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羅茨轉(zhuǎn)子是氣體羅茨泵，羅茨鼓風機和羅茨流量計等儀器設(shè)備的核心部件，轉(zhuǎn)子型線設(shè)計得合理與否決定了儀器的性能。本文提出了一種新的羅茨型線，完成該型線的數(shù)學(xué)建模，通過C語言編程得到一系列的型線上的嚙合點的坐標，運用Solidworks得到完整的轉(zhuǎn)子型線。本文還對新的羅茨型線進行分析，并與傳統(tǒng)的羅茨型線進行比較，驗證新型羅茨型線的優(yōu)越性。
羅茨轉(zhuǎn)子是羅茨真空泵、羅茨鼓風機、羅茨壓縮機和羅茨流量計等一系列應(yīng)用羅茨原理工作的設(shè)備的核心部件。1854年，美籍以色列人Roots兩兄弟在旋轉(zhuǎn)鼓風機的基礎(chǔ)上發(fā)明了一種新型鼓風機，即用兩個葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對運動來壓縮和輸送氣體的回轉(zhuǎn)風機，為了紀念這個發(fā)明，所以將這種類型的風機按兩兄弟的名字命名為羅茨風機。1868年，德國的錦工(Aerzener) 機械公司在歐洲制造了第一臺羅茨風機并于1930年開始制造羅茨式氣量計。1954年，德國的Heraeus發(fā)明了羅茨真空泵。在中國，1957 年錦工鼓風機廠首先開始制造羅茨鼓風機。
羅茨轉(zhuǎn)子橫斷面的外輪廓稱為轉(zhuǎn)子的型線。目前常用的轉(zhuǎn)子型線主要有三類：漸開線型、圓弧型和擺線型。圓弧是在羅茨轉(zhuǎn)子設(shè)計中大量應(yīng)用的曲線元，俄國工程師A. M. 卡茲在著作中多次提到圓弧轉(zhuǎn)子型線。劉坤和巴德純在對圓弧型型線研究時，引入了形狀系數(shù)和峰頂系數(shù)，通過這兩個系數(shù)來體現(xiàn)容積利用率的不同。Chiu-Fan Hsieh對不同峰頂系數(shù)的羅茨進行比較，得出了性能較好的羅茨曲線。真空技術(shù)網(wǎng)(認為漸開線型轉(zhuǎn)子由圓弧和漸開線組成。圓弧型和擺線型由于面積利用系數(shù)低得不到廣泛的應(yīng)用。漸開線由于便于加工且密封性能好而被廣泛采用。
除傳統(tǒng)的擺線型轉(zhuǎn)子外，李建磊和葉仲和對內(nèi)外圓弧加擺線型的轉(zhuǎn)子進行研究。劉林林等則在傳統(tǒng)的漸開線基礎(chǔ)上加入擺線對轉(zhuǎn)子的性能進行了改進。劉玉岱提出通過“圓弧一擺線一漸開線”的線型減小轉(zhuǎn)子之間氣體泄露量的方法。
本文以基圓半徑為70mm的羅茨轉(zhuǎn)子為例，提出一種新型的羅茨流量計轉(zhuǎn)子型線，并對該型線進行公式推導(dǎo)，將型線方程化，從而可用該方法可得出一系列不同基圓的新型羅茨曲線，并在此基礎(chǔ)上研究了型線的嚙合特性和面積利用率。
本文以基圓半徑為70mm 的羅茨型線為例，圓心作為為原點。水平向左為X軸正方向，豎直向上為Y軸正方向。由于型線是上下左右對稱的，可以僅考慮第一象限的情況。新型羅茨轉(zhuǎn)子型線的原理如圖1 所示。對于第一象限的曲線可以把它分為兩部分，以45°角為分界線， 45°以前即AB段是由四段圓弧所組成，45°以后的BC段由漸開線組成，CD為圓弧段。
圖1 新型羅茨型線圖
