彭程宇,张曌,谢佳,吴伟烽,冯全科

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

符号表

盘型蜗轮-蜗杆机构作为气体压缩机是20世纪60年代发明的,半个世纪以来,世界上有十多个国家都在开发应用这种由两只盘型蜗轮(星轮)和一根蜗杆(螺杆)构成的压缩机,即单螺杆压缩机[1-4]。一直以来,单螺杆压缩机均采用单直线或者近似单直线结构的啮合副型线,但该型线容易磨损,使得其多在低压力和小型压缩机领域中发展,且发展缓慢[2-5]。进入21世纪以来,中国学者提出并开发了纯曲面啮合型线,解决了单螺杆压缩机啮合副,特别是星轮齿面的磨损问题,使得单螺杆压缩机在高压和大型化方向发展的前景倍现广阔[6-12]。

目前,市场上绝大部分的单螺杆压缩机是CP型(即螺杆为圆柱形、星轮为平面状),如图1所示,其螺杆齿槽数与星轮齿数之比为6∶11。通常认为采用这种齿数比的单螺杆压缩机,螺杆两侧的齿槽能够同步地进行吸气、压缩和排气过程,从而使螺杆转子受力均衡,具有良好的力学平衡性,能有效提高螺杆轴承寿命[13-16]。但是,近年来随着单螺杆压缩机往高压力和大排量方向发展,逐渐出现了振动大和噪声高等问题。研究表明,同步吸气、压缩、排气引起波动的阻力矩叠加是造成机器振动大和噪声高的主要原因。因此,本文提出在大排量、大压比及高压力领域中,采用螺杆转子奇数齿槽设计,利用奇数齿槽螺杆转子配合星轮片实现螺杆两侧工作腔异步工作,使得螺杆两侧压缩工质产生的阻力矩移步错峰,以有效减小气体压缩过程的阻力矩波动,降低压缩机的振动和噪声。……