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提起螺桿壓縮機,很多人都只是一知半解:
有人說單螺桿好,噪聲低;
有人說雙螺桿好,氣源穩(wěn)定;
有人說螺桿壓縮機更節(jié)能高效。
到底螺桿壓縮機是什么結(jié)構(gòu),
它是怎么工作的,
單、雙螺桿該怎么選呢?
螺桿壓縮機的歷史
■1934年瑞典皇家工學院教授Lysholm(里斯曼)發(fā)明第一臺雙螺桿式氣體壓縮機。
■從60年代開始,噴油雙螺桿機組應用于制冷機組。瑞典SRM公司(雙螺桿)首先發(fā)明雙邊不對稱型線螺桿,使螺桿機效率大大提高。
■1960年法國人Zimmern(辛麥恩)(單螺桿)發(fā)明單螺桿的新結(jié)構(gòu)。1962年試制出第一臺樣機。
■70年代初,荷蘭GRASSO(格拉索)制成第一臺單螺桿制冷壓縮機。
■1972年,日本開始生產(chǎn)單螺桿空氣壓縮機。
■1982年,開始生產(chǎn)單螺桿制冷壓縮機。
螺桿式壓縮機原理介紹
螺桿式壓縮機汽缸內(nèi)裝有一對互相嚙合的螺旋形陰陽轉(zhuǎn)子,兩轉(zhuǎn)子都有幾個凹形齒,兩者互相反向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子之間和機殼與轉(zhuǎn)子之間的間隙僅為5~10絲,主轉(zhuǎn)子(又稱陽轉(zhuǎn)子或凸轉(zhuǎn)子),通過由發(fā)動機或電動機驅(qū)動(多數(shù)為電動機驅(qū)動),另一轉(zhuǎn)子(又稱陰轉(zhuǎn)子或凹轉(zhuǎn)子)是由主轉(zhuǎn)子通過噴油形成的油膜進行驅(qū)動,或由主轉(zhuǎn)子端和凹轉(zhuǎn)子端的同步齒輪驅(qū)動。所以驅(qū)動中沒有金屬接觸(理論上)。轉(zhuǎn)子的長度和直徑?jīng)Q定壓縮機排氣量(流量)和排氣壓力,轉(zhuǎn)子越長,壓力越高;轉(zhuǎn)子直徑越大,流量越大。
螺旋轉(zhuǎn)子凹槽經(jīng)過吸氣口時充滿氣體。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)子凹槽被機殼壁封閉,形成壓縮腔室,當轉(zhuǎn)子凹槽封閉后,潤滑油被噴入壓縮腔室,起密封。冷卻和潤滑作用。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)壓縮潤滑劑+氣體(簡稱油氣混合物)時,壓縮腔室容積減小,向排氣口壓縮油氣混合物。當壓縮腔室經(jīng)過排氣口時,油氣混合物從壓縮機排出,完成一個吸氣——壓縮——排氣過程。
螺桿機的每個轉(zhuǎn)子由減摩軸承所支承,軸承由靠近轉(zhuǎn)軸端部的端蓋固定。進氣端由滾柱軸承支承,排氣端由一以對靠的賀錐滾柱支承通常是排氣端的軸承使轉(zhuǎn)子定位,也就是止推軸承,抵抗軸向推力,承受徑向載荷,并提供必須的軸向運行最小間隙。
工作循環(huán)可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。
螺桿壓縮機的優(yōu)點
1)可靠性高。螺桿壓縮機零部件少,沒有易損件,因而它運轉(zhuǎn)可靠,壽命長,大修間隔期可達4-8萬h.