在實際設(shè)計中選用轉(zhuǎn)子型線時，還應(yīng)考慮：轉(zhuǎn)子占的體積要小，轉(zhuǎn)子要有良好的幾何對稱性，轉(zhuǎn)子要有足夠的強度且應(yīng)該易加工。通過對羅茨型線的調(diào)研和研究，得到了一個系列的圓與圓的漸開線的組合的羅茨型線的分段公式。編程得到整體型線上的各個點坐標。通過對該組合型線的連續(xù)性及面積利用率進行分析，得到該型線具有良好的連續(xù)光滑性，且面積利用率比傳統(tǒng)的漸開線型轉(zhuǎn)子高。
羅茨風機葉輪封閉式與半開式的優(yōu)缺點 羅茨風機閉式葉輪與半開式葉輪優(yōu)缺點對比，羅茨鼓風機半開式葉輪與閉式葉輪是常見的葉輪形式，其中半開式葉輪由輪盤以及葉片兩部分組成，閉式葉輪相對半開式葉輪多了輪盤結(jié)構(gòu)。
半開式葉輪的優(yōu)點：①異樣的葉輪線速度之下，半開式的應(yīng)力比閉式的小，是以其容許的線速度比閉式的更高，單級壓力比可以比閉式的更高。②制作工藝比擬簡略。
半開式葉輪的缺點：①半開式葉輪需以后方殼體取代;輪蓋;對流道起合圍感化，因葉片頂部與機殼之間存在間隙，葉頂雙側(cè)壓差將招致間隙中發(fā)生潛流，從而發(fā)生附加的潛流喪失，降低了葉輪的效力。②轉(zhuǎn)子軸向位移量非常敏感，具有不可控性，使其運轉(zhuǎn)靠得住性比閉式葉輪要差。
閉式葉輪的優(yōu)點：①在異樣的葉片型式及負荷條件下，效力高于半開式1-3%；②轉(zhuǎn)子軸位移的可控性、靠得住性比半開式葉輪要好。
閉式葉輪的缺點：①制作工藝比擬繁雜；②與半開式葉輪比擬，容許的線速度絕對較低，單級壓力比遭到必定限定。
閉式葉輪效力較高，軸位移平穩(wěn)性好，但制作工藝繁雜；半開式葉輪效力較低，葉頂間隙對軸位移的變更比較敏感，但制作起來簡略。實際上也只有單級高速鼓風機、齒式壓縮機采用半開式葉輪，單軸多級布局是很難同時節(jié)制好各級半開式葉輪頂端間隙的。
羅茨鼓風機結(jié)構(gòu)中閉式葉輪與半開式葉輪優(yōu)缺點對比，三葉羅茨鼓風機半開式葉輪線速度小，單級壓力比閉式的更高，制作工藝也更簡單，閉式葉輪軸位移可控性、穩(wěn)定性比半開式葉輪要更好。通常情況下，單級高速離心風機、齒式壓縮機采用半開式葉輪，其它類型風機多采用閉式葉輪。
一、三葉羅茨風機設(shè)計制造中采用的標準
1.1材料標準：擇優(yōu)選用國標、部標、行業(yè)標準。對國外引進的材料，參照國標
標準或引進國外標準。
1.2產(chǎn)品設(shè)計、制造、試驗和驗收符合ISO1217～1996《容積式壓縮機-驗收試驗》，
JISB8341-1995《容積式壓縮機-試驗和檢查方法》，JB/T 8941.1-1999 《一般用途羅茨鼓風機技術(shù)條件》， JB /T 8941.2-1999 《一般用途羅茨鼓風機性能試驗方法》 標準的規(guī)定。
1.3電動機：參照JB3074 Y系列三相異步電動機技術(shù)條件 1.4油系統(tǒng)：參照國家標準、部標及廠標 1.5聯(lián)軸器/皮帶輪：參照行業(yè)標準
1.6噪聲標準：參照GB/T2888-91 風機和羅茨鼓風機噪聲測試方法 1.7轉(zhuǎn)子動平衡試驗標準：參照AP1672-88等有關(guān)標準及廠標
二、★機組的性能保證：
2.1鼓風機整機的設(shè)計使用壽命不少于10年。 2.2葉輪的設(shè)計使用壽命不少于60000小時， 2.3軸承的設(shè)計使用壽命不少于30000小時 2.4齒輪的設(shè)計使用壽命不少于60000小時 2.5機組質(zhì)量保證期為交貨后12個月 .
