螺杆压缩机综述

一、概述及发展

螺杆空气压缩机具有结构简单、工作可靠及操作方便等一系列独特的优点,因而自诞生之日起就受到工业界的广泛重视。经过多年的发展,螺杆空压机在1"60M3/MIN的流量和小于等于20Barg的压力范围内得到广泛应用,在欧、美、日等西方经济发达地区的占有率已经接近100%(几乎完全取代活塞式空气压缩机),而其中的99%以上是双螺杆空气压缩机

二、螺杆空气压缩机的分类

1、按螺杆的数目分为双螺杆空压机和单螺杆空压机

2、按压缩过程中是否有润滑油参与分为无油螺杆空压机和喷油螺杆空压机。

三、双螺杆空压机原理简介

双螺杆空压机诞生于20世纪30年代。它由一对平行布置、相互啮合的转子组成。工作时,一个转子按顺时针转动,一个转子按逆时针转动,在相互啮合的过程中,空气被压缩到所需要的压力。双螺杆压缩机具有极高的机械可靠性和优良的动力平衡性,操作及维修亦十分方便,自问世之日起即引起工业界极大的关注。经过众多的科研机构和制造企业的大量理论研究工作和生产实践,双螺杆压缩机于20世纪70年代已趋于成熟和完善,并获得了极大的市场成功,是目前市场中的主导产品。目前,国内外知名的压缩机生产企业生产的螺杆空压机均为双螺杆空气压缩机,而在市场中销售的螺杆空压机中,99%以上均为双螺杆空气压缩机。

四、单螺杆空压机简介

单螺杆空压机起源于20世纪60年代,从名字上看,该种压缩机的特征是只有一个螺杆转子。但实际上,单螺杆空压机却有三根旋转轴,即由一个螺杆转子和两个与螺杆转子垂直的行星齿轮组成。作为螺杆空压机家族的一员,单螺杆空压机具有和双螺杆空压机相似的优点,但由于存在以下几个在工业上难以解决的难题使得其一直没有得到大规模的推广。

1、运动部件较多:单螺杆空压机有三个旋转轴,而且螺杆和行星齿轮的刚性相差较大,运动中易变形不均匀,因而相互啮合精度难以保证,所以容积效率较低。在目前市场上销售的单螺杆压缩机中行星齿轮均采用非金属材料,耐磨性较差,在高速工作过程中,由于磨损较大,造成内泄漏增大,因而工作一段时间后流量有较大衰减,一般经过3000至4000小时的运转后,流量平均衰减5"10%。所以单螺杆空压机在工业应用中的经济性极差。加上变形的不均匀引起的啮合精度难以保证还会造成整机设备的机械稳定性降低,因而故障率高,维修率高,进一步限制了它的使用范围。

2、行星齿轮的材料有待进一步改善。行星齿轮作为单螺杆压缩机的核心部件之一,其主要作用是起密封作用。如果选用钢制的行星齿轮,由于钢材膨胀系数大,膨胀量大,所以必须在行星齿轮与螺杆间留较大的间隙,不但泄漏多,效率低,而且容易咬死造成重大故障:如果采用复合材料,虽然可以解决上述问题,但由于目前的复合材料强度低,耐磨性差,在运转过程中的剪切力和机械磨擦的作用下,不仅很快就会损坏,造成内部泄漏增大,效率下降,而且维修频繁,增大维护人员劳动强度和维修成本。如何尽快找到一种强度高、膨胀度小且耐磨的材料成为各厂家需要解决的又一大问题。然而,就目前材料科学的进展来看,短期内难以得到根本性的解决。

3、螺杆型线有待进一步的优化。由于以上两个问题的存在而且在可以预见的未来也没有很好的解决办法,从而限制了单螺杆空压机的推广。所以科研机构和各大型空压机制造企业在单螺杆型线的研究上的投入不大,也一直没有取得较大的进展。如何找到最佳的螺杆型线是大规模推广前的又一项重大工作。但由于市场前景较差,各主要厂家的投入也不大,所以短期内也难以有根本性的提高。

总的概括起来,就目前的技术发展看,双螺杆空压机不但在技术上是先进的,而且在实际应用中已经完全成熟,得到了广泛的应用。单螺杆空压机虽然在原理上有独特之处,但由于在一些决定性的因素上存在不足之处,因而仍处于实验过程中,其产品仍有待进一步完善,无法作为成熟产品在市场上大规模的推广应用。

一、力平衡方面

单螺杆压缩机:螺杆承受的径向和轴向气体力可以自动平衡,星轮齿承受气体力,要求星轮齿具有足够的强度和刚度。

双螺杆压缩机:螺杆转子承受较大的径向和轴向气体力,要求螺杆具有足够的强度和刚度。

二、制造成本方面

单螺杆压缩机:螺杆和星轮轴承可选用普通轴承,制造成本较低。

双螺杆压缩机:由于两螺杆转子负荷比较大,要求选用精度较高的轴承,制造成本较高。

三、可靠性方面

单螺杆压缩机:单螺杆压缩机的星轮是易损部件,除对星轮材料有较高要求外,星轮还需定期更换。

双螺杆压缩机:双螺杆压缩机中没有易损件,无故障运行时间可达 4 ~ 8 万小时。

四、效率方面

在新机状态下,单螺杆压缩机和双螺杆压缩机的效率基本相同。随着运行时间增加,单螺杆压缩机的星轮磨损将导致气量减少和效率降低。

五、噪音和振动方面

单螺杆压缩机和双螺杆压缩机的噪音和振动基本相同。

六、加工设备方面

单螺杆压缩机:没有成熟的专用加工设备,进而导致产品的性能不是很稳定。

双螺杆压缩机:已有成熟的螺杆专用铣床和磨床,可确保产品性能稳定。

七、操作和维护方面

单螺杆压缩机和双螺杆压缩机的日常操作和维护基本相同。

八、适用性方面

单螺杆压缩机:适合用于高排气压力的场合,如高压空气压缩机、制冷压缩机和天然气压缩机等。

双螺杆压缩机:由于受到转子刚度和轴承负荷等方面的限制,双螺杆压缩机只能适用于中、低压范围,如动力用空气压缩机、制冷压缩机和低压天然气压缩机等,排气压力一般不能超过4.5MPa

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