扭葉羅茨鼓風機的研制

扭葉羅茨鼓風機的研制

山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。

由于羅茨鼓風機周期性地吸、排氣以及瞬時等容壓縮而形成的氣流速度與壓力脈動 , 從而產生了很大的氣體動力噪聲和振動輻射噪聲。據實測D250型羅茨鼓風機得知 , 其進氣口噪聲為128dB(A),排氣口噪聲達129dB(A), 在風機種類中被稱之為“聲老虎”。雖然在羅茨鼓風機噪聲治理中,采用了對其傳聲途徑的消聲、隔聲、隔振等措施,但效果仍不理想,許多單位對羅茨鼓風機噪聲污染治理時的技改費用甚至超過了其購置費用,而且還影響了正常投產使用。因此,羅茨鼓風機的節能工作及噪聲污染治理已提到了非常重要的議事日程。
用扭葉轉子代替直葉轉子用于羅茨鼓風機的低噪聲結構設計,雖然在多年前就已經提出,但扭葉轉子在傳統數控刨床上無法加工。隨著數控機床及加工技術的發展,扭葉轉子的加工已成為可能。
本文概述了扭葉羅茨鼓風機樣機的主要技術參數及樣機檢測的測試數據 ; 認為扭葉羅茨鼓風機比傳統直葉羅茨鼓風機在節能、降噪等性能方面均有一定的優勢 , 并對扭葉羅茨鼓風的扭葉轉子加工工藝進行了探討。

　　扭葉羅茨鼓風機的設計及樣機的研制
　　在研制扭葉羅茨鼓風機樣機時,為了今后樣機性能檢測對比的方便,樣機采用國內風機行業RE150型三葉直葉羅茨鼓風機的主參數。扭葉羅茨鼓風機主參數:理論流量49m3/min , 額定升壓:50kPa,額定轉速:1350r/min , 配套電機功率:55kW。
扭葉羅茨鼓風機轉子參照的是 RE150 型轉子外形尺寸:
轉子直徑 360mm; 轉子長度360mm; 中心距240mm; 扭葉轉角60°( 左、右旋各一件 )。
扭葉羅茨鼓風機轉子的端面型線采用了圓弧—圓弧包絡型線 , 該型線提高了轉子的面積利用系數, 從而也提高了風機的容積效率, 還降低了能耗, 右旋扭葉轉子見圖1。扭葉羅茨鼓風機在機殼進、排氣口的布置上采取了與螺桿式壓縮機相似的布置方式, 這種結構布置的最大特點就是避免了傳統直葉羅茨鼓風機上呈對稱布置的吸、排氣口,它使基元容積的氣體直接與排氣口相通; 在直葉羅茨鼓風機中, 氣體壓力并非由于容積縮小而提高,而是借排氣口氣體較高的壓力回流來提高氣缸容腔中的氣體壓力的。而這種扭葉羅茨鼓風機吸、排氣口呈對角線布置以及結合扭葉轉子逐漸嚙合的特點 , 使扭葉轉子工作時并不象直葉那樣能使基元容積完全與排氣口相通。這樣在與排氣口連通之前 , 使基元容積中的氣體能在機殼內轉子旋轉時產生一定的內壓縮。

為了使排氣壓力脈動峰值平緩,扭葉羅茨鼓風機在機殼結構設計時,在機殼上采用了內回流槽及預進氣結構,以減小高壓氣體的回流強度,可明顯降低噪聲;　還增加了散熱筋板,并擴大了潤滑、冷卻油箱容積,取消了循環水冷卻裝置，從而也節約了水資源。扭葉羅茨鼓風機采用模塊化設計,能迅速實現立、臥式機座轉換。裝配圖及零件圖采用參數化繪圖 , 這有利于產品系列化及變型設計。扭葉低噪聲節能羅茨鼓風機在外觀設計上改變了傳統造型,具有現代工業設計風格(見圖 2) 。
扭葉轉子型面的加工工藝
目前國內羅茨鼓風機行業已有的二軸數控 刨床 ( 包括從日本進口的數控龍門刨床 ) 只能加工二葉、三葉直葉轉子 , 而不能完成扭葉轉子的加工。 RE150 型扭葉羅茨鼓風機樣機扭葉轉子的型面也只能在四軸二聯動的加工中心上加工 , 并需采用球頭銑刀 , 該刀具刃磨須用工具磨床 , 而且加工效率低 ; 這種加工工藝的生產成本對于扭葉羅茨鼓風機的批量生產是不利的 , 故扭葉轉子的加工工藝是限制扭葉羅茨鼓風機推廣應用的瓶頸。

由于扭葉轉子的型面精度要求高,而且型號和規格多,傳統的轉子仿形加工工藝已不能適用,筆者認為可采用以下數控加工工藝來實現扭葉轉子型面的加工。
(1) 扭葉轉子數控滾切工藝:加工機床為四軸二聯動數控滾齒機,其機床結構復雜,制造成本及改造費用高;刀具為成形滾刀,多刃連續滾切加工,刀具規格型號多、制造費用大,滾切工藝適合大批量、小規格的扭葉轉子加工,生產效率高,但實施相當困難。
(2)扭葉轉子數控銑削工藝: 加工機床為四軸二聯動數控銑床,其機床結構較復雜,制造成本較高;刀具為盤形銑刀,多刃連續銑削加工,刀具費用較高,銑削工藝適合中批量、不同規格的扭葉轉子加工,生產效率較高,但實施困難。
(3) 扭葉轉子數控刨削工藝:加工機床為三軸二聯動數控刨床,其機床結構簡單,制造成本較低;刀具采用可轉位圓形硬質合金機夾刀片,單刃刨削加工,刀具費用最低,刨削工藝適合中、小批量不同規格的扭葉轉子加工,生產效率與目前國內羅茨鼓風機廠家的直葉轉子刨削加工工藝相當,容易實施,具有操作簡單、便于推廣應用的優點。因此,筆者目前正在開展扭葉轉子三軸二聯動數控刨床的研究工作,目前已進入數控調試及試切削階段,有望解決扭葉轉子數控刨削的工藝難題[3] 。

扭葉羅茨鼓風機的應用前景
扭葉羅茨鼓風機是具有我國自主知識產權的新一代低噪聲節能羅茨鼓風機[4],具有工作平穩、輸氣脈動小、噪聲低的特點 , 而且工作時具有一定的內壓縮過程,它比傳統的直葉羅茨鼓風機效率高,能耗低,除具有傳統直葉羅茨鼓風機的一般用途外,還可開拓新的應用領域:
(1)城市公寓污水處理: 城市公寓的污水處理曝氣用的低噪聲羅茨鼓風機;
(2)散裝水泥輸送: 散裝水泥輸送的高壓羅茨鼓風機;
(3) 青藏鐵路客車增壓: 青藏鐵路客車車箱的增壓鼓風機;
(4) 內燃機機械增壓裝置: 汽車電噴發動機的羅茨式機械增壓器。
扭葉羅茨鼓風機對傳統羅茨鼓風機噪聲控制及節能技改工作有實際應用價值 , 扭葉羅茨鼓風機樣機的研制將對我國羅茨鼓風機的降噪、節能工作及內燃機羅茨式機械增壓器的研制工作起到拋磚引玉的作用。

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