2.6鼓風機保證達到要求的流量和壓力，所消耗的功率嚴格執(zhí)行標準規(guī)定。 2.7鼓風機振動值: 兩端軸徑向值控制為小于0.04mm，徑向水平控制為小于0.02mm，軸向控制為小于0.02mm。 三、技術(shù)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)特點
3.1 機組布置：鼓風機＋電機（機組為單層布置）
3.2. 機組的結(jié)構(gòu)特點 3.2.1 形式：三葉羅茨鼓風機 3.2.2 驅(qū)動機形式：三相異步電機
3.2.3 轉(zhuǎn)子：葉輪超速試驗轉(zhuǎn)速為1.15倍的工作轉(zhuǎn)速
3.2.4★氣密封裝置：采用非接觸式迷宮密封，使高壓氣體的泄漏減至最小。 3.2.5★油密封裝置：潤滑油的密封均采用骨架式橡膠油封，安裝在主動軸承蓋
內(nèi)，數(shù)量為每臺一件。油封使軸承的潤滑油不向機殼內(nèi)腔和鼓風機外部泄漏，從而保證了鼓風機輸送介質(zhì)中不含油。 3.2.6軸承形式：雙列角接觸球軸承
單列圓柱滾子軸承 深溝球軸承
3.2.7★齒輪采用直齒面，材料采用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)滲碳淬火后，磨削加工，
精度高，使用壽命長，機械噪音更低。
3.2.8鼓風機的進口和出口帶有對應(yīng)的大小法蘭、螺栓、螺母、墊片 3.3 技術(shù)性能要求
3.3.1 所有羅茨風機均配帶底座，將羅茨風機和電機組裝在同一底座上。 3.3.2鼓風機帶有底座，包括地腳螺栓
3.4.1 旋向：面向風機帶輪（聯(lián)軸器），左側(cè)逆時針方向旋轉(zhuǎn)為正方向；右側(cè)順
時針方向旋轉(zhuǎn)為正方向。所有羅茨風機附件包括底座、傳動裝置、進出口消音器、壓力表、安全閥、撓性接頭、止回閥、減震墊、地腳螺栓及其連接件等。
3.4.2 采用三葉輪及帶螺旋線形的箱體，2根平行的軸上設(shè)有三葉形葉輪，葉輪
與橢圓形機箱內(nèi)孔面及各葉輪三者之間始終保持微小的間隙，各支葉輪始終由同步直齒輪保持正確的相位，不會出現(xiàn)相互碰觸現(xiàn)象。
3.4.3葉輪為球墨鑄鐵QT500-7、軸為45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼。葉輪型線為復(fù)合型，運
轉(zhuǎn)時泄漏更少。軸在冷狀態(tài)時，葉輪內(nèi)徑過盈0.04mm再經(jīng)加熱后，經(jīng)液壓裝置緩慢的壓到固位置，再經(jīng)本廠專利技術(shù)鎖緊。在高速運轉(zhuǎn)時軸與葉輪間保持著過盈0.01mm,使葉軸在高速運轉(zhuǎn)時不松動。
3.4.4 ★鼓風機同步齒輪采用直齒輪結(jié)構(gòu)，傳動平穩(wěn)，浸油潤滑，噪聲更低。 3.4.5 鼓風機一端軸承采用飛濺潤滑，另一端軸承采用黃油潤滑。雙油箱的風機
兩端均采用飛濺潤滑。
3.4.6 羅茨鼓風機冷卻方式為水冷卻/空冷卻，傳動方式為直聯(lián)傳動/皮帶輪，風
機為單級風機。
3.4.7 電動機與鼓風機的機構(gòu)特征、工作條件、環(huán)境條件相適應(yīng)，電機的絕緣等
級為F級，防護等級為IP54, 380V,50HZ。
