扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的研制

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、羅茨真空泵、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風(fēng)機(jī)、水冷羅茨鼓風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨鼓風(fēng)機(jī)，贏得了市場好評(píng)和認(rèn)可。

由于羅茨鼓風(fēng)機(jī)周期性地吸、排氣以及瞬時(shí)等容壓縮而形成的氣流速度與壓力脈動(dòng) , 從而產(chǎn)生了很大的氣體動(dòng)力噪聲和振動(dòng)輻射噪聲。據(jù)實(shí)測D250型羅茨鼓風(fēng)機(jī)得知 , 其進(jìn)氣口噪聲為128dB(A),排氣口噪聲達(dá)129dB(A), 在風(fēng)機(jī)種類中被稱之為“聲老虎”。雖然在羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲治理中,采用了對(duì)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(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲污染治理時(shí)的技改費(fèi)用甚至超過了其購置費(fèi)用,而且還影響了正常投產(chǎn)使用。因此,羅茨鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)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(zhuǎn)子代替直葉轉(zhuǎn)子用于羅茨鼓風(fēng)機(jī)的低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),雖然在多年前就已經(jīng)提出,但扭葉轉(zhuǎn)子在傳統(tǒng)數(shù)控刨床上無法加工。隨著數(shù)控機(jī)床及加工技術(shù)的發(fā)展,扭葉轉(zhuǎn)子的加工已成為可能。
本文概述了扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)樣機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)及樣機(jī)檢測的測試數(shù)據(jù) ; 認(rèn)為扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)比傳統(tǒng)直葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)在節(jié)能、降噪等性能方面均有一定的優(yōu)勢 , 并對(duì)扭葉羅茨鼓風(fēng)的扭葉轉(zhuǎn)子加工工藝進(jìn)行了探討。

　　扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)及樣機(jī)的研制
　　在研制扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)樣機(jī)時(shí),為了今后樣機(jī)性能檢測對(duì)比的方便,樣機(jī)采用國內(nèi)風(fēng)機(jī)行業(yè)RE150型三葉直葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的主參數(shù)。扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)主參數(shù):理論流量49m3/min , 額定升壓:50kPa,額定轉(zhuǎn)速:1350r/min , 配套電機(jī)功率:55kW。
扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子參照的是 RE150 型轉(zhuǎn)子外形尺寸:
轉(zhuǎn)子直徑 360mm; 轉(zhuǎn)子長度360mm; 中心距240mm; 扭葉轉(zhuǎn)角60°( 左、右旋各一件 )。
扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的端面型線采用了圓弧—圓弧包絡(luò)型線 , 該型線提高了轉(zhuǎn)子的面積利用系數(shù), 從而也提高了風(fēng)機(jī)的容積效率, 還降低了能耗, 右旋扭葉轉(zhuǎn)子見圖1。扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)在機(jī)殼進(jìn)、排氣口的布置上采取了與螺桿式壓縮機(jī)相似的布置方式, 這種結(jié)構(gòu)布置的最大特點(diǎn)就是避免了傳統(tǒng)直葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)上呈對(duì)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)吸、排氣口呈對(duì)角線布置以及結(jié)合扭葉轉(zhuǎn)子逐漸嚙合的特點(diǎn) , 使扭葉轉(zhuǎn)子工作時(shí)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(jī)殼內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一定的內(nèi)壓縮。

為了使排氣壓力脈動(dòng)峰值平緩,扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)在機(jī)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),在機(jī)殼上采用了內(nèi)回流槽及預(yù)進(jìn)氣結(jié)構(gòu),以減小高壓氣體的回流強(qiáng)度,可明顯降低噪聲;　還增加了散熱筋板,并擴(kuò)大了潤滑、冷卻油箱容積,取消了循環(huán)水冷卻裝置，從而也節(jié)約了水資源。扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì),能迅速實(shí)現(xiàn)立、臥式機(jī)座轉(zhuǎn)換。裝配圖及零件圖采用參數(shù)化繪圖 , 這有利于產(chǎn)品系列化及變型設(shè)計(jì)。扭葉低噪聲節(jié)能羅茨鼓風(fēng)機(jī)在外觀設(shè)計(jì)上改變了傳統(tǒng)造型,具有現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)風(fēng)格(見圖 2) 。
扭葉轉(zhuǎn)子型面的加工工藝
目前國內(nèi)羅茨鼓風(fēng)機(jī)行業(yè)已有的二軸數(shù)控 刨床 ( 包括從日本進(jìn)口的數(shù)控龍門刨床 ) 只能加工二葉、三葉直葉轉(zhuǎn)子 , 而不能完成扭葉轉(zhuǎn)子的加工。 RE150 型扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)樣機(jī)扭葉轉(zhuǎn)子的型面也只能在四軸二聯(lián)動(dòng)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(chǎn)成本對(duì)于扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的批量生產(chǎn)是不利的 , 故扭葉轉(zhuǎn)子的加工工藝是限制扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)推廣應(yīng)用的瓶頸。

