压缩机基础知识之SKK螺杆压缩机主机

压缩机基础知识-SKK螺杆压缩机主机- 内部培训教材第1章 压缩机基础知识 压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械。从能量的观点来看，压缩机属于将原动机的动力能转变为气体压力能的工作机。压缩机的种类很多，用途极广，故有“通用机械”之称。本章将介绍压缩机在国民经济中的广泛应用、压缩机的种类以及几种典型压缩机的工作原理。1.1 压缩机的用途随着科学技术和现代工业的发展，压力能的应用日益广泛，使得压缩机在国民经济的各个部门中成为必不可少的关键设备之一。根据压缩机产生压缩气体使用目的的不同，压缩机在国民经济中的应用可分为以下四个方面：1.1.1 动力用压缩机压缩机产生的压缩空气作为动力风源，具有安全、经济、效率高等特点。主要包括：机械、矿山、建筑等工业利用压缩空气驱动各种风动工具；压缩空气控制仪表及自动化装置；交通运输行业利用压缩空气制动车辆、启闭门窗等；食品、制药行业利用压缩空气搅拌浆液；纺织行业采用压缩空气吹送纬纱以代替梭子以及大型发动机的启动、高压空气爆破采煤等等。1.1.2 化学工艺用压缩机在化学工业中，将气体压缩至高压，有利于化学反应。这类气体压缩机是化学工业极为重要的关键设备之一，能将各种化工产品的基础原料气体压缩到化学反应所需要的压力，促进化学反应的进行。1.1.3 制冷和气体分离用压缩机在制冷系统中，制冷压缩机将蒸发器中的气态制冷剂压缩至一定压力后送入冷凝器，使之变为高压液体，经节流阀变为低压液体进入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发成气体再次进入到制冷压缩机中形成一个循环达到制冷的目的。若液化的气体为混合气体，则可根据其各组分的不同气化温度将其分离出来，从而得到各种纯度的气体。因此，压缩机是制冷装置和气体分离设备中的主机。1.1.4 气体输送用压缩机在石油、化工生产中，常利用管道输送气体，这时需要压缩机增压，以克服流动过程中的管道阻力。当利用有限的容积输送较多量的气体时，可利用压缩机将气体压力提高后，以较小的体积注入瓶中，达到装瓶输送气体的目的。1.2 压缩机的分类及工作原理按照压缩气体方式的不同，压缩机通常分为两大类：一类是动力式压缩机；另一类是容积式压缩机。1.2.1 动力式压缩机主要的动力式压缩机叫透平式压缩机，这类压缩机是一种叶片旋转式机械。在透平式压缩机中，气体压力的提高是通过叶片的旋转使气体获得速度能，然后通过扩压元件转变为压力能。按照透平式压缩机结构形式的不同，主要分为离心式压缩机和轴流式压缩机两种。1.2.2 容积式压缩机这一类压缩机中，气体压力的提高是由于压缩机中气体的容积被缩小，使被压缩容积内气体分子的密度增加形成的。而容积式压缩机根据工作运转方式的不同可分为往复式压缩机和回转压缩机。1.2.3 往复式压缩机 最典型的往复式压缩机是活塞式压缩机，如图1.2.1所示，为其结构简图。活塞式压缩机是由控制气体进出的进气阀1和排气阀2、气缸盖3，气缸4、活塞5以及驱动活塞运动的连杆6和曲轴7（曲柄连杆机构）组成。图1.2.1 活塞式压缩机结构简图当曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞在气缸中作往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所形成的工作容积就会发生周期性变化，从而得到压缩气体。此外，自由活塞式压缩机和膜式压缩机也属于往复式压缩机的范畴，但应用范围较活塞式压缩机为小，在此不一一阐述。（1）活塞式压缩机的分类活塞式压缩机按其热力性能及结构特点，可分成以下各种类型：1）按其能够达到的排气压力分名称 压力（105N/m2）鼓风机 10002）按排量分名称 排气量（按进气状态计）（m3/min）微型压缩机 603）按气缸排列方式分，见图1-2名称 气缸中心线位置立式压缩机 气缸中心线垂直于地面（图1.2.2 a）卧式压缩机 气缸中心线平行于地面，当气缸布置在曲轴一侧时为一般卧式（图1.2.2 b）对动式压缩机 气缸中心线平行于地面，气缸分布在曲轴两侧，且两侧活塞运动两两对称（图1.2.2 c）对置式压缩机 气缸中心线平行于地面，气缸分布在曲轴两侧，但两侧活塞运动不对称（图1.2.2 d）H型压缩机 对动式或对置式压缩机，电机位于气缸之间M型压缩机 对动式或对置式压缩机，电机位于气缸一侧角度式压缩机 气缸中心线相互成一定角度，按其所呈形状可分为：L型压缩机 气缸中心线呈立卧结合（图1.2.2 e）V型压缩机 两条气缸中心线呈V形（图1.2.2 f）W型压缩机 三条气缸中心线呈W形（图1.2.2 