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扭叶罗茨鼓风机的研制

扭叶罗茨鼓风机的研制

山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机罗茨真空泵回转风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨鼓风机、水冷罗茨鼓风机、油驱罗茨鼓风机、低噪音罗茨鼓风机,赢得了市场好评和认可。

由于罗茨鼓风机周期性地吸、排气以及瞬时等容压缩而形成的气流速度与压力脉动 , 从而产生了很大的气体动力噪声和振动辐射噪声。据实测D250型罗茨鼓风机得知 , 其进气口噪声为128dB(A),排气口噪声达129dB(A), 在风机种类中被称之为“声老虎”。虽然在罗茨鼓风机噪声治理中,采用了对其传声途径的消声、隔声、隔振等措施,但效果仍不理想,许多单位对罗茨鼓风机噪声污染治理时的技改费用甚至超过了其购置费用,而且还影响了正常投产使用。因此,罗茨鼓风机的节能工作及噪声污染治理已提到了非常重要的议事日程。
用扭叶转子代替直叶转子用于罗茨鼓风机的低噪声结构设计,虽然在多年前就已经提出,但扭叶转子在传统数控刨床上无法加工。随着数控机床及加工技术的发展,扭叶转子的加工已成为可能。
本文概述了扭叶罗茨鼓风机样机的主要技术参数及样机检测的测试数据 ; 认为扭叶罗茨鼓风机比传统直叶罗茨鼓风机在节能、降噪等性能方面均有一定的优势 , 并对扭叶罗茨鼓风的扭叶转子加工工艺进行了探讨。

  扭叶罗茨鼓风机的设计及样机的研制
  在研制扭叶罗茨鼓风机样机时,为了今后样机性能检测对比的方便,样机采用国内风机行业RE150型三叶直叶罗茨鼓风机的主参数。扭叶罗茨鼓风机主参数:理论流量49m3/min , 额定升压:50kPa,额定转速:1350r/min , 配套电机功率:55kW。
扭叶罗茨鼓风机转子参照的是 RE150 型转子外形尺寸:
转子直径 360mm; 转子长度360mm; 中心距240mm; 扭叶转角60°( 左、右旋各一件 )。
扭叶罗茨鼓风机转子的端面型线采用了圆弧—圆弧包络型线 , 该型线提高了转子的面积利用系数, 从而也提高了风机的容积效率, 还降低了能耗, 右旋扭叶转子见图1。扭叶罗茨鼓风机在机壳进、排气口的布置上采取了与螺杆式压缩机相似的布置方式, 这种结构布置的最大特点就是避免了传统直叶罗茨鼓风机上呈对称布置的吸、排气口,它使基元容积的气体直接与排气口相通; 在直叶罗茨鼓风机中, 气体压力并非由于容积缩小而提高,而是借排气口气体较高的压力回流来提高气缸容腔中的气体压力的。而这种扭叶罗茨鼓风机吸、排气口呈对角线布置以及结合扭叶转子逐渐啮合的特点 , 使扭叶转子工作时并不象直叶那样能使基元容积完全与排气口相通。这样在与排气口连通之前 , 使基元容积中的气体能在机壳内转子旋转时产生一定的内压缩。

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为了使排气压力脉动峰值平缓,扭叶罗茨鼓风机在机壳结构设计时,在机壳上采用了内回流槽及预进气结构,以减小高压气体的回流强度,可明显降低噪声; 还增加了散热筋板,并扩大了润滑、冷却油箱容积,取消了循环水冷却装置,从而也节约了水资源。扭叶罗茨鼓风机采用模块化设计,能迅速实现立、卧式机座转换。装配图及零件图采用参数化绘图 , 这有利于产品系列化及变型设计。扭叶低噪声节能罗茨鼓风机在外观设计上改变了传统造型,具有现代工业设计风格(见图 2) 。 密集型罗茨鼓风机
扭叶转子型面的加工工艺
目前国内罗茨鼓风机行业已有的二轴数控 刨床 ( 包括从日本进口的数控龙门刨床 ) 只能加工二叶、三叶直叶转子 , 而不能完成扭叶转子的加工。 RE150 型扭叶罗茨鼓风机样机扭叶转子的型面也只能在四轴二联动的加工中心上加工 , 并需采用球头铣刀 , 该刀具刃磨须用工具磨床 , 而且加工效率低 ; 这种加工工艺的生产成本对于扭叶罗茨鼓风机的批量生产是不利的 , 故扭叶转子的加工工艺是限制扭叶罗茨鼓风机推广应用的瓶颈。

由于扭叶转子的型面精度要求高,而且型号和规格多,传统的转子仿形加工工艺已不能适用,笔者认为可采用以下数控加工工艺来实现扭叶转子型面的加工。
(1) 扭叶转子数控滚切工艺:加工机床为四轴二联动数控滚齿机,其机床结构复杂,制造成本及改造费用高;刀具为成形滚刀,多刃连续滚切加工,刀具规格型号多、制造费用大,滚切工艺适合大批量、小规格的扭叶转子加工,生产效率高,但实施相当困难。
(2)扭叶转子数控铣削工艺: 加工机床为四轴二联动数控铣床,其机床结构较复杂,制造成本较高;刀具为盘形铣刀,多刃连续铣削加工,刀具费用较高,铣削工艺适合中批量、不同规格的扭叶转子加工,生产效率较高,但实施困难。
(3) 扭叶转子数控刨削工艺:加工机床为三轴二联动数控刨床,其机床结构简单,制造成本较低;刀具采用可转位圆形硬质合金机夹刀片,单刃刨削加工,刀具费用最低,刨削工艺适合中、小批量不同规格的扭叶转子加工,生产效率与目前国内罗茨鼓风机厂家的直叶转子刨削加工工艺相当,容易实施,具有操作简单、便于推广应用的优点。因此,笔者目前正在开展扭叶转子三轴二联动数控刨床的研究工作,目前已进入数控调试及试切削阶段,有望解决扭叶转子数控刨削的工艺难题[3] 。

扭叶罗茨鼓风机的应用前景
扭叶罗茨鼓风机是具有我国自主知识产权的新一代低噪声节能罗茨鼓风机[4],具有工作平稳、输气脉动小、噪声低的特点 , 而且工作时具有一定的内压缩过程,它比传统的直叶罗茨鼓风机效率高,能耗低,除具有传统直叶罗茨鼓风机的一般用途外,还可开拓新的应用领域:
(1)城市公寓污水处理: 城市公寓的污水处理曝气用的低噪声罗茨鼓风机;
(2)散装水泥输送: 散装水泥输送的高压罗茨鼓风机;
(3) 青藏铁路客车增压: 青藏铁路客车车箱的增压鼓风机;
(4) 内燃机机械增压装置: 汽车电喷发动机的罗茨式机械增压器。
扭叶罗茨鼓风机对传统罗茨鼓风机噪声控制及节能技改工作有实际应用价值 , 扭叶罗茨鼓风机样机的研制将对我国罗茨鼓风机的降噪、节能工作及内燃机罗茨式机械增压器的研制工作起到抛砖引玉的作用。

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