3.4.8 ★本機組可遠距離操作，在規(guī)定的運行范圍限額內(nèi)，也可設(shè)計成連續(xù)無人
值班運行。 3.4.9 潤滑油規(guī)格
齒輪潤滑油牌號：N220
軸承潤滑油牌號：鋰基潤滑脂 ZL-3 3．5 其它配套件
3.5.1 空氣濾清器：為氣體過濾器，使進入風機前的氣體進行過濾，從而保證干
凈的空氣進入鼓風機，過濾器采用Q235鋼制造。
3.5.2 進口消音器：采用阻尼式消聲器，主要是消除鼓風機進口氣流噪聲的裝置，
由外筒、內(nèi)筒、法蘭等焊接而成，內(nèi)外筒之間放入吸聲材料，使該裝置重量輕、阻力小、消聲效果好。消聲器由Q235鋼制造。
3.5.3 出口消音器：主要消除鼓風機出口氣流噪聲，消聲頻帶寬，消聲效果好。
消聲器由Q235鋼制造。
3.5.4 安全閥：系統(tǒng)上的一個保險裝置，當系統(tǒng)工作狀況異常，阻力高于額定值
時，安全閥開啟，將氣體從安全閥排出，防止風機和電動機過載。 3.5.5 止回閥：用以防止停機時系統(tǒng)高壓氣體倒流，使鼓風機轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，發(fā)生故
障，同時防止系統(tǒng)灰塵倒流。閥體為Q235。
3.5.6 彈性接頭：由橡膠鋼骨架壓合而成，有良好的減振和隔音效果。 3.5.7 隔振墊：能起到良好減振效果。
3.5.8 壓力表：為每臺鼓風機提供一個排氣壓力表，安裝在排氣管上。 四、檢驗和試驗
4.1 ★葉輪部件100%進行動平衡試驗，動平衡精度 ≥G2.5級。 4.2 主要零部件的制造和裝配間隙應(yīng)符合圖紙和技術(shù)文件的規(guī)定。
4.3 鼓風機在出廠前進行運轉(zhuǎn)試驗，運轉(zhuǎn)試驗正常的情況下再進行額定工況下連
續(xù)運轉(zhuǎn)2小時的運行試驗。試驗合格后不再進行解體檢查，用封條封嚴進排氣口，防止雜質(zhì)進入機體內(nèi)。由質(zhì)檢部門檢驗合格，并簽署產(chǎn)品合格證后方可出廠。
4.4 機組在現(xiàn)場安裝調(diào)試時，應(yīng)用戶要求制造廠可派人到現(xiàn)場進行技術(shù)服務(wù)（國內(nèi)）。
4.5 鼓風機在制造廠進行運轉(zhuǎn)試驗時，應(yīng)用戶要求需要，可派專業(yè)人員到制造廠
參加調(diào)試驗收。
4.6 檢驗：在制造廠進行下列檢驗
項 目
化學(xué)
成分
機械
性能 磁粉
探傷 著色
水壓
試驗 尺寸
檢查 組裝
檢查 外觀
檢查 殼體 √ √ √ √ √ 主軸 √ √ √ √ √ √ 葉輪 √ √ √ √ √ 軸承 √ √ √ 鼓風機組裝
4.7 機械運轉(zhuǎn)試車
出廠前，鼓風機在制造廠內(nèi)進行機械運轉(zhuǎn)試車。試車是在工作轉(zhuǎn)速下連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)4小時。 4.8 現(xiàn)場試車
4.8.1機組在現(xiàn)場安裝時，制造廠派人到現(xiàn)場進行安裝工作的交底和指導(dǎo)。 4.8.2現(xiàn)場試車期間，制造廠派人到現(xiàn)場服務(wù)。在現(xiàn)場進行機組潤滑油系統(tǒng)的試
