Design of Twin-Screw Compressor Rotor Tooth Profile with Meshing Clearance Based on Graphic Method and Alpha Shape Algorithm

Rotor clearance is necessary for the safe operation of twin-screw compressors,and it has a major impact on the performance of twin-screw compressors.The purpose of this study was to obtain a rotor tooth profile with reasonable meshing clearance on the rotor end surface,so that the clearance on the rotor contact line would be uniform and the rotor could be smoothly meshed.Under ideal conditions,the rotor of a screw compressor should have no clearance or interference.However,owing to assembly errors,thermal compression,stress deformation,and other factors,a rotor without backlash modification will inevitably produce interference during operation.A new design method based on the Alpha shape solution was proposed to achieve an efficient and high-precision design of the clearance of the twin-screw rotor profile.This method avoids the complex analytical calculations in the traditional envelope principle.The best approximation of the points on the rotor conjugate motion sweeping surface in the points is illuminated using a specific color.The sweeping surface of the screw rotor single-tooth profile is roughly scanned to capture the base point set of the sweeping surface boundary points.The chord length and tilt angle of each interval are calculated using the value of the base point set to adjust the position,phase,and magnification of each interval sweeping surface.Finally,the data point set is converted to the same coordinate system to generate the conjugated rotor profile.An example was used to verify the feasibility and adaptability of this method.Based on the equidistant profile method,the clearance between male and female rotors of a screw compressor was obtained under actual operation conditions.Therefore,this study provides a basis for the meshing clearance design in the machining of twin-screw compressor rotors.

Geometry of screw compressor rotors and their tools

This paper presents a method of general geometrical definitions of screw machine rotors and their manufacturing tools.It describes the details of lobe shape specification,and focuses on a new lobe profile,which yields a larger cross-sectional area and shorter sealing lines resulting in higher delivery rates for the same tip speed.A well proven mathematical model was used to determine the optimum profile,compressor housing size,and compressor ports to achieve the superior compressors.

Performance Improvement of Single Screw Compressor by Meshing Clearance Adjustment Used in Refrigeration System

The single screw compressor(SSC)is widely used in air compression and refrigeration systems due to its many advantages.The meshing clearance between the screw groove and gate rotor teeth flank has a significant influence on the compressor performance.In this paper,mathematical calculation models describing the internal working process of the SSC are established in order to evaluate the thermal dynamic characteristics of the compressor under varying meshing clearance heights.The refrigerating capacity,volume efficiency and adiabatic efficiency of the SSC are calculated and discussed.Three prototypes,with different meshing clearance heights,were manufactured to study the internal influence mechanisms.The theoretical model was verified using experimental data and the calculation results strongly agreed with the experimental results.Results demonstrate that comparisons of volume efficiency and adiabatic efficiency between the measured and calculated results exhibited deviations of 3.64%-7.98%and 5.92%-9.4%,respectively.Based on the models,analysis under varying meshing clearance heights and working conditions was performed.Taking into account working performance,actual manufacturing conditions and manufacturing cost limitations,a meshing clearance height range from 0.01 mm to 0.08 mm is suggested.This study can provide important theoretical data and experimental support for the design,manufacturing and optimization of single screw compressors.

Column envelope meshing pair and its design method for single screw compressors

A single screw compressor (SSC) is an important component found in many refrigeration systems.However,the durability is not so good because of the friction between its meshing pair.Therefore the column envelope meshing pair was pro-posed to prolong the operating life of SSCs,although it has not been applied to commercial refrigeration systems.To accelerate the industrial application,a mathematical model for analyzing the column envelope meshing pair is established based on the geometry and kinematics.Equations giving the flanks of column envelope grooves are obtained,and teeth flank meshing with the groove is designed.Results show that this model could be applicable in the design of the column envelope type SSC.

