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罗茨鼓风机转子技术的发展及研究现状

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三叶罗茨风机

罗茨鼓风机的转子都是两叶的,近年来,为降低流量脉动和冲击噪声,国内外相继发展推出了三叶-直叶型、三叶-扭叶型罗茨鼓风机。在转速相同的情况下,二叶罗茨风机均压过程的压力脉动剧烈强度大于三叶罗茨风机。三叶转子罗茨鼓风机特别是扭叶型的由于噪声和动平衡性能较好。在汽车机械增压上的应用越来越多。

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四叶罗茨风机的研究

随着罗茨鼓风机的发展,国外和国内相继出现了四叶转子的研究,用一个简单的设计方法增加罗茨风机旋转叶片泵的使用寿命。这种方法就是增加罗茨风机转子的翼数,即增加叶片数。该研究指出罗茨风机采用四叶转子,不仅能增加叶片泵的紧密性,增大输出流量、降低噪音,还能有效延长叶片泵的使用寿命。但是随着叶片数的增加,其加工的复杂性增加,加工效率大大降低,从综合成本上来说,四叶转子不如三叶转子性价比高。

风机转子型线

罗茨鼓风机转子型线可使用圆弧、渐开线、摆线及其组合作为理论型线。罗茨鼓风机的叶型设计目前仍处在研究和发展之中,已有许多文献有过相关报道,比如:罗茨真空泵的转子型线可用“圆弧-摆线-渐开线”型代替“圆弧-渐开线”型。改变之后,抽气效率提高了,转子顶部抗腐蚀性增强了,工艺性能更好了。传统的渐开线型转子存在型线干涉及面积利用系数降低等问题,因此,可以对其进行改造,以克服型线干涉及提高面积利用系数。也可以利用CAD、CAM技术对三叶渐开线转子型线进行修正。将转子的压力角适当减小,齿顶半径适当增大,对型线进行这种修正的目的是为了增大面积利用系数。可以根据研究渐开线齿轮的方法来研究渐开线转子。

如何对渐开线线型部分建模也是国外研究的重点。一种新方法就是对共轭齿轮齿型渐开线部分中的齿轮齿面进行离散化。将实际的齿面看作是由较小的局部渐开线组成的。由于其简单性,这种方法的速度超过了标准理论,并且可以应用到齿型几何的迭代计算,比如齿轮的优化。

渐开线型齿轮与摆线型相比,其优势在于中心距的变化不会引起传输误差。但是在实际设计和轴承接触与传输误差的测试中显示需要对渐开线齿轮进行修正,特别是渐开线斜齿轮,因此提出了修正渐开线齿轮计算机设计、生成以及应力分析的有限元方法应用的新方法。圆弧是罗茨风机转子设计中大量应用的曲线元。一段圆弧+圆弧包络线型罗茨转子型线的容积利用系数在0.311-0.585之间。两段圆弧+圆弧包络线型罗茨转子型线的容积利用系数随峰顶系数的变化有所不同,在同一形状系数下,峰顶系数越小,容积利用系数越大,当其值为0.1时,其容积利用系数在0.321-0.656之间。

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