2)操作維護方便。
3)動力平衡好。特別適合用作移動式壓縮機,體積小、重量輕、占地面積少。
4)適應性強。螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點,容積流量幾乎不受排氣壓力的影響,在寬廣的范圍內(nèi)能保持較高的效率,在壓縮機結(jié)構(gòu)不作任何改變的情況下,適用于多種工質(zhì)。
5)多相混輸。螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面間實際上留有間隙,因而能耐液體沖擊,可輸送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。
螺桿壓縮機的主要缺點
1)造價高。由于螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面,需利用特制的刀具在價格昂貴的專用設(shè)備上進行加工。另外,對螺桿壓縮機氣缸的加工精度也有較高的要求。
2)不能用于高壓場合。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制,螺桿壓縮機只能用于中、低壓范圍,排氣壓力一般不超過3MPa。
3)不能用于微型場合。螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體,一般只有容積流量大于0.2m3/min時,螺桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能。
單螺桿與雙螺桿壓縮機的比較
雙螺桿和單螺桿壓縮機比較表 | 雙螺桿 | 單螺桿 |
型線設(shè)計 | 已經(jīng)過4代的發(fā)展,已經(jīng)非常完善和成熟 | 有待進一步優(yōu)化 |
受力狀況 | 氣體力有不平衡,但軸向力可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計改善其平衡性,沒有不平衡慣性力,受力平衡性優(yōu)良。 | 受力平衡性極好 |
主要缺陷 | 無 | 沒有找到最佳型線 |
沒有找到最佳星輪材料 | ||
使用后排氣量下降嚴重(幾個月內(nèi)) | ||
故障率高、壽命短 | ||
適用范圍 | 0.2~100m3/min的流量 | 因嚙合副精度要求高,容量難以向兩極發(fā)展,適用范圍小 |
≤40kg/cm2的壓力 | ||
成本 | 略低 | 略高 |
發(fā)展前景 | 好 | 因市場表現(xiàn)不好,各科研機構(gòu)和空壓機企業(yè)投入不大,所以短期內(nèi)難以有根本性提高。 |
結(jié)構(gòu) | 運動部件少,結(jié)構(gòu)簡單。陽轉(zhuǎn)子剛性高于陰轉(zhuǎn)子,但陽轉(zhuǎn)子也承受了大部分的負載,陰陽轉(zhuǎn)子的剛性負載比接近,變形均勻。嚙合精度易于保證。容積效率高。 | 有三個旋轉(zhuǎn)軸,運動部件較多,結(jié)構(gòu)較復雜。螺桿和星輪的剛性相差較大,變形不均勻,因而嚙合精度難以保證,容積效率略低。 |
材料 | 轉(zhuǎn)子之間為嚙合運動,嚙合帶的瞬時相對運動方向為法向(即純滾動),沒有摩擦,對材料沒有特殊要求,普通的材料和普通的熱處理即可滿足需要。 | 星輪和螺桿的相對運動為滑動,靠摩擦帶動星輪,在對材料有特殊要求,而且目前還沒有找到完全符合要求的星輪材料。目前單螺桿空壓機,在運行一段時間后,因星輪磨損,造成內(nèi)泄漏增大,降低排氣量。 |
制造 | 設(shè)備投資大,但有專門的進口設(shè)備,加工相對容易,加工精度易于保證,加工成本略低。 | 沒有可供應的進口專機,加工難度較大,加工精度不易保證,但設(shè)備投資相對小些,投資門檻低。 |
尺寸和重量 | 小和輕。節(jié)約原材料。 | 大些和重些 |
容積效率 | 高 | 略低。摩擦、變形,吸排氣通道狹窄,高低腔之間泄漏損失大等使效率低于雙螺桿 |
振動和噪聲 | 中等 | 因受力平衡,星輪傳動聲低等原因,振動和噪聲很低,這是目前單螺桿機唯一的優(yōu)點。 |
排氣量衰退 | 無,轉(zhuǎn)子在運行中沒有磨損,排氣量永遠不會下降。 | 嚴重 |
故障率 | 低,轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子機殼間沒有直接摩擦,陰陽轉(zhuǎn)子變形均勻,故障率極低。 | 高,星輪磨損、變形不均勻和加工精度不夠是引起故障的主要原因。 |
壽命 | 長,僅受制于軸承壽命,一般可達6萬小時以上。 | 短,受制于星輪壽命。 |
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