双螺杆压缩机工作性能测试实验平台搭建及教学应用

为提升“过程流体机械”实验教学的高阶性、创新性、挑战度,设计开发了双螺杆压缩机工作性能测试实验平台。该平台可实现工作性能测试、示功(p-V)图绘制等常规实验,并支持开展变工况调节特性分析以及啮合副型面优化设计验证等研究性实验。平台硬件部分根据啮合副型面特征设计了传感器布置方案;软件部分基于LabVIEW软件完成在变载工况下绘制p-V图、计算指示功率及分析效率等数据处理功能。该平台应用于实验教学可为培养学生的工程实践创新能力提供保障。

大型冷库螺杆压缩机几何特征及型线优化研究

目的针对大型冷库系统用螺杆压缩机的型线设计与优化问题,建立型线几何特征计算数学模型,为螺杆压缩机型线设计与优化提供理论依据。方法以目前广泛采用的GHH型线为研究对象,基于本文采用的型线几何特征计算方法,发现GHH型线的接触线不连续。采用圆弧-圆弧包络线共轭曲线对代替原始GHH型线中的圆弧-圆弧共轭曲线对,实现接触线的连续,提出修正的GHH型线。进而以修正的GHH型线为研究对象,分析节圆半径、齿高、双边长度等型线参数对接触线、啮合线、泄漏三角形等型线几何特征的影响。结果研究发现,泄漏三角形的面积与节圆半径、导程呈线性正相关,与齿高、双边长度呈线性负相关,其中双边长度对泄漏三角形的面积影响最大。具体地,当节圆半径由48 mm增大至60 mm时,面积利用系数由0.462减小为0.427,接触线长度由174.5 mm增大至182.2 mm,泄漏三角形面积由1.7 mm^(2)增大至8.2 mm^(2)。结论本文建立了转子型线几何特征快速计算数学模型,对GHH型线进行了优化,实现了螺杆转子接触线的连续,揭示了型线参数对型线几何特征的影响规律,为转子型线优化提供了理论指导。

高效双级喷油螺杆空压机的研究与开发

为了实现空压机设备的能效提升,开发了1台额定功率为250 kW的双级喷油螺杆空压机,空压机的低、高压级均采用新型螺杆转子型线,压缩机在结构上采用了一系列创新设计,对级间压力、喷油量等关键运行参数进行了优化,并通过试验测试对所开发双级喷油螺杆空压机样机的能效进行了评估。结果表明,在最佳转速为1330 r/min时,容积效率可达到95.6%,低压级和高压级压缩机的绝热效率则分别达到93.3%,88.6%;依据GB 19153—2019对样机能效进行评估,在100%,70%和40%负载下,样机均可达到定转速喷油回转空压机一级能效,考虑到空压机在额定负载与部分负载时的综合性能,其机组比功率可达到5.72 kW/(m^(3)·min),相较于一级能效限定值低了7.7%,达到了“双一级能效”,实现了同类螺杆空压机产品的能效升级。此外,通过试验研究了转速变化对双级喷油螺杆空压机低、高压级p-V指示曲线和效率的影响规律。经研究发现,低压级压缩过程p-V曲线低于等熵压缩过程,转速变化对其影响较小,而高压级压缩过程p-V曲线受气体泄漏影响显著,转速升高会导致高压级压缩过程曲线逐渐变缓;低压级和高压级压缩机效率随转速变化呈现出不同的变化规律,且高压级压缩机的容积效率和绝热效率均对转速变化非常敏感。研究结果可为螺杆空压机的能效升级提供参考价值。

双螺杆制冷压缩机排气压力脉动特性的实验研究

为研究一台冷水机组用双螺杆制冷压缩机的压力脉动特性,本文测录了压缩机压缩及排气过程的瞬态压力变化,解析其压力脉动频域特性,研究了运行转速和冷凝温度对压力脉动特性的影响,对比了压缩机采用变频与变滑阀两种容量调节方式在相同制冷量下的压力脉动、噪声和热力性能。研究结果表明:压缩腔压力脉动来源于转子工作容积内压力周期性升高,并受齿间多通道泄漏过程的影响;排气腔压力脉动来源于工作容积与排气腔的周期性连通与脱开,受排气压力及气体质量流量等因素影响。随着转速的升高,排气腔压力脉动从转速为1380 r/min时的58.6 kPa升至4200 r/min时的141.0 kPa。随着冷凝温度的升高,压力脉动幅值从34℃时的132.0 kPa升至57℃时的314.0 kPa。在相同制冷量下与容调滑阀相比,双螺杆制冷压缩机采用变频的容量调节方式在压力脉动、噪声和热力性能方面均具有显著优势,压力脉动降低54.6%以上,噪声值下降2.9 dB(A)以上,COP提升5.5%以上。

