关于干式和喷水无油螺杆压缩机的介绍

关于干式和喷水无油螺杆压缩机的介绍

近几十年来，对无油螺杆压缩机的研究日趋活跃，很多国家及企业在原有的喷油螺杆压缩机机型的基础上，开始不断探索无油螺杆压缩机的道路。在用气品质要求高的领域，如纺织、冶金、食品、化工、医药、石油和空分等各种需要纯净无油压缩空气的场所,无油螺杆压缩机能够提供优质的压缩气体满足各种需求，因此应用前景广阔。应用领域在食品制造及包装行业，采用喷油螺杆压缩机制备压缩气体时，生产过程经过多次高温氧化和冷凝乳化，压缩机中润滑油的性能已大幅度降低，且呈酸性，对后续设备不仅起不到润滑作用，反而会破坏正常润滑，使用无油螺杆压缩机可以避免失效的润滑油对设备的负面影响。在制药、生物工程中，压缩气体中含有细菌和噬菌体的污染是不容忽视的，无油螺杆压缩机提供的纯净压缩气体，可避免细菌和噬菌体在气体中滋生。在电镀行业，生产过程中存在镀层表面发花、烧焦、针孔、裂纹等问题，人们采用搅拌来解决此类问题，搅拌需要压缩空气的支持。压缩空气质量对电镀光亮镍的沉积速度以及电镀效率影响很大。应用无油螺杆压缩机，可以有效的避免镀层表面发花、烧焦、针孔、裂纹等问题的发生。因此，如今已经开始应用无油螺杆压缩机制备纯净的气体进行电镀[1]。在汽车喷涂行业，不纯的气体往往造成劣质的涂层。如果压缩空气中含有油，涂层表面出现一些分散或集中的小隆起，这些水泡一般在面漆下的某一涂层中产生，水泡是由于涂层下面有水汽或污物而产生的。此外，含油的压缩空气也有可能导致湿涂层表面出现点状分布的小坑洞，形成火山口状的矽坑，在坑底有时可见底材，俗称鱼眼。如今汽车喷涂行业已经开始应用无油螺杆压缩机，以制备用于喷涂的纯净气体，使得国产汽车的喷涂水平得到提高。在纺织行业，喷气织机需要干燥且无油的压缩空气。在生产过程中，精细喷嘴会将压缩空气吹到线束上，形成涡流，从而赋予纱线形状、弹力和弹性，无油螺杆压缩机提供的纯净压缩空气可以保证布匹成品的质量。无油螺杆压缩机分类及主要厂家无油螺杆压缩机包括干式螺杆压缩机和喷水螺杆压缩机两大类。干式螺杆压缩机的主要是双螺杆压缩机，喷水螺杆压缩机中又包括双螺杆压缩机和单螺杆压缩机。干式螺杆压缩机干式螺杆压缩机的基本结构如图1所示，目前在国内市场主要有阿特拉斯（AC）、英格索兰（IR）、寿力、伯格（BOGE）和神户制钢（KOBELCO），无锡压缩机厂和南京压缩机厂等公司的产品。无锡压缩机厂，部分采用神户制钢的主机，本厂也生产主机，如排气量为80立方/分钟的主机，其转子喷涂聚四氟乙烯防腐涂层。但在大排量压缩机上性能不够理想，如排气量大于100立方/分钟的压缩机，有望在大排量上得到提升。南京压缩机厂,引进瑞典SRM 公司的专利技术,合作开发了无油螺杆压缩机。德国伯格（BOGE），转子涂层采用了钼－石墨材料，转子设计可自行更换轴承，冷却器的设计合理。寿力，为多种新型纺织机电设备提供了优质气源，密封剂可以较长时间不用更换。英格索兰主要采用二硫化钼转子涂层，经过渗透工艺进行处理，其驱动轴输入端装有改良的唇形密封件。阿特拉斯，转子采用S-AP 型线，喷涂特氟龙涂层。气路系统（高低压转子）、油路系统（齿轮箱、油底壳、油泵和油滤）、冷却系统（中冷、后冷和油冷）等三大系统整体化结构；齿轮箱采用双轴承设计，滚珠轴承承受径向力，滚柱轴承承受轴向力。喷水螺杆压缩机喷水双螺杆压缩机的流程如图2所示，较早有荷兰的GrassAir。如今主要是阿特拉斯和CompAir（康普艾）。此外无锡压缩机厂也正积极从事此领域的研究开发工作。阿特拉斯和CompAir采用的是陶瓷转子，水润滑轴承，无同步齿轮。转子相互啮合，之间形成水膜密封。喷水单螺杆压缩机方面有复盛和三井，开发的是小排量水润滑单螺杆压缩机。复盛采用三井的单螺杆机头，排气量可达12m3/min，最大功率可到120kW，转子材料为不锈钢和铜材，陶瓷轴承。由于材料和技术的限制，目前大型喷水单螺杆压缩机的制造相对困难，但小型喷水单螺杆压缩机的效率较高，维护费用相对较低。转子材料与型线转子材料在干式螺杆压缩机中，由于没有润滑油的润滑及带走微小颗粒，气体会对转子、壳体内壁、气道产生腐蚀，因此在传统喷油螺杆转子材料的基础

