　　【摘要】：羅茨鼓風機由于結(jié)構(gòu)簡單、形式多樣、工作穩(wěn)定等特點而在各工業(yè)部門廣泛使用。葉輪是風機重要的結(jié)構(gòu)件之一,為羅茨鼓風機的穩(wěn)定運行起到了非常關鍵的作用。兩個葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中的配合是確保氣體輸送效率的前提,氣體輸送壓縮過程的溫度升高使葉輪轉(zhuǎn)子外輪廓產(chǎn)生不均勻熱變形,配合間隙變化,導致羅茨鼓風機兩個葉輪產(chǎn)生局部干涉,加劇局部磨損,甚至咬死。因此控制減小羅茨鼓風機葉輪外輪廓熱變形量,使葉輪在實際工況下依然保持穩(wěn)定,對整體機械設備正常穩(wěn)定工作有著重要的意義。本文以錦工鼓風機廠有限責任公司生產(chǎn)的S31型羅茨鼓風機葉輪進行熱變形分析及優(yōu)化設計,主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)介紹了羅茨鼓風機中常用的性能評價指標,對葉輪熱變形產(chǎn)生機理進行了分析,由于羅茨鼓風機的工作原理決定了其在工作過程中具有較高的溫度升高,并隨著輸送氣體壓力的升高而升高,因此分析了機械零件熱變形理論基礎,涉及傳熱學、彈性理論、熱彈性理論、材料熱膨脹理論等;(2)建立了 S31型羅茨鼓風機整機的三維模型,并分析了 S31型羅茨鼓風機的結(jié)構(gòu)特點,建立了 S31型羅茨鼓風機葉輪的有限元模型,對葉輪進行了穩(wěn)態(tài)熱分析,得到了葉輪在溫升下的熱變形量和等效應力,為接下來的優(yōu)化分析計算做了準備。(3)為防止溫度變化分布不均導致葉輪轉(zhuǎn)子外輪廓產(chǎn)生不均勻熱變形,外輪廓變形導致配合間隙產(chǎn)生變化;基于形體熱變形非相似性特征,分析葉輪平衡孔形狀對羅茨鼓風機葉輪外輪廓然變形量的影響規(guī)律,通過仿真確定優(yōu)化孔型結(jié)構(gòu);得出熱變形量最小的羅茨鼓風機葉輪的結(jié)構(gòu),使羅茨鼓風機工作壽命延長。(4)為防止羅茨鼓風機兩個葉輪產(chǎn)生局部干涉,加劇局部磨損,影響羅茨鼓風機的正常運行,選取葉輪非配合面尺寸作為設計變量,利用DOE中心復合設計原理,對葉輪進行參數(shù)優(yōu)化,得到更為合理的非配合面尺寸,提高了羅茨鼓風機氣體輸送效率,使其工作效率提高。本文的研究將為羅茨鼓風機葉輪的熱變形分析及優(yōu)化設計提供重要參數(shù)及依據(jù),并且對于今后同類型結(jié)構(gòu)的研發(fā)也具有一定的指導意義。

　　【學位授予單位】：錦工理工大學

　　【學位級別】：碩士

　　【學位授予年份】：2021

　　【分類號】：TH44

　　【圖文】：

　　測量儀器的精度發(fā)生了質(zhì)的變化，由溫度變化造成的測量誤差在儀器測量總誤差逡逑中所占比例越來越大。溫度的變化造成的誤差對機械精度造成了較大的影響，根逡逑據(jù)統(tǒng)計資料分析表明，溫度引起誤差與測量總誤差關系如圖１．３所示［８］。逡逑２逡逑

　　生局部干涉，加劇局部磨損、甚至咬死，不僅影響羅茨鼓風機的正常運行，而且逡逑降低葉輪工作壽命。當羅茨鼓風機三葉轉(zhuǎn)子間隙過大時，在低速低溫條件下，其逡逑效率低下，影響羅茨鼓風機整體性能，達不到最佳效果。圖１．４為羅茨鼓風機葉逡逑輪。逡逑３逡逑