双螺杆空压机消声器设计与性能分析

针对双螺杆空压机在工作过程中壳体产生较大噪声的问题,利用有限元分析技术,对空压机壳体进行噪声频谱研究,得到在100~1500 Hz时,双螺杆空压机壳体噪声频谱图。采用添加消声器的方法进行降噪处理,并对消声器进行了结构优化设计,消除了谐振现象;将所设计的消声器安装在双螺杆空压机吸气口处,对比发现该消声器具有较好的降噪效果。研究成果可对双螺杆空压机降噪起到一定的参考作用。

丁二烯装置循环气压缩机出口消音器及管道振动原因分析及改造

针对某化工企业螺杆压缩机出口消音器及管道振动问题,对原排气管道进行了气流脉动和管道振动分析,结合现场管道振动实测数据,找到管道振动的主要原因并提出相应的改造措施。通过将消音器更换为三腔室阻抗复合式消音器,改变排气管道,增加支撑结构,加固热电偶支管等措施。改造后排气管道内各点的压力不均匀度均在API 619的允许范围内,脉动平均降幅72%;高阶固有频率避开压缩机激发频率的±10%,排气管道系统整体的一阶固有频率由4.572 Hz升至8.862 Hz,改造后的消音器振动值最大为32 mm/s,较改造前降低了64%;出口管道的振动值最大为10 mm/s,较改造前降低了87.5%,证明了改造措施的有效性。

单螺杆压缩机星轮齿内到齿侧间隙的精准供液技术研究

单螺杆压缩机具有良好的力学性能,单机容量大、结构简单、易损件少,在无油空气压缩、低温热泵、水蒸气压缩等诸多领域具有良好的应用前景。星轮齿和螺杆齿槽组成的啮合副是单螺杆压缩机的核心部件,其必须具有良好的润滑,否则易因高速滑动遭到磨损。单螺杆压缩机通常会使用喷液润滑,然而在一些特殊领域内,喷入润滑液体(如水)可能会造成排气参数降低。为减少单螺杆压缩机的喷液量同时确保可靠润滑,提出了一种星轮-螺杆啮合副精准喷液润滑构造及其设计方法,并利用FLUENT模拟了构造内部润滑水的流动和传热过程,验证了构造及设计方法的合理性,为单螺杆压缩机向高转速、水蒸气压缩机领域的发展提供了一种技术方案。

螺杆式压缩机转子受力简化计算方法研究

为便于工程人员或设计人员进行螺杆式压缩机转子受力计算,满足转子强度校核、轴承选型以及轴承寿命核算要求,提出一种螺杆式压缩机转子受力简化计算方法,并通过计算流体动力学方法进行验证。结果表明:在不同工况下,该简化计算方法对径向力预测的偏差在8.0%以内,个别工况最大偏差为11.4%,轴向力的预测偏差在5.0%以内,简化模型能够满足工程应用的要求。

高密度聚乙烯粉料输送螺杆压缩机结垢分析与改进措施

针对高密度聚乙烯装置粉料输送螺杆压缩机入口保护过滤器细粉含量高、压缩机转子结垢,导致盘车困难、压缩机转子抱死等问题,结合装置实际工况,对螺杆压缩机结垢原因进行了分析并提出解决措施。结果表明:通过调整高密度聚乙烯装置工艺运行参数降低聚乙烯细粉含量,以及更换保护过滤器滤芯类型减少聚乙烯细粉通过量等措施,成功解决了螺杆压缩机转子结垢问题,保障了螺杆压缩机安全运行。

