【文章內(nèi)容簡介】 3 頁 共 29 頁 式壓縮機除適用于無油潤滑外，還適用于輸送不被潤滑油污染的場合。 8） 螺桿式壓縮機尺寸小，質(zhì)量輕，容易安裝，設(shè)備基礎(chǔ)小而簡單，因此一次基礎(chǔ)建設(shè)投資省。同時，一般采用螺敢式壓縮機的裝置都不需要備機。 （ 2）螺桿式空壓機的缺點 ： 1） 造價高。螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面是一個空間曲面，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，對螺桿壓縮機汽缸的加工精度也有較高的要求，所以螺桿壓縮機的造價較高。 2） 不能用于高壓場合。螺桿式壓縮機制造工藝要求高，不適用于高壓壓縮機用。同時，在使用螺桿壓縮機時，應特別注意按規(guī)定方向旋轉(zhuǎn)，不可使之反轉(zhuǎn) [3]。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機只能適用與中、低壓范圍，排氣壓力一般不超過 。 3） 不能制成微型。螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于179。/min 時，螺 桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能。 4） 由于運動部件必不可少的間隙，泄漏大，效率較低。同時，在螺桿式無油潤滑壓縮機上，為了保證轉(zhuǎn)子間的間隙，必須用同步齒輪，為了減小內(nèi)部溫度的上升，必須用增速齒輪來提高其轉(zhuǎn)速，因此機械損失大、噪音較大，同時還要裝設(shè)管道消音器。 螺桿壓縮機的主要部件是一對陰陽轉(zhuǎn)子，兩個轉(zhuǎn)子是具有不同齒數(shù)的螺旋齒相互嚙合的，嚙合點（密封線）隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而移動。旋轉(zhuǎn)時，使處于轉(zhuǎn)子齒槽之間的氣體不斷產(chǎn)生周期性的容積變化，且沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至壓出側(cè)，實現(xiàn)吸入、壓縮和排氣的全部過程， 不需要往復式壓縮機那樣的余隙容積。螺桿間存在一定的間隙。具體的工作原理 [4]—— 吸氣過程、壓縮過程和排氣過程如下： 1）吸氣過程 初時氣體經(jīng)壓縮機外殼一端的進氣孔口分別進入陰、陽螺桿齒間容積，隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)，這兩個齒間容積各自不斷擴大。當這兩個容積達到最大值時，齒間容積和吸氣孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。（注意，此時陰、陽轉(zhuǎn)子的齒間容積彼此并未連通）。 2）壓縮過程 轉(zhuǎn)子繼續(xù)回轉(zhuǎn)，在陰陽螺桿齒間容積連通之前，陽轉(zhuǎn)子齒間容積中之氣體受陰螺桿齒的侵入先行壓縮經(jīng)某一轉(zhuǎn)角后，陰、陽螺桿齒間容積連通（以后將此連通的陰陽螺桿中北大學 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 4 頁 共 29 頁 齒間容積稱為齒間容積對），呈 V 字形的齒間容積對，因齒的相互擠入其容積值逐漸減小，實現(xiàn)氣體的壓縮過程，直到該齒容積對與外殼上另一端的排氣口相連通時為止。 3）排氣過程 在齒間容積對與排氣孔口連通后，排氣過程即行開始。由于轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)事故容積的不斷縮小，將壓縮后具有一定壓力的氣體送至排氣接管，此一過程一直延續(xù)到該容積對達到最小時為止。 隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)回轉(zhuǎn)，上述過程重復進行。在螺桿壓縮機中，陰、陽螺桿轉(zhuǎn)向相互迎合一側(cè)時，氣體受到壓縮，這一側(cè)面稱為高壓力區(qū)；相反，螺桿轉(zhuǎn)向彼此背離的一側(cè)面，齒間容積在擴大并處在吸氣階段， 稱為低壓力區(qū)。