運行和調(diào)試，包括確認各種閥門和儀表的最終態(tài)整定值，并在工作轉(zhuǎn)速下連續(xù)運轉(zhuǎn)1小時，負荷試運12小時
中華人民共和 國國家標準
GB/T2888一91
風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法
代替GB2888-82
Methodsofnoisemeasurementforfans,
blowerscompressorsandRootsblowers
1 主題內(nèi)容與適用范圍
本標準規(guī)定了A聲級和聲壓級的噪聲測量方法，同時也規(guī)定了聲功率級的噪聲測量方法。
本標準適用于一般型式的通風機、透平鼓風機、透平壓縮機(以下簡稱風機)和羅茨鼓風機的噪聲測
量。
2 弓!用標準
GB1236通風機空氣動力性能試驗方法
GB3947聲學(xué)名詞術(shù)語
GB10178 通風機現(xiàn)場試驗
JB3165離心和軸流式鼓風機壓縮機熱力性能試驗
ZBJ72031 一般用途羅茨鼓風機性能試驗方法
3 術(shù)語、符號、代號
3.1 A聲級
用聲級計或用與此等效的測量儀器，經(jīng)過A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)指出的噪聲級稱為A聲級，用t、表示。單位
為分貝，單位符號dB，本標準為明確以A特性計權(quán)用dB(A)表示。
32 聲源
風機及羅茨鼓風機機殼、進氣日、出氣日等產(chǎn)生的噪聲源，其具體聲源部位如下:
a. 敞開于大氣無外接管道的通風機進氣[1(圖1);
注:買 標準聲源。
國家技術(shù)監(jiān)餐局1991一們一06批準 1992一08一01實施
Gs/T2888一91
b. 敞開于大氣無外接管道的通風機出氣口(圖2);
c. 進氣 口和出氣 口均接管道的通風機機殼(圖3);
圖 3
d.透平鼓風機和透平壓縮機機殼(圖4);
珍 曰
e. 羅茨鼓風機機亮(圖5、圖6)。 ! 圖4
Gs/T2888一91
圖 5
圖6
3.3 標準聲源
在測量頻率范圍內(nèi)輸出非常穩(wěn)定，具有良好的全指向性并在消聲室或混響室校正了的聲源為標準
聲源。
3.4 標準長度
噪聲測點到聲源點的距離，測量風機進、出氣口噪聲時，當葉輪直徑小于或等于1m時，取標準長
度為Im;當葉輪直徑大于1m時，取標準長度等于葉輪直徑。標準長度用L表示。
測量風機和羅茨鼓風機機殼噪聲時，標準長度取1m,
3.5 測量值
對聲級計的讀數(shù)作了背景噪聲修正后的值。
3.6 假定聲源表面
包括聲源在內(nèi)，以地面結(jié)束的最一{假定長方體表面。風機及羅茨鼓風機的主體視為聲源的凸起物，
全部包括在內(nèi)。
3.2 半自由場
可設(shè)置聲源，有一個反射面的聲場。
4 測f項 目
在規(guī)定的運轉(zhuǎn)條件下，測量風機及羅茨鼓風機周圍的A聲級及頗帶聲壓級。
GB/T2888一91
5 測f條件
5.，測t環(huán)境
5.1門 測量場所
測量場所，應(yīng)盡量選用除地面外無反射條件的場所，且應(yīng)使測量的風機及羅茨鼓風機處于運轉(zhuǎn)狀
態(tài)，測點至聲源點間的距離為1倍和2倍標準長度時，其A聲級的差值應(yīng)不小于5dB(A).