螺杆式水蒸气压缩机性能分析及优化技术发展

相比其他类型水蒸气压缩机,螺杆式水蒸气压缩机具有动力平衡性好、适应性强、可实现较高压比等优势,但是这对其安全稳定性、密封性能等提出了更高的要求。本文从螺杆式水蒸气压缩机的应用场合、性能分析、优化技术3个方面对现有相关研究进行总结,并在此基础上分析螺杆式水蒸气压缩机的优化改进方向。

芳烃装置低温热利用技术方案选择与实践

低温热利用是炼化企业的重要节能措施。分析了某芳烃装置低温热的节能潜力,根据低温余热“温度对口、梯级利用”的原则,对低温热发电方案和低温热产蒸汽方案进行了比较。选择了低温热产蒸汽方案,同时利用螺杆压缩机对蒸汽进行压缩升压,进行装置低温热的回收。选取重芳烃塔、甲苯塔和抽出液塔的塔顶低温热源进行低温热回收改造工作,将大型螺杆压缩机应用于蒸汽压缩工况,这是在石化行业内的首次应用。项目实施后,节省1.0 MPa蒸汽103.5 t/h,装置总能耗降低4474.4 kgoe/h,每年节能37585 toe,蒸汽运行成本降低6577万元/a,芳烃综合能耗降低37.53 kgoe/t(以对二甲苯计),节能效果非常显著。

螺杆压缩机冷却效率优化及噪声控制

为了解决螺杆压缩机在运行过程中效率低的问题,提出调整冷却循环水塔运行参数,并进行排压调节的优化方案,实现冷却效率的优化。针对螺杆压缩机在运行过程中噪声大的问题,提出采用以亥姆霍兹共振器和穿孔板共振结构为核心的降噪结构,实现对螺杆压缩机运行噪声的有效控制。实际应用表明,优化后螺杆压缩机冷却效率从87.9%提高到94.6%,运行噪声降低26.7%,螺杆压缩机的运行质量得到提高。

螺杆压缩机在石油化工工艺中的应用研究

本研究旨在探讨螺杆压缩机在石油化工工艺中的应用。首先,我们对螺杆压缩机的原理和结构进行了介绍,包括其工作原理、主要构件、优势特点、存在的问题,如易受到液体、固体颗粒影响。然后,通过模拟分析研究了螺杆压缩机在石油化工过程中的应用。实验结果表明,螺杆压缩机具有高效率、稳定性好、能耗低的特点,在石油化工工艺中具有广泛的应用前景。

海上平台湿式螺杆压缩机喷液自循环系统改造

通过对喷液螺杆压缩机现有工艺流程不能实现自循环的原因进行分析,提出了三种改造方案,并从来液的稳定性、自循环得实现、改造的可行性与经济性等四个方面,对三种方案进行对比分析。通过分析表明,从一级闪蒸气压缩机入口涤气罐引液,在压缩机回流阀任意开度下,喷液都可以实现自循环,并且前期的投入与后期的维护成本都比较低。

海上油气田螺杆压缩机维修工艺优化

海上某油田(下称油田)LPG压缩机(下称压缩机)为国产两级式双螺杆压缩机,由于燃气量长期波动,压缩机频繁故障。在对机体故障类型及原因进行研究分析的基础上,针对机械密封失效、轴承损坏两个主要原因,进行了设备的五处关键位置装配优化,并结合配合间隙标准化、滑油流程改造。使得近年压缩机良好率保持100%,减少了人力和物料成本,且有效保障LPG产量。同类压缩机和泵也能借鉴相应装配思路,达到举一反三的效果。

双螺杆空压机壳体动态响应及结构优化分析

为进一步探究双螺杆空压机壳体动态响应特征,以某煤矿用双螺杆空压机为研究对象,建立其壳体结构的三维模型,通过有限元分析方法,对其进行模态分析和动态响应分析。结果显示,虽然该壳体结构不存在共振风险,但其右端盖位置和排气座位置的振动较为剧烈,对实际应用仍存在不利影响。基于此,应用增设加强筋的优化方法对其进行结构优化,结果显示,优化后壳体结构的最大振动位移和最大振动速度都有明显降低,降幅分别达到了6.04%和8.42%,效果较为显著。