　?。ǎ幔﹥扇~轉(zhuǎn)子邐（ｂ）三葉轉(zhuǎn)子逡逑圖１．４羅茨鼓風機轉(zhuǎn)子逡逑羅茨鼓風機的工作原理決定了其在工作過程中具有較高的溫度升高，并隨著逡逑輸送氣體壓力的升高而升高［１１〕，溫度升高影響羅茨鼓風機轉(zhuǎn)子的正常配合，導致逡逑羅茨鼓風機葉輪轉(zhuǎn)子熱變形日益明顯，進而影響羅茨鼓風機安全運行。因此，在逡逑不同工況下對羅茨鼓風機葉輪進行熱變形分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，控制減小羅茨鼓風機逡逑葉輪外輪廓熱變形量，使葉輪轉(zhuǎn)子在實際工況下依然保持嚙合、穩(wěn)定，對整體機逡逑械設備正常穩(wěn)定工作有著重要的意義。圖１．５為三葉羅茨鼓風機結(jié)構(gòu)圖。逡逑丨邋ｉｒｔｉｉ逡逑Ｍｒ逡逑？出氣丨丨逡逑ｉ逡逑ＨＩ邋＿＿＿■■Ｔｌｊ逡逑圖１．５三葉羅茨鼓風機結(jié)構(gòu)圖逡逑對于一般物體，熱脹冷縮是成立的，這是材料永恒的屬性。而物體形體尺寸逡逑則不完全具有這種屬性，由于受到形體結(jié)構(gòu)其他相關尺寸的制約，物體形體尺寸逡逑熱變形不遵從熱脹冷縮這一規(guī)律。即材料是受熱時會膨脹

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　　本文編號：

羅茨風機葉輪熱膨脹：羅茨風機工作原理3個重點3張圖完美解讀！

　　羅茨風機屬于容積式回轉(zhuǎn)風機，主要的動力來源為電機、柴油機或者電機柴油混合式，選型的主要參數(shù)有風量、壓力、轉(zhuǎn)速、電機功率等，今天要和大家分享的知識是其工作原理，該文會從羅茨風機的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、注意事項等方面，為大家詳細講解羅茨風機的工作原理。

　　1、結(jié)構(gòu)形式

　　一臺普通的三葉羅茨風機，主要由兩部分構(gòu)成：驅(qū)動機和機頭，驅(qū)動機是風機的動力來源，可以是電機也可以是柴油機，機頭是羅茨風機的主要工作組件，通過有規(guī)律的運轉(zhuǎn)，以達到氣體輸送的目的。

　　想要了解羅茨風機的工作原理，必須對羅茨風機的機頭結(jié)構(gòu)有充分的了解，機頭的主要組成部分有：墻板、機殼、主動葉輪、從動葉輪、主動從動齒輪、主副油箱、軸承等，為了大家對羅茨風機的結(jié)構(gòu)有清洗的認知，小編特意整理了一份結(jié)構(gòu)圖供大家參考，如下所示：

　　2、工作原理

　　羅茨風機有兩個葉輪（圖二，圈中部分），在電機帶動下，兩個葉輪會相向轉(zhuǎn)動，當葉輪轉(zhuǎn)過進氣口之后，兩個葉輪和墻板及機殼之間會形成一個密封的腔室，葉輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，密封腔室里面的空氣會被壓入排氣口，如此反復經(jīng)過進氣口和排氣口，將外界空氣輸送至目的地。

　　葉輪與葉輪、葉輪與墻板、葉輪與機殼之間會存在一定的間隙，該間隙有固定標準和誤差，誤差過大會產(chǎn)生其他相應的故障問題。在葉輪經(jīng)過排氣口時，在管道前方壓力的作用下，會將部分氣體通過間隙泄漏至外界，這樣的泄漏，我們稱之為內(nèi)泄漏。

　　羅茨風機的具體的工作原理流程請看下圖：

　　3、注意事項

　　羅茨風機屬于容積式風機，所以，在運轉(zhuǎn)起來之后，風量基本不會發(fā)生變化，當前方壓力稍有變化時，也能夠持續(xù)進行空氣輸送。

　　在長期使用之后，羅茨風機的風量會發(fā)生變化，多為風量減小，引起的主要原因是：葉輪與葉輪間隙、葉輪與墻板間隙、葉輪與機殼間隙發(fā)生了變化，造成內(nèi)泄漏增大，進而影響羅茨風機的風量。

　　為了保證羅茨風機正常工作運轉(zhuǎn)，風機的其他組件也起到了非常重要的作用，如：軸承、齒輪等，配合工作的組件出現(xiàn)了異常故障，對風機的運轉(zhuǎn)也會造成很大的影響。所以，后期使用維護中，不僅要對重要組件進行細致維護，其他的配合組件也要定期進行養(yǎng)護！

　　羅茨風機的工作原理很簡單，輔助一些圖片，我們能夠?qū)ζ涔ぷ髟碛星逑吹恼J知，在理解羅茨風機的工作原理時，首先要掌握其基本結(jié)構(gòu)，然后再去掌握其運轉(zhuǎn)原理，這樣就能夠很好的掌握羅茨風機的工作原理了。

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羅茨風機葉輪熱膨脹：羅茨風機間隙過大的調(diào)整技巧

　　三葉羅茨風機以其風量大，近幾年來便于操作的優(yōu)點被污水處理、水產(chǎn)養(yǎng)殖、氣力輸送等行業(yè)廣泛使用，那么羅茨風機間隙過大-你會調(diào)整嗎?