如不能滿足上述條件時，測量場所狀態(tài)(室內(nèi)尺寸、裝置尺寸、配置、聲場測量結(jié)果)應(yīng)作記錄
5.1.2 背景噪聲
測量地點應(yīng)避免背景噪聲影響，背景A聲級和倍頻帶聲壓級應(yīng)比被測機器至少低10dB。當二者差
值在4^-9dB時，應(yīng)按表 1修正。
表 1
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羅茨鼓風機規(guī)范和技術(shù)指標
羅茨風機為啟東啟東錦工機械有限公司主要生產(chǎn)產(chǎn)品，我公司生產(chǎn)的羅茨鼓風機質(zhì)優(yōu)價廉，深受新老客戶的關(guān)注和新人，下面為大家接受下羅茨鼓風機主要的技術(shù)規(guī)范和指標
《一般用途羅茨風機第1部分：技術(shù)條件》 JB/T8941.1-1999
《一般用途羅茨風機第2部分：性能試驗方法》 JB/T8941.2-1999
《風機和羅茨風機術(shù)語》 JB/T2977-1992
《風機用鑄鐵件技術(shù)條件》 JB/T 6887-2004
《風機用鑄鋼件技術(shù)條件》 JB/T 6888-2004
《風機用消聲器技術(shù)條件》 JB/T6891-1993
《風機和羅茨風機噪聲測定方法》 GB/T2888-1991
3.1.2 對外接口法蘭應(yīng)于下列法蘭標準匹配：
JB/T74—94《管路法蘭 技術(shù)條件》JB/T75—94《管路 法蘭類型》JB/T81—94《凸面板式平焊鋼制管法蘭》
所有風機應(yīng)保證在工作曲線下正常運行。
性能及結(jié)構(gòu)
要求無混油，可獲得清潔氣體，不產(chǎn)生油煙霧所造成的空氣污染。
葉輪和軸為整體結(jié)構(gòu)，且葉輪無磨損。
高速率，且結(jié)構(gòu)緊湊。
油裝置，不產(chǎn)生漏油的現(xiàn)象，且為非水冷型。
2根相平行的軸上設(shè)有2個三葉型葉輪，葉輪與橢圓形機箱內(nèi)孔面及各葉輪三者之間始終保持微小的間隙，各支葉輪始終由同步齒輪保持正確的相位，不應(yīng)出現(xiàn)互相碰觸現(xiàn)象。
羅茨風機能自身消除回流脈沖沖擊。有預(yù)進氣管道，通過降低回流脈沖來減少噪音，同時保護風機自身和送風管道。
羅茨鼓風機的噪音（包括電動機）應(yīng)按GB/T2888的測量方法，噪音低于85dB(A)。
羅茨風機進口安裝風機過濾罩，并達到如下要求：對>10微米的灰塵的去除率>90%。
出口安裝可靠性高的止回閥，避免風機停機時風管倒流引起風機反轉(zhuǎn)損害設(shè)備。
風機安裝安全閥，避免風壓過高造成設(shè)備損壞。
風機出口和風管采用柔性連接，保證風機不受風管空氣流動等產(chǎn)生震動影響風機運行。
風機、電機，排氣閥，潤滑系統(tǒng)，過濾器，測量儀器和控制設(shè)備應(yīng)保證零部件的配套性。
風機效率在十年內(nèi)不變，能保證標書要求的電耗及供風量。
過濾消聲器：此消聲器應(yīng)由進氣側(cè)消聲器和進氣過濾組成。過濾材質(zhì)應(yīng)可以清洗或更換。
通過真空壓力表監(jiān)測過濾材料使用情況，以便及時更換。
連接套管：應(yīng)包括壓力閥（防止鼓風機過載）。逆止風門片（防止停機后風機逆向運轉(zhuǎn)）。排氣側(cè)風管通過撓性接頭或補償器與主體設(shè)備相連。
鼓風機與電動機通過三角皮帶輪連接或直接用聯(lián)軸器連結(jié)，并置于共同的底座上，每天24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)。出風管的出氣口方向為水平位置，其配管法蘭應(yīng)按ISO標準PN1.0為準。
鼓風機轉(zhuǎn)子兩端支撐軸承采用滾動軸承結(jié)構(gòu)，軸承的潤滑采用油潤滑。消聲器：應(yīng)采用在鋼制筒體內(nèi)裝入玻璃纖維等吸音材料的型式，消聲器的損失150mmH2O，并有明顯的消聲效果。
羅茨鼓風機及其應(yīng)用柴油羅茨鼓風機山東章丘羅茨鼓風機廠
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周凱,陸啟建;一種新型計算機數(shù)控系統(tǒng)[J];制造技術(shù)與機床;1997年08期
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