g）扇型压缩机 四条气缸中心线呈扇形（图1.2.2 h）星型压缩机 气缸中心线在圆周方向均布呈放射形（图1.2.2 i）图1.2.2 气缸中心线相对地平面不同位置的各种配置4）按气体达到终了压力所需要的级数分名称 特点单级压缩机 气体经一级压缩达到终压两级压缩机 气体经两级压缩达到终压多级压缩机 气体经三级以上压缩达到终压，并往往按级数称呼，如三级压缩机、六级压缩机等等5）按气缸容积的利用方式分，见图1.2.3名称 特点单作用式压缩机 仅在活塞一侧有气缸容积（图1.2.3 a）双作用式压缩机 活塞两侧均有相同级次的气缸容积交替工作（图1.2.3 b）级差式压缩机 大小活塞组合在一起，构成不同级次的气缸容积（图1.2.3 c，d）图1.2.3 气缸容积的利用方式此外，还可以根据压缩机气缸是否采用润滑油润滑，分为有油润滑压缩机和无油润滑压缩机；按压缩机具有的列数（气缸中心数），分为单列压缩机、两列压缩机和多列压缩机；按曲柄连杆机构有无十字头，分为有十字头压缩机和无十字头压缩机；按气缸冷却方式，分为风冷压缩机和水冷压缩机；按机器工作地点固定与否，分为固定式压缩机和移动式压缩机等等。（2）活塞式压缩机的特点活塞式压缩机在国民经济的发展中发挥了非常重要的作用，与其它的压缩机一样，活塞式压缩机受其结构和工作方式的影响，在拥有不可取代优势的同时也具有一些不足之处，其特点是：1） 适用压力范围广，无论流量大小都能够达到所需压力，目前工业上可以达到3500105Pa，实验室可以达到10000105Pa；2） 热效率高；3） 适应性强，即排气量范围较广并且不受排气压力高低的影响；4） 转速不高，机器体积大而笨重；5） 结构复杂，易损件多，维修量大，但对维修工的技术要求相应较低；6） 排气不连续，形成气流脉动。1.2.4 回转式压缩机（1）回转式压缩机工作原理及分类回转压缩机是一种工作容积作回转运动的容积式气体压缩机，气体的压缩是依靠容积的变化实现的，而容积的变化又是借助压缩机的一个或者几个转子在气缸里作回转运动来达到。区别于往复压缩机，回转压缩机的工作容积在周期性扩大和缩小的同时，其空间位置也在变更。在回转压缩机的设计中，为了实现压缩机的基本工作过程吸气、压缩和排气过程，需要在气缸上合理的配置吸、排气孔口。就产生压缩空气的原理而言，回转压缩机和往复式压缩机相同，都属于容积式压缩机；但就主要部件（转子）的运动形式而言，其与速度式压缩机相同。所以，回转压缩机同时兼有上述两类机械的特点。回转压缩机的型式和结构类型很多，可以根据不同的分类法进行分类，通常根据结构元件的特征来区分和命名各种不同的回转压缩机。目前，螺杆压缩机、滑片压缩机、涡旋压缩机、罗茨鼓风机、单螺杆压缩机和滚动转子压缩机得到广泛的运用。此外，液环压缩机、转子压缩机以及旋转活塞压缩机在不同领域也得到运用。在本节中，我们将对螺杆压缩机进行详细的介绍。（2）回转式压缩机的特点回转压缩机没有往复运动机构，一般不设气阀，零部件（特别是易损件）少，结构简单，维护方便，不维修周期长，容易实现自动化。回转压缩机具有强制输气的特点，即排气量与排气压力几乎无关。回转压缩机运动部件的动力平衡性好，故其转速高、基础小，在移动式机器中优势明显。回转压缩机转速高，使得压缩机体积小、重量轻，其可以与高速原动机直接相联。同时，回转压缩机在转子每转之内常有多次排气，所以其输气均匀、压力脉动小。回转压缩机适应性强，在较广的工况范围内保持高效率。对于某些类型的回转压缩机，可以实现绝对无油的气体压缩过程。由于其相对运动的部件之间存在间隙以及没有气阀，可以实现污浊和带液滴、含粉尘工艺用气体的压缩。回转压缩机也有它的缺点，这些缺点是：由于转速高，加之工作容积与吸、排气孔口周期性的通断产生较为强烈的空气动力噪声。大部分回转压缩机（如螺杆压缩机、涡旋压缩机等）运动部件表面多为复杂的曲面形状。这些曲面加工及检验比较复杂，通常需要专用设备。由于回转压缩机工作容积的周壁多呈曲面形状，致使有相对运动的机件之间的密封问题较难满意解决。通常采用间隙密封，但因运动间隙的气体泄漏而难以达到较高的压缩终了压力。（3）螺杆压缩机概述螺杆压缩机主机的工作原理于20世纪30年代由瑞典工程师Alf Lysholm提出。最先发展起来的螺杆压缩机是无油螺杆压缩机，1957年喷油螺杆空气压缩机投入了应用，1961年喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机又研制成功。经过持续的基础理论研究和产品开发试验，通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功，螺杆压缩机的优越性能得到不断的发挥。螺杆压缩机广泛应用于矿山、化工、动力、冶金、机械和制冷等工业部门，在宽广的容量和工况范围内，正逐步取代其它类型的压缩机。