　　何為間隙調(diào)整?

　　轉(zhuǎn)動方式為三角皮帶傳動。其工作原理是有一個近似橢圓形的機殼與兩塊墻板包容成一個氣缸(機殼上有出氣口和進氣口)，當兩葉輪橫斷面的長軸互相平行時，其“嚙合點”正好落在兩轉(zhuǎn)子中心連線的中點(節(jié)點)上。兩葉輪之間、葉輪與墻板之間及葉輪與機殼之間，均需保持一定的間隙，一保證風機的政策運轉(zhuǎn)。如果間隙過大，則被壓縮機的氣體通過間隙的回流增加，影響風機的效率;如果間隙過小，由于熱膨脹可能導致葉輪與機殼或者葉輪相互之間產(chǎn)生碰撞，影響風機的正常工作。

　　羅茨風機間隙的調(diào)整方法如下：

　　1.葉輪與機殼之間的徑向間隙調(diào)整

　　軸承的原始徑向縫隙值都是根據(jù)軸承的精度等級確定的，如果發(fā)現(xiàn)葉輪外端與機殼摩擦時，將風機齒輪箱蓋拆除，松動風機兩端殼螺栓，取下定位銷。在傳動齒輪和另一端的皮帶輪(或聯(lián)軸器)上分貝上外徑表頭。用銅錘輕輕地對稱地擊打齒輪和另一端的皮帶輪(或聯(lián)軸器)每輕擊一次，用塞尺測量一次。反復進行，知道間隙符合要求為止，然后兩端殼螺栓對稱擰緊。

　　2.三角皮帶的調(diào)整

　　松開電機的緊固螺栓及兩個調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)電機與主機的前后相對位置，使皮帶輪前后對齊，稍稍擰緊四個緊固螺栓，調(diào)節(jié)風機與電極之間的螺栓，在相應調(diào)整電機外側(cè)的調(diào)節(jié)螺栓，是的在電機與主機平行的情況下緊皮帶。

羅茨風機葉輪熱膨脹：羅茨鼓風機葉輪與機殼間隙要適中

　　山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風機、羅茨鼓風機等機械設備公司，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)品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅(qū)羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。此類產(chǎn)品已廣泛應用于電力、污水處理、環(huán)保、化工、鋼鐵、建材、農(nóng)藥、制藥等行業(yè)。產(chǎn)品和服務遠銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。

　　羅茨風機工作原理：羅茨風機有兩個葉輪，在電機帶動下，兩個葉輪會相向轉(zhuǎn)動，當葉輪轉(zhuǎn)過進氣口之后，兩個葉輪和墻板及機殼之間會形成一個密封的腔室，葉輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，密封腔室里面的空氣會被壓入排氣口，如此反復經(jīng)過進氣口和排氣口，將外界空氣輸送至目的地。

　　羅茨鼓風機兩個葉輪之間及葉輪與機殼和兩端墻板之間均保持適當?shù)拈g隙,以使風機能夠正常運轉(zhuǎn)。如間隙過大,則氣體漏損量大,羅茨風機性能下降;反之,如間隙過小,因機殼與葉輪熱膨脹尺寸不同,在運轉(zhuǎn)中會發(fā)生設備事故,甚至發(fā)生爆炸事故，錦工風機提醒廣大同行及客戶務必注意轉(zhuǎn)子與機殼間隙。

　　羅茨風機的間隙有轉(zhuǎn)子與機殼之間的徑向間隙δ,轉(zhuǎn)子與前后墻板之間的軸向間隙δ1和δ2(δ1是指動力輸入端,δ2是指傳動齒輪端),以及兩轉(zhuǎn)子外表面之間的間隙δR1和δR2(當從風機出口觀察,若只看見從動轉(zhuǎn)子的頂部,而看不見主動轉(zhuǎn)子頂部時則為δR1;若只看見主動轉(zhuǎn)子的頂部時則為δR2)。軸承的好壞是保證轉(zhuǎn)子各間隙能否保持原狀的首要條件,而軸承的使用壽命在很大程度上取決于軸承的外密封裝置的密封效果是否良好,這是確定軸承完好的基本條件。在保證前兩項完好的條件下,風機的間隙,尤其是轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子外表面之間的間隙調(diào)整正確與否,是安裝維修好羅茨風機的關鍵，正是這樣的對細節(jié)精益求精的不懈追求就，才成就了錦工風機壽命長的經(jīng)典神話