兩轉(zhuǎn)子軸線所在平面是高、低壓力區(qū)的分界面。 1）螺桿式壓縮機是容積式壓縮機的一種，它的主要結(jié)構(gòu)是由殼體（汽缸和港蓋）與機殼內(nèi)一對陰陽轉(zhuǎn)子所組成。發(fā)動機通過連軸節(jié)與壓縮機的主轉(zhuǎn)子 陽轉(zhuǎn)子連接，在壓縮機的外殼一端有進氣孔，另一端有排氣孔以及密封組件。 2）螺桿式壓縮機有轉(zhuǎn)子端齒形和不對稱形線兩種，氣體的冷卻方式有直接向氣體內(nèi)噴油以及機殼水套內(nèi)用循環(huán)水冷卻，油的冷卻也有水冷和風冷兩種。螺桿式無油潤滑亦稱干式螺桿壓縮機，其結(jié)構(gòu)與易蒸發(fā)的液體（如水）對空氣進行內(nèi)部冷卻的壓縮機 相似，但壓縮和提供的是無油的氣體。陽轉(zhuǎn)子是凸形齒，陰轉(zhuǎn)子是凹形齒，壓縮機通常是通過陽轉(zhuǎn)子來驅(qū)動。 3）在轉(zhuǎn)子螺旋部分的端面上，以及頂圓上設(shè)有附加的密封肋，這種密封肋或者與轉(zhuǎn)子成一體，或者鋃嵌在銑制的窄槽內(nèi)。螺桿式無油潤滑壓縮機的轉(zhuǎn)子通常制作成空心的，其內(nèi)充滿冷卻油。從結(jié)構(gòu)上看，轉(zhuǎn)子可以與螺旋部分制作成一個整體的部件，或者組裝件，即螺旋部分和軸分別用不同的材料制造。轉(zhuǎn)子通常用各種牌號的剛制造，殼體多半用鑄鐵制造。轉(zhuǎn)子直徑在 250mm 以下的螺桿式無油潤滑壓縮機，其殼體通常在吸入側(cè)有一垂直剖分面。對于大型無油潤滑 壓縮機的殼體，除了垂直剖分面以外，在轉(zhuǎn)子平面上還有水平剖分面。 4）螺桿式無油潤滑壓縮機的殼體都有冷卻水套。無水冷的壓縮機，無論是無油潤滑還是噴油潤滑，其殼體的表面都有肋棱，這些肋棱不僅使殼體有一定的剛性，而且還可以改善向周圍介質(zhì)的散熱。 中北大學 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 5 頁 共 29 頁 軸封 1. 無油螺桿壓縮機軸封 在無油螺桿壓縮機中，壓縮過程是在一個完全無油的環(huán)境中進行的，這就要求在壓縮機的潤滑區(qū)與氣體區(qū)之間設(shè)置可靠的軸封。軸封不僅需要能在高圓周速度之下有效的工作，并且必須有一定的彈性，以適應采用滑動推力軸承時轉(zhuǎn)子可能產(chǎn)生的軸向移動。另外， 軸封的材料還必須能耐壓縮機所壓縮氣體的化學腐蝕。目前，無油螺桿壓縮機的軸封主要有石墨環(huán)式、迷宮式和機械式三種。 石墨環(huán)式軸封的密封環(huán)由摩擦系數(shù)較低的石墨制成，由于石墨具有良好的自潤滑性，即使石墨環(huán)與軸頸接觸也無妨礙。為了保證強度和使環(huán)孔的熱膨脹率與轉(zhuǎn)子軸材料的熱膨脹率相同，在密封環(huán)上往往還裝有鋼制支撐環(huán)。這樣，就可使密封環(huán)和軸之間的間隙很小，以達到好的密封效果，并且在一個寬的工作溫度范圍內(nèi)也可正常工作。 石墨環(huán)式軸封采用環(huán)狀波紋彈簧，把密封環(huán)壓向密封表面，以防止氣體經(jīng)石墨環(huán)的兩側(cè)面泄漏。當軸的旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生變 化時，借助于環(huán)孔和彈簧的作用，密封環(huán)也移動到新的位置并保持在這一位置，從而防止了磨損現(xiàn)象的產(chǎn)生。 氣體經(jīng)石墨環(huán)式軸封的泄漏量與間隙值、壓差、密封環(huán)數(shù)目等有密切的關(guān)系。除了高壓場合以外，通過四道軸封環(huán)聯(lián)合作用的氣體泄漏量將減少 %。當然，如果向軸封內(nèi)充入氣體，壓縮機的氣體泄漏量將為零。 在迷宮式軸封中，密封齒和密封面之間有很小的間隙，并形成曲折的流道，使氣體從高壓側(cè)向低壓側(cè)流動產(chǎn)生很大的阻力，以阻止氣體的泄漏。密封齒可以做在軸上，與軸一起轉(zhuǎn)動，也可以做成具有內(nèi)密封齒的密封環(huán)，固定在機體上。多數(shù)情況下，密封 齒是加工在與軸固定的一個軸套上，當密封齒損壞時便于更換。 在無油螺桿壓縮機中，無論采用石墨環(huán)式軸封還是迷宮式軸封，密封單元之間的引氣孔都可以有多種選擇方案 [5]。