歡迎光臨錦工風(fēng)機(jī)官方網(wǎng)站。提供優(yōu)質(zhì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)，羅茨風(fēng)機(jī)，回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)，星型供料器，氣力輸送設(shè)備等產(chǎn)品
羅茨轉(zhuǎn)子是氣體羅茨泵，羅茨鼓風(fēng)機(jī)和羅茨流量計(jì)等儀器設(shè)備的核心部件，轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(gè)葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)來壓縮和輸送氣體的回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)，為了紀(jì)念這個(gè)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(tái)羅茨風(fēng)機(jī)并于1930年開始制造羅茨式氣量計(jì)。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(jì)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(duì)圓弧型型線研究時(shí)，引入了形狀系數(shù)和峰頂系數(shù)，通過這兩個(gè)系數(shù)來體現(xiàn)容積利用率的不同。Chiu-Fan Hsieh對(duì)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(duì)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(duì)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(jì)轉(zhuǎn)子型線，并對(duì)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(duì)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(duì)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(jì)中選用轉(zhuǎn)子型線時(shí)，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(duì)稱性，轉(zhuǎn)子要有足夠的強(qiáng)度且應(yīng)該易加工。通過對(duì)羅茨型線的調(diào)研和研究，得到了一個(gè)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(gè)點(diǎn)坐標(biāo)。通過對(duì)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)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(duì)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(duì)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(jí)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(duì)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(duì)較低，單級(jí)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(duì)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(jí)高速鼓風(fēng)機(jī)、齒式壓縮機(jī)采用半開式葉輪，單軸多級(jí)布局是很難同時(shí)節(jié)制好各級(jí)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(duì)比，三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)半開式葉輪線速度小，單級(jí)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(jí)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。
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原標(biāo)題：羅茨鼓風(fēng)機(jī)選型的基本知識(shí)
一、鼓風(fēng)機(jī)選型的基本知識(shí)：
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(duì)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?，進(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(shí)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(dòng)壓：風(fēng)機(jī)出口截面上氣體的動(dòng)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(dòng)壓，用Pj表示。常用單位：Pa
7、鼓風(fēng)機(jī)全壓、靜壓、動(dòng)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(dòng)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(jì)算式： ρ=P/RT
式中：P：進(jìn)口處絕對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)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(duì)壓力,Pa k:氣體指數(shù),對(duì)于空氣,K=1.4
13、鼓風(fēng)機(jī)葉輪直徑計(jì)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(jì)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(jì)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(tái)引風(fēng)機(jī)。已知最大負(fù)荷時(shí)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(duì)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(jì)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(jì)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(jì)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(chǔ)備系數(shù)取為1.3,帶傳動(dòng)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(hào)：Y132S2－2
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