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罗茨鼓风机三叶转子与二叶转子性能比较

发布时间：2009/10/24 阅读次数：2066 字体大小: 【小】【中】【大】

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　　图 3 是根据文献 [1] 所提供计算叶轮断面面积的公式 (1),(2) 作出圆弧线叶型的面积利用系数曲线图。可以看出，三叶圆弧叶型的面积利用系数始终比二叶的大，而且随着径距比的增大而逐渐加大。Z=3 时

　　对于渐开线型的叶轮，由于面积利用系数和叶轮的头数没有关系，也就是在选用渐开线叶轮的时候，二叶和三叶的罗茨鼓风机在主要参数相同的时候其排量是相同的。

　　通过上面的论述，在叶型选取适当的时候，三叶的比二叶的理论输气量更大。所以说文献 [3-4] 讲的三叶是以牺牲了基元单元的容积来降低了它的噪声，这句话是不恰当的，三叶的在降低噪声的同时并没有降低了它的排量，这正是三叶转子其中之一的优势。

1.2 噪声及振动大小的比较

　　罗茨鼓风机在工作过程中，气体逆流压缩产生强烈的空气冲击动力噪声，为了减少这种噪声，在不改变整个有效容积的情况下，减少单个有效容积 V 的体积，从而减少霍而姆共振效应，达到减小噪声的目的。将二叶型变为三叶型，从而将有效容积从两等分变为三等分，减少了输出气流压力的脉动，而且排气腔部分体积通过叶轮间隙回流到进气腔的气体流量减少，气体的扰动减小，气体的脉动压力减小，从而使鼓风机的振动减少。压力脉动是罗茨鼓风机的主要噪声源，三叶式鼓风机能有效地降低噪声达 5dB 。

　　为了进一步减少罗茨鼓风机的噪声，对于三叶的叶型可以采用扭叶型，如图 4 所示。这种结构不仅可以进一步扩大鼓风机的基元容积，而且可以进一步减小罗茨鼓风机的噪声。当罗茨鼓风机的叶轮扭转角为 60 °时，其理论流量为定值，不匀度为零［１］；另一方面扭叶结构还可以延缓回流过程，降低排气脉动。由于受到内泄漏的影响，其进气流量总有一些脉动，但要比三叶直叶的要小。扭叶型的罗茨鼓风机的排气脉动要比直叶型的小一些，三叶直叶型的排气脉动也比二叶的要小，但差别不是太明显。二叶的转子不可能利用扭叶这种形式，因为如果二叶的采用扭叶的话，其扭转角要取 270 °，在保证叶轮正常啮合的情况下，这种结构是不可能实现的。而三叶的扭叶转子，只需其包容角不小于 180 °，即可以满足要求 [1]。

1.3 内泄漏的比较

　　在间隙大小及工作条件相同的情况下，三叶鼓风机的内泄漏流量往往比二叶的小一点。基元容积 V 处于泄漏间隙与进气口之间，对内泄漏流动具有一定的阻隔作用。对二叶鼓风机而言，容积 V 只在微小的角度范围内保持封闭状态，阻隔作用不大。三叶鼓风机的基本容积至少有 60 °的封闭旋转过程，阻隔效果显著一些，可以提高鼓风机的容积效率。采用三叶转子及逆流冷却的鼓风机，封闭容积内的气体处于吸排气的中间压力，这样通过叶轮顶端及端面的泄漏就不是从排气压力直接到吸气压力。对三叶扭叶转子，当排气口呈对角线布置时，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，在与排气口连通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，这样就比二叶转子在同样条件下的直接泄漏量还要小，容积比能也相应降低 [5]。

1.4 转子力学性能比较

　　由于三叶叶轮和二叶的在叶型结构上存在的的差异，在一般情况下，三叶转子的力学性能要好于二叶的。在叶轮大小和气体压差相同的情况下，三叶转子承受的最大的合力要比二叶转子的小，大概是二叶转子的 80% [1]。三叶转子本身结构的刚性就比二叶的好，而且在中心距、叶轮半径和叶轮长度相同，所用材料也相同的情况下，三叶的质量要比二叶的稍微轻点。所以三叶转子在保证叶轮和外壳的间隙及叶轮间的间隙方面，更具有优势。

1.5 三叶罗茨鼓风机在汽车上的应用

　　现在罗茨鼓风机在汽车上的应用也越来越广泛。图 5 是机械增压器的部分剖视图，可以看出它就是一个小型的罗茨鼓风机。在汽车上所应用的罗茨增压器要求的增压不是很大，但转速提高了很多，最高可以达到 20000r/min ，而且要求质量轻，体积小，最重要的就是噪声不能太大。三叶扭叶转子罗茨鼓风机和二叶的相比由于其噪声较低，转动也相对的平稳，在机械增压器上获得了广泛的应用。

2　结论

　　（1）在中心距和外圆半径相同的情况下，圆弧叶型的三叶转子罗茨鼓风机比两叶的排量要大。渐开线叶型罗茨鼓风机的排量和转子的头数没有关系。

　　（2）三叶转子罗茨鼓风机的振动和噪声比二叶的小，在三叶转子上使用的轴承的寿命比在二叶上使用的长 15% 左右。而且三叶转子可以采用扭叶转子来降低其噪声和振动，二叶转子由于结构上的限制不能采用扭叶结构。

　　（3）三叶转子的力学性能较好，相比于二叶的可更好地保证叶轮之间及其叶轮和机壳的间隙。

　　（4）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。

随着机械加工技术的发展，批量的生产三叶直叶转子已经不是难题。扭叶型的转子在数控机床上加工的效率也越来越高。由于三叶转子鼓风机相对于二叶的优势较明显，其应用会更加的广泛。

参考文献

[1] 苏春模 . 罗茨鼓风机及其应用 [M]. 长沙 : 中南大学出版社， 1999.

[2] 沙毅 . 泵与风机 [M]. 合肥 : 中国科学技术出版社，2005.

[3] 张一健 . 罗茨鼓风机创新结构设计及噪声治理[J]. 通用机械 , 2007（3）：77-81.

[4] 张一健 . 二叶与三叶罗茨鼓风机的性价比及结构创新[J]. 风机技术 , 2006（4）:49-53.

[5] 刘厚根 . RE150 型扭叶罗茨鼓风机的研究 [J]. 风机技术 , 2004(4): 30-32.

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