如果被壓縮氣體可以漏入大氣，例如空氣、氮氣或二氧化碳等，則所以密封單元可以聯(lián)系布置，只是最后一個通向大氣。如果被壓縮氣體有毒、易燃、易爆或十分貴重，則可將泄漏的氣體引回至吸氣管。有時還可用壓力稍高于壓縮機內(nèi)氣體壓力的惰性氣體充入軸封內(nèi)，以阻止高壓氣體向外界泄漏。 當無油螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)速較低時，還可以采用有油潤滑的機械密封。這種軸封工作可靠、密封性好 。然而，這種軸封需要少量的潤滑油流過密封表面，這些潤滑油可能會混入所壓縮的氣體中。如果所壓縮氣體不允許有這種少量的污染，則需要在軸封和壓縮中北大學 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 共 29 頁 機腔之間開一個泄油槽。應當注意的是，在無油螺桿壓縮機的工作轉(zhuǎn)速下，采用有油潤滑的機械密封時，所消耗的功是比較到的。在許多場合，單個軸封的摩擦功耗就可以達到數(shù)千瓦。而無油螺桿壓縮機中，要采用四個軸封，因而必須考慮軸封的功耗這一因素。 值得注意的是，雖然無油螺桿壓縮機對被壓縮氣體中帶有液體不敏感，但如果有大量的液體長時間進入無油螺桿壓縮機，則唯一需要注意的地方就是軸封。許多軸 封都不是為液體而設(shè)計的，在液體存在的情況下，軸封會與軸意趣旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生磨損。并且，液體也會順著軸與軸封間的間隙流入到潤滑區(qū)域，破壞潤滑油的、特性，影響軸承及齒輪的正常潤滑。 2．噴油螺桿壓縮機軸封 噴油螺桿壓縮機中有兩種不同的軸封：①與壓縮腔緊鄰的轉(zhuǎn)子軸段的軸封，特別是在排氣端，這種軸封更為重要；②伸出壓縮機端蓋外的軸段也必須有軸封，以與大氣隔開。由于壓縮介質(zhì)和允許工況的不同，噴油螺桿空氣壓縮機的軸封與螺桿制冷和工藝壓縮機的軸封有很大的不同。 噴油螺桿空氣壓縮機大都采用滾動軸封，為了防止壓縮腔的氣體通過轉(zhuǎn)子軸 向外泄漏，必須在排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間家一個軸封。這種軸封可以做得非常簡單，只要在與軸頸相應的機體處開設(shè)特定的油槽，通入具有一定壓力的密封油，即可達到有效的軸向密封。這種軸封的軸向長度要盡量短，以使軸承盡量靠近轉(zhuǎn)子的工作噸，提高轉(zhuǎn)子的剛性。在螺桿壓縮機正常工作時，吸入端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間幾乎沒有壓差，當利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機的氣量時，此處也僅有可能會有噎嗝大氣壓力的壓差。所以，在吸氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間，只用間隙密封就能滿足要求，沒有必要在提供密封油。 噴油螺桿空氣壓縮機轉(zhuǎn)子的外伸軸通常 都設(shè)計在吸氣側(cè)，只要在利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)壓縮機的氣量時，外伸軸上的軸封兩側(cè)才可能會有一個大氣壓力的壓差。但由于此處的軸封必須防止?jié)櫥吐┏龊臀催^濾空氣的漏入，故在小型空壓機中，通常采用簡單的唇行密封。在大中型空壓機中，往往采用有油潤滑機械密封。 同噴油螺桿空氣壓縮機相比，噴油螺桿制冷和工藝壓縮機與帶器之間的密封就復雜多了。主要原因在于：①壓縮機內(nèi)要密封的不是空氣，而有可能是有毒的或易燃氣體，并且通常都很貴重；②它可能不允許被從外面漏入的空氣污染或沖淡； ③ 軸封一側(cè)的壓縮機內(nèi)壓力可能是不同程度的真空，也有可 能是達 1MPa 的高壓，并且停機時需要密封中北大學 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 29 頁 的壓力可能會更高。所以。在噴油螺桿制冷和工藝壓縮機的轉(zhuǎn)子外伸軸處，通常都采用負責的面接觸式機械密封，主要有彈簧式和波紋管式兩種，并且需向此軸封處供以高于壓縮機內(nèi)部壓力的潤滑油，以保證在密封面上形成穩(wěn)定的油膜。值得注意的是，軸封中有關(guān)零部件的材料要能耐壓縮氣體的腐蝕。 