上，通常会喷涂防腐层，如喷涂聚四氟乙烯、二硫化钼、特氟龙等，达到保证转子不变形，不被腐蚀的作用。在喷水螺杆压缩机中，由于向压缩腔内注水，虽然取到了冷却、密封和保持气体的纯净度的作用，提高了压缩机的效率，同时也很好的控制了排气温度，但是水必将对转子等部件产生腐蚀作用，因此需要慎重选择转子材料。转子材料的选择一般有如下几种：（1）NSB钢转子中船重工七一一研究所上海螺杆压缩机研制中心制造的LG一30/0.8型喷

水式火炬气螺杆压缩机中，其转子采用了NSB钢（镀镍磷合金，耐火炬气中、H2、H2S、SO2的腐蚀）。（2）高分子聚合陶瓷转子阿特拉斯和法国GVM等公司采用高分子聚合陶瓷转子。其转子可以精确加工到百分之几毫米的精度。长期试验的结果表明，这种材料耐磨性好，并且具有良好的可靠性和适用性。（3）工程塑料转子工程塑料转子的采用，开辟了螺杆压缩机转子材质及加工手段的新经济途径，并为喷水螺杆压缩机的发展提供了良好条件。精密注塑成型的工程塑料转子，不锈、成本低，同时降低了螺杆压缩机的噪声和振动。为压缩腔内采用喷水密封冷却技术创造了很好的条件。螺杆转子型线对于螺杆压缩机而言，型线设计至关重要，需要综合考虑转子型线的啮合要求、连续的接触线、加工性能等因素。西安交通大学压缩机研究所为完成国家“十五”863 计划“电动汽车重大专项”中的“燃料电池发动机”课题，研制成功了可以应用于燃料电池的LG300 型无油喷水螺杆空气压缩机[3]。针对具体设计要求，该课题组专门开发了一种转子新型线如图4所示。该型线的特征是双边非对称，所有组成齿曲线均为圆弧或圆弧包络线，可降低通过接触线的横向泄漏，提高压缩机效率。另外，还改善了转子的加工性能，便于采用多种方法进行加工。技术难点干式螺杆压缩机的技术难点（1）转子变形干式螺杆压缩机的性能, 很大程度上取决于转子啮合时的密封间隙。在转子间、转子与机壳间存在多条泄漏通道, 流体通过间隙的泄漏直接影响容积效率和总效率。在实际运转过程中, 转子在热、力边界条件的作用下发生热、力弹性变形, 这就使得实际运行间隙与设计间隙差别较大。间隙过大会造成泄漏增加, 容积效率下降; 间隙过小又容易发生烧伤咬死事故[4]。虽然整个转子的温差不大, 但是转子径向变形沿长度方向依然存在差别。这主要是因为整个转子外形复杂, 齿、槽均为螺旋形, 而非严格的轴对称结构。对阴、阳转子沿接触线径向变形的分析发现, 虽然沿轴向长度方向变形量存在差别, 但两转子的总变形量基本不变, 而且总变形量随温度呈线性变化趋势。干式压缩机排气温度往往较高, 为了防止发生转子咬死甚至转子齿的严重损坏的情况, 应考虑加大设计间隙或者采取适当的冷却措施[5]。（2）涂层失效低劣的转子涂层运行一段时间后会脱落，转子暴露在空气中，承受空气中杂质和温度变化的影响。最终，导致运行性能的降低，甚至对机器造成损坏。喷涂防腐涂层的工艺是难点之一。如今采用较多的是二硫化钼，聚四氟乙烯，以及钼－石磨涂层。喷水螺杆压缩机技术难点（1）陶瓷转子的制造由于陶瓷材料的耐磨性，不适宜采用机床加工，故采用精密铸造的方式，而铸造工艺是其中的难点。一般陶瓷制品的气孔、裂纹等缺陷，需用显微对焦的X射线仪表探测，以及保持陶瓷毛坯密度的一致性，需用超声波仪器进行监控。（2）水的污染清理由于水的存在，必然对螺杆压缩机主机和冷却水系统造成一定的腐蚀影响，更会在管路中形成一定的水垢。水垢在冷却系统内形成后，将会缩小水流道截面积, 增加水循环的阻力, 阻碍正常的热交换, 随着水垢层的不断加厚, 将造成设备严重的冷却不良而带来一连串的恶果，如压缩机增加功率消耗, 减少吸气量, 降低排气量等，因此对水垢的处理方式也非常重要。水垢处理的方式一般有化学试剂法、物理法、人工法等。（3）水润滑轴承水润滑轴承需要改变传统金属轴承系统的材质性能和润滑结构，将轴承与动密封装置等部件有机空合为一体，以水作为润滑介质。目前，能够提供水润滑轴承的厂家相对较少，瑞典的SKF公司在积极从事该方面的研究开发工作。发展趋势降噪的研究噪声作为螺杆压缩机一个比较明显的问题被多次提出。在无油螺杆压缩机中表现的尤为突出。因此，对于降低噪声的研究将成为一个热点，伴随着其他机型的噪声研究，噪声研究