　　滾動軸承的原始徑向游隙是根據(jù)軸承的精度等級確定的,內(nèi)徑為50～200mm的軸承的徑向游隙值在0.03～0.10mm之間。為了避免轉(zhuǎn)子與機殼的摩擦,常取δr=0.25～0.70mm,或按風機制造廠說明書規(guī)定進行調(diào)節(jié)。

　　由于一般羅茨風機的葉輪安裝都是一端采用自動調(diào)心型軸承,另一端采用外圈無擋邊的滾子軸承,因此葉輪與前后墻板之間軸向間隙的調(diào)節(jié),實質(zhì)上就是通過調(diào)節(jié)雙列調(diào)心軸承的軸向位置來實現(xiàn)的。安裝時,雙列調(diào)心軸承內(nèi)外圈的壓蓋和襯套都必須嚴格地用螺栓緊固。雙列調(diào)心軸承的磨損會引起葉輪軸向竄動,為使轉(zhuǎn)子不至于與前后墻板摩擦,其間隙δx1和δx2一般要通過計算來確定。

　　轉(zhuǎn)子外表面為漸開線曲面(或其它共軛曲面),故在運轉(zhuǎn)過程中與漸開線齒輪相似,這就是能使兩轉(zhuǎn)子所有嚙合公法線上的間隙δR調(diào)成為同一值的道理。δR就是轉(zhuǎn)子嚙合間隙。

　　當轉(zhuǎn)子處在與水平線成45°的位置時,兩轉(zhuǎn)子的嚙合點正好落在兩轉(zhuǎn)子連線的中點(即節(jié)點),此處磨損最小(理論上節(jié)點處是不磨損的),故應在轉(zhuǎn)子處于45°時測量δR值,轉(zhuǎn)子共有4對嚙合表面,故應測4點葉輪靜態(tài)間隙δR的合理調(diào)整應通過軸的扭轉(zhuǎn)變形計算來確定,使風機運轉(zhuǎn)后的動態(tài)δR1比δR2小0.15～0.20mm為宜(此值未考慮齒輪磨損時對δR的影響)。必要時也可以用極限調(diào)整法,其過程如下:

　　在保證盤車自如的前提下,盡可能調(diào)小間隙δR,δR1的最小靜態(tài)調(diào)整值以取0.25～0.35mm為宜,δR1調(diào)得越小,其檢修周期越長。轉(zhuǎn)子的兩個δR1與兩個δR2間隙的總和為定值,其值的一半通常為0.6～1.0mm,這是考慮葉輪的熱膨脹量和齒輪側(cè)隙確定的。因此,葉輪間隙的調(diào)整,實質(zhì)就是如何分配總和值于δR1和δR2。

　　對錦工風機使用的排風量9.6m3/min、功率15kW的JGR125-5B風機計算如下:靜態(tài)葉輪間隙δR1+δR2≈1mm,軸的扭轉(zhuǎn)變形使間隙變化值δ為:δ=0.5d·φ,式中:d為葉輪的節(jié)圓直徑,φ為軸的扭轉(zhuǎn)角,φ=1.2PL/nD4,其中,P為傳動功率,kW;n為轉(zhuǎn)速,r/min;D為傳動軸直徑,cm;L為軸的計算長度,cm。經(jīng)計算δ≈12mm,所以運轉(zhuǎn)時動態(tài)δ動1=δR1+0.12mm;動態(tài)δ動2=δR2-0.12mm。若要求δ動2-δ動1=0.1mm(0.1為考慮齒輪磨損對葉輪間隙的影響),則(δR2-0.12mm)-(δR1+0.12mm)=0.1mm,即δR1=0.33mm,此值即為δR1的靜態(tài)調(diào)整值。

　　調(diào)整葉輪間隙時應以調(diào)整靜態(tài)δR2為主,定期檢查δR2的值是避免轉(zhuǎn)子發(fā)生碰撞、延錦工機使用壽命的措施。

　　葉輪工作時,是由一對漸開線齒輪傳動的,因此傳動齒輪的側(cè)隙直接影響葉輪的正常運轉(zhuǎn)。理論和實踐都證明,當齒輪副的輪齒側(cè)隙接近兩葉輪外表面之間的最小間隙時,兩葉輪就會發(fā)生撞擊現(xiàn)象。因此,羅茨風機的齒輪副應具有較小的齒輪裝配側(cè)隙,對于傳動齒輪的制造與安裝均有較高的要求。

　　幾年來,錦工風機工作人員按以上的間隙調(diào)整法維修羅茨鼓風機后,風機使用壽命顯著延長,除了定期更換軸承及定期檢測風機各間隙外,幾乎沒有出過機械方面的故障。根據(jù)錦工風機情況,軸承使用1.0～1.5萬h后要予以更換,而齒輪的側(cè)隙數(shù)據(jù)接近兩葉輪外面之間的最小間隙時則要更換。

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