào)研和研究,得到了一個系列的圓與圓的漸開線的組合的羅茨型線的分段公式。編程得到整體型線上的各個點(diǎn)坐標(biāo)。通過對該組合型線的連續(xù)性及面積利用率進(jìn)行分析,得到該型線具有良好的連續(xù)光滑性,且面積利用率比傳統(tǒng)的漸開線型轉(zhuǎn)子高。

羅茨風(fēng)機(jī)型線對比:羅茨風(fēng)機(jī)葉輪封閉式與半開式的優(yōu)缺點(diǎn)

  羅茨風(fēng)機(jī)葉輪封閉式與半開式的優(yōu)缺點(diǎn) 羅茨風(fēng)機(jī)閉式葉輪與半開式葉輪優(yōu)缺點(diǎn)對比,羅茨鼓風(fēng)機(jī)半開式葉輪與閉式葉輪是常見的葉輪形式,其中半開式葉輪由輪盤以及葉片兩部分組成,閉式葉輪相對半開式葉輪多了輪盤結(jié)構(gòu)。

  半開式葉輪的優(yōu)點(diǎn):①異樣的葉輪線速度之下,半開式的應(yīng)力比閉式的小,是以其容許的線速度比閉式的更高,單級壓力比可以比閉式的更高。②制作工藝比擬簡略。

  半開式葉輪的缺點(diǎn):①半開式葉輪需以后方殼體取代;輪蓋;對流道起合圍感化,因葉片頂部與機(jī)殼之間存在間隙,葉頂雙側(cè)壓差將招致間隙中發(fā)生潛流,從而發(fā)生附加的潛流喪失,降低了葉輪的效力。②轉(zhuǎn)子軸向位移量非常敏感,具有不可控性,使其運(yùn)轉(zhuǎn)靠得住性比閉式葉輪要差。

  閉式葉輪的優(yōu)點(diǎn):①在異樣的葉片型式及負(fù)荷條件下,效力高于半開式1-3%;②轉(zhuǎn)子軸位移的可控性、靠得住性比半開式葉輪要好。

  閉式葉輪的缺點(diǎn):①制作工藝比擬繁雜;②與半開式葉輪比擬,容許的線速度絕對較低,單級壓力比遭到必定限定。

  閉式葉輪效力較高,軸位移平穩(wěn)性好,但制作工藝繁雜;半開式葉輪效力較低,葉頂間隙對軸位移的變更比較敏感,但制作起來簡略。實(shí)際上也只有單級高速鼓風(fēng)機(jī)、齒式壓縮機(jī)采用半開式葉輪,單軸多級布局是很難同時節(jié)制好各級半開式葉輪頂端間隙的。

  羅茨鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)中閉式葉輪與半開式葉輪優(yōu)缺點(diǎn)對比,三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)半開式葉輪線速度小,單級壓力比閉式的更高,制作工藝也更簡單,閉式葉輪軸位移可控性、穩(wěn)定性比半開式葉輪要更好。通常情況下,單級高速離心風(fēng)機(jī)、齒式壓縮機(jī)采用半開式葉輪,其它類型風(fēng)機(jī)多采用閉式葉輪。

羅茨風(fēng)機(jī)型線對比:羅茨鼓風(fēng)機(jī)漸開線型轉(zhuǎn)子型線的改進(jìn)設(shè)計

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羅茨風(fēng)機(jī)型線對比:羅茨鼓風(fēng)機(jī)選型的基本知識

  原標(biāo)題:羅茨鼓風(fēng)機(jī)選型的基本知識

  一、鼓風(fēng)機(jī)選型的基本知識:

  1、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài):指風(fēng)機(jī)的進(jìn)口處空氣的壓力P=Pa,溫度t=20℃,相對濕度φ=50%的氣體狀態(tài)。

  2、指定狀態(tài):指風(fēng)機(jī)特指的進(jìn)氣狀況。其中包括當(dāng)?shù)卮髿鈮毫虍?dāng)?shù)氐暮0胃叨龋M(jìn)口氣體的壓力、進(jìn)口氣體的溫度以及進(jìn)口氣體的成份和體積百分比濃度。

  3、鼓風(fēng)機(jī)流量及流量系數(shù)

  3.1、流量:是指單位時間內(nèi)流過風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的氣體容積。

  用Q表示,通常單位:m3/h或m3/min。

  3.2、流量系數(shù):φ=Q/(900πD22×U2)

  式中:φ:流量系數(shù) Q:流量,m3/h

  D2:葉輪直徑,m

  U2:葉輪外緣線速度,m/s(u2=πD2n/60)

  4、鼓風(fēng)機(jī)全壓及全壓系數(shù):

  4.1、鼓風(fēng)機(jī)全壓:風(fēng)機(jī)出口截面上的總壓與進(jìn)口截面上的總壓之差。用PtF表示,常用單位:Pa

  4.2、全壓系數(shù):ψt=KpPtF/ρU22

  式中, ψt:全壓系數(shù)  Kp:壓縮性修正系數(shù)  PtF:風(fēng)機(jī)全壓,Pa  ρ:風(fēng)機(jī)進(jìn)口氣體密度,Kg/m^3 u2:葉輪外緣線速度,m/s

  5、鼓風(fēng)機(jī)動壓:風(fēng)機(jī)出口截面上氣體的動能所表征的壓力,用Pd表示。常用單位:Pa

  6、鼓風(fēng)機(jī)靜壓:風(fēng)機(jī)的全壓減去風(fēng)機(jī)的動壓,用Pj表示。常用單位:Pa

  7、鼓風(fēng)機(jī)全壓、靜壓、動壓間的關(guān)系:

