羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子各部間隙的分析與計(jì)算

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1、第37卷第6期化工機(jī)械697羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子各部間隙的分析與計(jì)算*宋健強(qiáng)(蘭州石化公司乙烯廠)摘要在羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子型面曲線理論分析的基礎(chǔ)上,通過對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子工作間隙影響因素及轉(zhuǎn)子受力分析,確定了轉(zhuǎn)子各部位間隙的計(jì)算方法。關(guān)鍵詞羅茨鼓風(fēng)機(jī)型面曲線間隙分析中圖分類號(hào)TQ051121文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0254-6094(2010)06-0697-05轉(zhuǎn)子是羅茨鼓風(fēng)機(jī)的核心部件,其葉型輪廓量、轉(zhuǎn)子撓度和葉輪加工誤差6個(gè)方面的因素影線稱為型面曲線,型面曲線由一組特點(diǎn)曲線組合響。[1]而成。就轉(zhuǎn)子的型面曲線而言,選用不同的轉(zhuǎn)子1.1熱膨脹值$型面曲線或者選用不同參數(shù)的同一類型

2、面曲線,已知風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣溫度Ts、排氣溫度Td和環(huán)境都會(huì)引起轉(zhuǎn)子徑距比、面積利用系數(shù)以及嚙合參溫度ta,那么葉輪與機(jī)殼間的熱膨脹值$r為:數(shù)的變化,從而影響到風(fēng)機(jī)的效率。因此,作為羅ar(Ts+Td)ac(Ts+Td+2ta)$r=Ra(-),m茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的基礎(chǔ)技術(shù),轉(zhuǎn)子型面曲線的設(shè)計(jì)24技術(shù)一直是提高羅茨鼓風(fēng)機(jī)性能的一項(xiàng)關(guān)鍵技葉輪與葉輪間的熱膨脹值$L為:術(shù)。ar(Ts+Td)2Ra(-ta)通過對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子型面曲線的理論分2$L=,m析,可以從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度出發(fā),確定不同葉型的轉(zhuǎn)J子型面曲線的極限數(shù)學(xué)模型,根據(jù)基本參數(shù)確定葉輪端面與墻板間的熱膨脹值為:其型面曲線

3、的理論幾何參數(shù)。但是,在實(shí)際應(yīng)用ar(Ts+Td)ac(Ts+Td+2ta)$B=L(-),m24中,由于受零件加工精度、裝配精度及風(fēng)機(jī)運(yùn)行參式中Ra)))葉輪外圓半徑,m;數(shù)等因素的影響,為了保證轉(zhuǎn)子的正常轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)子L)))葉輪長(zhǎng)度,m;與轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與殼體間應(yīng)保持一定的間隙。從-1熱力學(xué)的角度出發(fā),就減少泄漏損失和提高容積ar)))葉輪材料的線膨脹系數(shù),e;[2]a-1效率而言,葉輪工作間隙越小越好;從運(yùn)動(dòng)學(xué)c)))殼體線膨脹系數(shù),e;角度出發(fā),就實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)而言,葉輪工作ta)))風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境溫度,e。間隙越大越好。因此,轉(zhuǎn)子間隙的選擇是影響鼓1.2轉(zhuǎn)子

4、扭轉(zhuǎn)變形量$P風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的重要因素,也是轉(zhuǎn)子型面圖1所示為一主動(dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。圖2曲線設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。中,O1為主動(dòng)轉(zhuǎn)子,O2為從動(dòng)轉(zhuǎn)子。設(shè)主動(dòng)軸在1羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子間隙的影響因素皮帶輪(聯(lián)軸器)扭矩Tp、葉輪氣體作用力扭矩Ta根據(jù)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的工作原理和轉(zhuǎn)子傳動(dòng)特和同步齒輪扭矩Tg的共同作用下,主動(dòng)葉輪遠(yuǎn)端點(diǎn),轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與殼體之間的工作間隙主要面中心軸線相對(duì)于同步齒輪中心將產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)受熱膨脹值、軸承游隙、齒輪側(cè)隙、轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)變形角<1。同樣,從動(dòng)軸在同步齒輪扭矩Tg和葉輪*宋健強(qiáng),男,1966年10月生,工程師。甘肅省蘭州市,730060。698化

5、工機(jī)械2010年氣體作用力扭矩Ta的共同作用下,其遠(yuǎn)端面中心線,從理論上講,可將每對(duì)葉面所有嚙合點(diǎn)的間隙軸線相對(duì)于同步齒輪也將產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)角<2。調(diào)勻,使之與節(jié)點(diǎn)的嚙合間隙相同。因此,轉(zhuǎn)子軸扭轉(zhuǎn)變形造成葉輪嚙合間隙的減小量為:32TpR(L+L3+L4)$p=R(<1+<2)=4,radGPd式中R)))葉輪節(jié)圓半徑,m。1.3轉(zhuǎn)子撓度e如圖3所示,在實(shí)際工作狀況下,由于轉(zhuǎn)子軸在重力W和氣體作用力均布載荷qa的共同作用下,轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生一定的撓度,使兩葉輪O1和O2的中心軸線移動(dòng)到陰影區(qū)域內(nèi)工作。圖3葉輪工作軸心位置示意圖重力W產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子軸的撓度ew在葉輪旋轉(zhuǎn)對(duì)于主動(dòng)軸來

6、講,因?yàn)門g=Tp/2,那么:過程中不發(fā)生變化,其方向垂直向下,根據(jù)均布載Tp[1]Ta=Tg=荷的撓度計(jì)算方法可得:2LLqwLL2(L3+)[(L3+)L+2L3(L+L3)]另外,由于Ta和Tp作用在不同部位,且方向22ew=相反,因此,要采用分步計(jì)算的方法。那么,根據(jù)6EI3L3材料力學(xué)圓軸扭轉(zhuǎn)變形公式可得:氣體作用力均布載荷qa產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子軸撓度,隨著葉輪嚙合點(diǎn)的變化,其方向、大小不斷發(fā)生變3L16Tp(2+L3+L4)化。在圖中位置,兩轉(zhuǎn)子的撓度差最大,也就是說<1=4,radGPd兩轉(zhuǎn)子因撓度差產(chǎn)生的嚙合間隙減小量最大。根[1]據(jù)均布載荷的撓度計(jì)算方法可得

7、:對(duì)于從動(dòng)軸,Ta=Tg=Tp/2,那么,根據(jù)材料(ea)min=力學(xué)圓軸扭轉(zhuǎn)變形公式可得:L16Tp(+L3+L4)LL2(qa)minLL2(L3+)[(L3+)L+2L3(L+L3)]<2=4,rad22GPd6EI3L3式中Tp)))皮帶輪(或聯(lián)軸器)的扭矩,N#m;(ea)max=G)))軸的剪切彈性模量,Pa;d1+d2+d3LLd)))軸的平均值,m,d=。(qa)maxLL2(L3+)[(L3+)L+2L3(L+L3)]322如圖2所示,當(dāng)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角一定時(shí),轉(zhuǎn)子的扭6EI3L3轉(zhuǎn)變形量隨轉(zhuǎn)子上不同半徑取值而變化,這樣就對(duì)于兩葉片轉(zhuǎn)子,