提起螺杆压缩机,很多人都只是一知半解:
有人说单螺杆好,噪声低;
有人说双螺杆好,气源稳定;
有人说螺杆压缩机更节能高效。
到底螺杆压缩机是什么结构,
它是怎么工作的,
单、双螺杆该怎么选呢?
螺杆压缩机的历史
■1934年瑞典皇家凤凰快3教授Lysholm(里斯曼)发明首台双螺杆式气体压缩机。
■从60年代开始,喷油双螺杆机组应用于制冷机组。瑞典SRM公司(双螺杆)首先发明双边不对称型线螺杆,使螺杆机效率大大提高。
■1960年法国人Zimmern(辛麦恩)(单螺杆)发明单螺杆的新结构。1962年试制出首台样机。
■70年代初,荷兰GRASSO(格拉索)制成首台单螺杆制冷压缩机。
■1972年,日本开始生产单螺杆空气压缩机。
■1982年,开始生产单螺杆制冷压缩机。
螺杆空压机的工作原理
螺杆式压缩机汽缸内装有一对互相啮合的螺旋形阴阳转子,两转子都有几个凹形齿,两者互相反向旋转。转子之间和机壳与转子之间的间隙仅为5~10丝,主转子(又称阳转子或凸转子),通过由发动机或电动机驱动(多数为电动机驱动),另一转子(又称阴转子或凹转子)是由主转子通过喷油形成的油膜进行驱动,或由主转子端和凹转子端的同步齿轮驱动。所以驱动中没有金属接触(理论上)。转子的长度和直径决定压缩机排气量(流量)和排气压力,转子越长,压力越高;转子直径越大,流量越大。
螺旋转子凹槽经过吸气口时充满气体。当转子旋转时,转子凹槽被机壳壁封闭,形成压缩腔室,当转子凹槽封闭后,润滑油被喷入压缩腔室,起密封。冷却和润滑作用。当转子旋转压缩润滑剂+气体(简称油气混合物)时,压缩腔室容积减小,向排气口压缩油气混合物。当压缩腔室经过排气口时,油气混合物从压缩机排出,完成一个吸气——压缩——排气过程。
螺杆机的每个转子由减摩轴承所支承,轴承由靠近转轴端部的端盖固定。进气端由滚柱轴承支承,排气端由一以对靠的贺锥滚柱支承通常是排气端的轴承使转子定位,也就是止推轴承,抵抗轴向推力,承受径向载荷,并提供必须的轴向运行最小间隙。
工作循环可分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转子旋转,每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环。
螺杆空压机的优点
1)可靠性高。螺杆压缩机零部件少,没有易损件,因而它运转可靠,寿命长,大修间隔期可达4-8万h.
2)操作维护方便。
3)动力平衡好。特别适合用作移动式压缩机,体积小、重量轻、占地面积少。
4)适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点,容积流量几乎不受排气压力的影响,在宽广的范围内能保持较高的效率,在压缩机结构不作任何改变的情况下,适用于多种工质。
5)多相混输。螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙,因而能耐液体冲击,可输送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。
螺杆空压机的主要缺点
1)造价高。由于螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面,需利用特制的刀具在价格昂贵的专用设备上进行加工。另外,对螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高的要求。
2)不能用于高压场合。由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制,螺杆压缩机只能用于中、低压范围,排气压力一般不超过3MPa。
3)不能用于微型场合。螺杆压缩机依靠间隙密封气体,一般只有容积流量大于0.2m³/min时,螺杆压缩机才具有优越的性能。
单螺杆与双螺杆压缩机的比较
双螺杆和单螺杆压缩机比较表 | 双螺杆 | 单螺杆 |
型线设计 | 已经过4代的发展,已经非常完善和成熟 | 有待进一步优化 |
受力状况 | 气体力有不平衡,但轴向力可通过结构设计改善其平衡性,没有不平衡惯性力,受力平衡性优良。 | 受力平衡性极好 |
主要缺陷 | 无 | 没有找到蕞佳型线 |
没有找到蕞佳星轮材料 | ||
使用后排气量下降严重(几个月内) | ||
故障率高、寿命短 | ||
适用范围 | 0.2~100m3/min的流量 | 因啮合副精度要求高,容量难以向两极发展,适用范围小 |
≤40kg/cm2的压力 | ||
成本 | 略低 | 略高 |
发展前景 | 好 | 因市场表现不好,各科研机构和空压机企业投入不大,所以短期内难以有根本性提高。 |
结构 | 运动部件少,结构简单。阳转子刚性高于阴转子,但阳转子也承受了大部分的负载,阴阳转子的刚性负载比接近,变形均匀。啮合精度易于保证。容积效率高。 | 有三个旋转轴,运动部件较多,结构较复杂。螺杆和星轮的刚性相差较大,变形不均匀,因而啮合精度难以保证,容积效率略低。 |
材料 | 转子之间为啮合运动,啮合带的瞬时相对运动方向为法向(即纯滚动),没有摩擦,对材料没有特殊要求,普通的材料和普通的热处理即可满足需要。 | 星轮和螺杆的相对运动为滑动,靠摩擦带动星轮,在对材料有特殊要求,而且目前还没有找到完全符合要求的星轮材料。目前单螺杆空压机,在运行一段时间后,因星轮磨损,造成内泄漏增大,降低排气量。 |
制造 | 设备投资大,但有专门的进口设备,加工相对容易,加工精度易于保证,加工成本略低。 | 没有可供应的进口专机,加工难度较大,加工精度不易保证,但设备投资相对小些,投资门槛低。 |
尺寸和重量 | 小和轻。节约原材料。 | 大些和重些 |
容积效率 | 高 | 略低。摩擦、变形,吸排气通道狭窄,高低腔之间泄漏损失大等使效率低于双螺杆 |
振动和噪声 | 中等 | 因受力平衡,星轮传动声低等原因,振动和噪声很低,这是目前单螺杆机的优点。 |
排气量衰退 | 无,转子在运行中没有磨损,排气量永远不会下降。 | 严重 |
故障率 | 低,转子及转子机壳间没有直接摩擦,阴阳转子变形均匀,故障率极低。 | 高,星轮磨损、变形不均匀和加工精度不够是引起故障的主要原因。 |
寿命 | 长,仅受制于轴承寿命,一般可达6万小时以上。 | 短,受制于星轮寿命。 |