中北大學 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 共 29 頁 2 礦用螺桿式空氣壓縮機的特點 礦用螺桿壓縮機與雙螺桿壓縮機的比較 由技術(shù)概況可知，蝸桿壓縮機除具備雙螺桿回轉(zhuǎn)式壓縮機結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、單位容積利用率高 和無氣閥組件等特點外，因其星輪對稱地配置于蝸桿的兩側(cè)，還具有下列雙螺桿壓縮機所無法比擬的獨特優(yōu)點。 單機容量大，無余隙容積 從蝸桿主機上看，單螺桿上開有 6 個螺槽，由兩個星輪將各螺槽分隔成上下兩個空間，各自實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣過程，而且是同步進行的，這是雙螺桿壓縮機無法做到的，也是在氣流脈動，氣流噪聲方面無法比擬的地方。 由于兩種型式的空壓機轉(zhuǎn)速可以完全相同，放在相同的轉(zhuǎn)速下進行分析對比。由于蝸桿壓縮機運行時，蝸桿每轉(zhuǎn)一周，每一個蝸桿槽均工作兩次（雙作用），使蝸桿空間得到充分利用，因此與雙螺桿壓 縮機相比，兩者結(jié)構(gòu)尺寸相同時，蝸桿壓縮機排氣量較大；而當兩者排氣量相同時，則蝸桿壓縮機結(jié)構(gòu)尺寸較小。 如以每分鐘 2970 轉(zhuǎn)（ 2970R/MIN）的蝸桿壓縮機為例，每分鐘壓縮次數(shù)為2970*12=35640 次；而雙螺桿的 2 根螺桿的齒數(shù)比選其大的數(shù)值，取為 5，相當于 5 個氣缸，其轉(zhuǎn)速也取為 2970R/MIN，其每分鐘次數(shù)為 2970*5=14850 次，顯然與蝸桿壓縮機的 35640 次相差很多。因此，雙螺桿壓縮機與蝸桿壓縮機相比，在相同轉(zhuǎn)速下單位內(nèi)排氣次數(shù)少，氣流脈動大，氣流噪聲大。 此外，蝸桿的蝸桿槽深度隨壓力的增高 而減少，在排氣結(jié)束，星輪齒脫離單槽時，深度為零，故不存在余隙容積。因而，蝸桿壓縮機較雙螺桿壓縮機的容積效率要高。 結(jié)構(gòu)合理，具有理想的力平衡性 雙螺桿壓縮機主機的主要件就是兩個螺桿（俗稱雙螺桿），蝸桿壓縮機的主要件是蝸桿（俗稱單螺桿）。下面分析雙螺桿，蝸桿的受力狀況： 雙螺桿壓縮機在壓縮氣體的過程中，必然受到氣體的反作用力，該力在兩個螺桿上形成很大的徑向力與軸向力（見宣傳資料上的受力分析圖），并自然傳遞到軸承上，所以雙螺桿壓縮機即使是選用最好的進口軸承，其壽命一般也只在一萬五千個小時左右。 蝸 桿壓縮機在壓縮氣體的過程中，也同樣必然受到氣體的反作用力，該力也在蝸桿上形成很大的徑向力和軸向力。蝸桿壓縮機在蝸桿兩端間開有引氣通道，流至高壓側(cè)的中北大學 2021 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 29 頁 氣體將通過引氣通道回流至低壓側(cè)，從而使蝸桿兩端而上的氣體力相互平衡。由于星輪在蝸桿軸線兩側(cè)對稱布置，作用于蝸桿上的氣體徑向力平衡，作用于蝸桿槽內(nèi)的氣體軸向力也相互抵消，達到自身平衡。因此，蝸桿不受任何徑向或軸向氣體力的作用，且星輪片上所受的力也只是雙螺桿壓縮機的 1/30 左右，故蝸桿壓縮機的主機能平衡，無振動地在高轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，而無需特別的基礎(chǔ)，僅需安放在水平地面上。 蝸桿壓縮機即使利用國產(chǎn)的普通軸承，其壽命也可以達到 15 萬小時，而且可以在用戶處就地維修。 主機壽命長 由于蝸桿壓縮機的高速輕載，嚙合副型線的優(yōu)化設(shè)計，間隙適當，容易在螺桿與星輪之間的間隙中建立流動體動力潤滑油膜，從而有效地減少了星輪的磨損，降低了氣體的泄漏，提高了機器的壽命與效率，保障了運行安全可靠。 維護簡便，易損件少 世界上沒有永不磨損的機器，無論雙螺桿壓縮機還是蝸桿壓縮機，在若干年后，均需對主機進行維修保養(yǎng)。 單就更換軸承而言，雙螺桿壓縮機的進、排氣端 4 只重載軸承和 2 只四點 軸承均需國外購進，成本昂貴；如若主、副轉(zhuǎn)子出現(xiàn)磨損或者軸承走外圈，主副轉(zhuǎn)子與機殼內(nèi)壁發(fā)生磨擦，均無法在現(xiàn)場維修，須將主機運回生產(chǎn)廠，并