  風(fēng)機(jī)的全壓(PtF)=風(fēng)機(jī)的靜壓(Pj)+風(fēng)機(jī)的動壓(Pd)

  8、鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口處氣體的密度:氣體的密度是指單位容積氣體的質(zhì)量,用ρ表示,常用單位:Kg/m3

  9、鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口處氣體的密度計算式: ρ=P/RT

  式中:P:進(jìn)口處絕對壓力,Pa R:氣體常數(shù),J/Kg·K。與氣體的種類及氣體的組成成份有關(guān)。

  T:進(jìn)口氣體的開氏溫度,K。與攝氏溫度之間的關(guān)系:T=273+t

  10、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與指定狀態(tài)主要參數(shù)間換算:

  10.1、流量:ρQ=ρ0Q0

  10.2、全壓:PtF/ρ=PtF0/ρ0

  10.3、內(nèi)功率:Ni/ρ=Ni0/ρ0

  注:式中帶底標(biāo)“0”的為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù),不帶底標(biāo)的為指定狀態(tài)下的參數(shù)。

  11、鼓風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)速計算式: Ns=5.54 n Q01/2/(KpPtF0)3/4

  式中: Ns:風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速,重要的設(shè)計參數(shù),相似風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速均相同。 n:風(fēng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速,r/min

  Q0:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的流量,m3/s Kp: 壓縮性修正系數(shù)  PtF0: 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)全壓,Pa

  12、壓縮性修正系數(shù)的計算式:

  Kp=k/(k-1)×[(1+p/P)(k-1)/k-1]×(PtF/P)-1

  式中:PtF:指定狀態(tài)下風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的絕對壓力,Pa k:氣體指數(shù),對于空氣,K=1.4

  13、鼓風(fēng)機(jī)葉輪直徑計算式: D2=(27/n)×[KpPtF0/(2ρ0ψt )]1/2

  式中:D2:葉輪外緣直徑,m n:主軸轉(zhuǎn)速:r/min Kp:壓縮性修正系數(shù)  PtF0:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)全壓,單位:Pa

  ρ0:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)進(jìn)口處氣體的密度:Kg/m3 ψt:風(fēng)機(jī)的全壓系數(shù)

  14、管網(wǎng):是指與鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)接在一起的,氣流流經(jīng)的通風(fēng)管道以及管道上所有附件的總稱。

  15、管網(wǎng)阻力的計算式:Rj=KQ2

  式中: Rj:管網(wǎng)靜阻力,Pa

  K:管網(wǎng)特性系數(shù)與管道長度、附件種類、多少等因素有關(guān),確定其值的方法通常采用:計算法,類比法和實(shí)際測定法。

  Q:風(fēng)機(jī)的流量,m3/s

  16、常見壓力單位間的換算關(guān)系:

  1毫米水柱(mmH2O)=9.807帕(Pa)

  17、大氣壓力與海撥高度間近似關(guān)系: P=-(9.4~11.2)H

  式中:P:大氣壓力Pa H:海撥高度:m

  二、 選型實(shí)例(僅舉一例)

  為2T/h工業(yè)鍋爐選擇一臺引風(fēng)機(jī)。已知最大負(fù)荷時所需風(fēng)機(jī)性能參數(shù)及相應(yīng)的進(jìn)氣條件,如下:

  流量:Q=6800 m3/h ,進(jìn)口溫度:t1=200℃

  全壓:PtF=2010 Pa , 進(jìn)口絕對壓力P=96000 Pa

  解:1、每秒鐘流量:Qs=6800/3600=1.89 m3/s

  2、指定條件下空氣密度:ρ=P/RT=96000/(287×(273+200))=0.707 Kg/m3

  3、換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全壓: PtF0=PtF×ρ0/ρ=2010×1.2/0.707=3412 Pa

  4、選定風(fēng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速:n=2800 r/min

  5、計算壓縮性修正系數(shù):

  Kp=K/(K-1)[(1+PtF/P)((k-1)/k)-1]×(PtF/P)-1

  =1.4/(1.4-1) ×[(1+2010/96000)(1.4-1)/1.4-1] ×(2010/96000)-1

  =0.9926

  6、計算所需風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速:

  Ns=5.54 n Q01/2/(KpPtF0)3/4

  =5.54×2800×1.89^0.5/(0.9926×3412)3/4

  =48

  7、選用Y5-48型離心引風(fēng)機(jī),查得該型風(fēng)機(jī)無因次特性曲線最高效率點(diǎn)參數(shù)為:

  流量系數(shù):φ=0.1225 全壓系數(shù):ψt=0.536 內(nèi)效率:η=0.835

  8、計算葉輪外徑:

  D2=(27/n)×[KpPtF0/(2ρ0ψt )]1/2

  =(27/2800)×[0.9926×3412/(2×1.2×0.536 )]1/2

  =0.497m

  選用Y5-48-11№5C引風(fēng)機(jī)

  9、校核內(nèi)功率:

  Ni=PtFQs/1000η=2010×1.89/(1000×0.835)=4.5 KW

  電機(jī)容量儲備系數(shù)取為1.3,帶傳動機(jī)械效率取0.95,所需功率為:6.15KW

  選用電機(jī)為:7.5KW-2極(型號:Y132S2-2

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