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涡旋压缩机具有压缩效率高、运行可靠性高、耗能低、噪音低、振动小、结构紧凑、零部件少等突出优点,逐渐被应用于各类压缩需求场合。与涡旋压缩机结构相似的涡旋膨胀机,由于能源危机以及雾霾、环境污染等问题的出现,逐渐被科研工作者关注,并在不同的领域有了越来越广泛的应用。本文在充分分析国内外涡旋压缩机、涡旋膨胀机以及涡旋压缩膨胀复合机的基础上,根据设计指标,设计了一台无油涡旋空气压缩膨胀一体机。在提供无油高压空气的同时,利用高能态废气回收能量,以减少系统功耗。主要的研究内容包括以下几项。1、根据系统设计要求,需要提供无油高压空气,而无油涡旋空气压缩机可以在不添加任何除油装置的情况下,可提供无油高压空气。因此,确定以涡旋机械为基础,完成了无油涡旋空气压缩膨胀一体机的方案,并确定基本原理和结构造型,采用涡旋压缩机与涡旋膨胀机共用一个动涡旋盘的结构,以减少能量转化环节,提高能量回收效率。2、根据涡旋压缩部分与涡旋膨胀部分的设计指标,涡旋压缩部分属于大排量、小压缩比的特性,利用双涡旋齿型线的优点,在相同盘径下,可获得大排量,而压缩比较小的特征,所以,涡旋压缩部分采用双涡旋齿型线;而涡旋膨胀部分受动涡旋盘结构影响,采用双涡旋线结构,将无法完成一个完整的膨胀过程,所以采用单涡旋齿结构。涡旋齿齿头型线的修正,对涡旋机械的性能有着至关重要的影响。合理的型线修正,可以提高涡旋机械的排量和压缩比或膨胀比。双涡旋齿头采用了目前通用的修正方法。单涡旋齿齿头通过分析对比PMP型线修正、PMP型线加直线修正以及异形修正,最后采用异形修正以降低涡旋膨胀机进气孔功率损耗。3、根据涡旋压缩部分和涡旋膨胀部分不同的设计原则,完成了无油涡旋空气压缩膨胀一体机的结构参数设计,并借助三维软件Solid works绘制了所有零件的三维造型图以及装配图,并将关键零件转化为二维机加工图纸。4、涡旋机械中,进气孔和排气孔的开设非常重要,其优化程度直接影响涡旋机械的运行状况。针对涡旋压缩和涡旋膨胀的不同特征,设计了满足各自需求的进气孔和排气孔。并对各自气流脉动情况进行了分析,以及膨胀进气孔功率损耗情况做进一步深入研究。