由于扭葉轉(zhuǎn)子的型面精度要求高,而且型號(hào)和規(guī)格多,傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子仿形加工工藝已不能適用,筆者認(rèn)為可采用以下數(shù)控加工工藝來實(shí)現(xiàn)扭葉轉(zhuǎn)子型面的加工。
(1) 扭葉轉(zhuǎn)子數(shù)控滾切工藝:加工機(jī)床為四軸二聯(lián)動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī),其機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本及改造費(fèi)用高;刀具為成形滾刀,多刃連續(xù)滾切加工,刀具規(guī)格型號(hào)多、制造費(fèi)用大,滾切工藝適合大批量、小規(guī)格的扭葉轉(zhuǎn)子加工,生產(chǎn)效率高,但實(shí)施相當(dāng)困難。
(2)扭葉轉(zhuǎn)子數(shù)控銑削工藝: 加工機(jī)床為四軸二聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床,其機(jī)床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造成本較高;刀具為盤形銑刀,多刃連續(xù)銑削加工,刀具費(fèi)用較高,銑削工藝適合中批量、不同規(guī)格的扭葉轉(zhuǎn)子加工,生產(chǎn)效率較高,但實(shí)施困難。
(3) 扭葉轉(zhuǎn)子數(shù)控刨削工藝:加工機(jī)床為三軸二聯(lián)動(dòng)數(shù)控刨床,其機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單,制造成本較低;刀具采用可轉(zhuǎn)位圓形硬質(zhì)合金機(jī)夾刀片,單刃刨削加工,刀具費(fèi)用最低,刨削工藝適合中、小批量不同規(guī)格的扭葉轉(zhuǎn)子加工,生產(chǎn)效率與目前國內(nèi)羅茨鼓風(fēng)機(jī)廠家的直葉轉(zhuǎn)子刨削加工工藝相當(dāng),容易實(shí)施,具有操作簡單、便于推廣應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。因此,筆者目前正在開展扭葉轉(zhuǎn)子三軸二聯(lián)動(dòng)數(shù)控刨床的研究工作,目前已進(jìn)入數(shù)控調(diào)試及試切削階段,有望解決扭葉轉(zhuǎn)子數(shù)控刨削的工藝難題[3] 。

扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用前景
扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)是具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代低噪聲節(jié)能羅茨鼓風(fēng)機(jī)[4],具有工作平穩(wěn)、輸氣脈動(dòng)小、噪聲低的特點(diǎn) , 而且工作時(shí)具有一定的內(nèi)壓縮過程,它比傳統(tǒng)的直葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)效率高,能耗低,除具有傳統(tǒng)直葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的一般用途外,還可開拓新的應(yīng)用領(lǐng)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(fēng)機(jī);
(2)散裝水泥輸送: 散裝水泥輸送的高壓羅茨鼓風(fēng)機(jī);
(3) 青藏鐵路客車增壓: 青藏鐵路客車車箱的增壓鼓風(fēng)機(jī);
(4) 內(nèi)燃機(jī)機(jī)械增壓裝置: 汽車電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的羅茨式機(jī)械增壓器。
扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)對(duì)傳統(tǒng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲控制及節(jié)能技改工作有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值 , 扭葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)樣機(jī)的研制將對(duì)我國羅茨鼓風(fēng)機(jī)的降噪、節(jié)能工作及內(nèi)燃機(jī)羅茨式機(jī)械增壓器的研制工作起到拋磚引玉的作用。

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