随着工业化的发展，螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大，特别是无油螺杆空气压缩机和各种螺杆工艺压缩机会得到更大的发展。1）基本结构 螺杆压缩机的基本结构如图1.2.4所示。相对于往复式压缩机，螺杆式压缩机结构简单，除了在压缩机机体平行的配置着一对相互啮合的螺旋形转子（阳转子和阴转子）外，其它主要部件是吸气盖、吸气端盖、机体和排气盖。转子上的球轴承实现轴向定位，并承受压缩机中的轴向力；转子两端的圆柱滚子轴承使转子实现径向定位，同时承担压缩机中的径向力。在压缩机机体的两端，合理的配置一定形状和大小的孔口，一个供吸气使用，称之为吸气孔口；一个供排气使用，称之为排气孔口。图1.2.4 螺杆压缩机结构示意图2）螺杆压缩机工作原理同其它回转压缩机的工作原理一样，螺杆压缩机的工作循环可分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转子的旋转，每对相互啮合的转子齿相继完成相同的工作循环，从而达到压缩气体的目的。如图1.2.5所示，为螺杆压缩机工作原理图。A 吸气过程 螺杆压缩机无进气与排气阀组，其进气通过一个调节阀控制。随着转子开始转动，齿的一端逐渐脱离啮合而形成齿间容积，这个齿间容积不断扩大，在其内部形成一定的真空，而此齿间容积仅与吸气口连通，在压差的作用下气体流入其中，压缩机开始吸气，如图1.2.5a所示；随着齿间容积继续扩大并与吸气孔口保持连通，进入其中的气体量不断增多，如图1.2.5b所示；当齿间容积达到最大值，随着转子的旋转，该齿间容积与吸气孔口断开，其不再增加，吸气过程结束，如图1.2.5c所示。B 压缩过程 吸气过程结束之后，转子齿面和机体内壁形成一个封闭的容积，随着转子的转动，该封闭容积的体积不断减小，包含在其中的气体被压缩，压力升高，如图1.2.5d所示；压缩过程可一直持续到齿间容积即将与排气孔口连通之前，如图1.2.5e所示。图1.2.5 螺杆压缩机工作原理图C 排气过程齿间容积与排气孔口连通时（此时压缩空气压力最高），即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出，如图1.2.5f所示。这个过程一直持续到齿末端的型线完全啮合，此时齿间容积的气体通过排气孔口被完全排除，封闭的齿间容积的体积将变为零。通过上述三个过程，螺杆压缩机转子周而复始的作周期性运动，实现压缩气体的目的。3）螺杆压缩机适用范围A 喷油螺杆空气压缩机 喷油螺杆空气压缩机分为固定式和移动式两种。固定式的使用场所不变，用电动机驱动，主要为各种气动工具及气控仪表提供压缩空气；移动式适合于在野外流动作业场所，采用内燃机或电动机驱动。动力用喷油螺杆空气压缩机已经系列化，一般都是在大气压力下吸入气体，单级排气压力有0.8Mpa，1.1 Mpa和1.4 Mpa等不同形式。用于驱动大型风钻的两级压缩机，排气压力可以达到2.6 Mpa。目前，喷油螺杆空气压缩机的容积流量范围为0.2100m3/min，由于其具有无可比拟的优势（这点在下面详细阐述），喷油螺杆式空气压缩机取代活塞式压缩机成为一种必然的趋势。同时由于油气分离和气体净化技术的发展，喷油螺杆空气压缩机越来越多的被用到对空气品质要求非常高的场合，如食品、医药和棉纺等行业，占据了很多原本属于无油压缩机的市场。B 喷油螺杆制冷压缩机螺杆制冷压缩机均采用喷油润滑的方式运行。按与电动机联接方式的不同，可分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。半封闭式和全封闭式喷油螺杆制冷压缩机能够有效的防止制冷剂和润滑油的泄漏并消除了开启式机组中电动机冷却风扇的噪声，被广泛的运用于民用住宅和商用的中央空调系统中。此外，螺杆制冷压缩机还用于工业制冷、食品冷冻、冷藏以及各种交通运输工具的制冷装置中，而具有更加广泛的市场。C 喷油螺杆工艺压缩机喷油螺杆工艺压缩机用来压缩各种工艺流程中的气体，其与喷油螺杆制冷压缩机的要求相似，通常喷油螺杆工艺压缩机是由喷油螺杆制冷压缩机改制而成，运行于设计工况之内。D 干式螺杆压缩机干式螺杆压缩机的压缩过程中没有液体内冷却和润滑，机体内阴、阳转子的转动依靠同步齿轮传动，这种压缩机常用于对压缩气体品质要求较高的场合，其可用来作为空气压缩机或工艺压缩机。干式螺杆压缩机转速往往很高，对轴承和轴封的要求较高，而且排气温度也较高，单级压缩比小。E 喷水螺杆压缩机 为了降低干式螺杆压缩机的排气温度，提高单级排气压力，开发了向压缩腔喷水的无油螺杆压缩机。但由于水润滑性差，因此在这类压缩机中也设有同步齿轮，其结构与干式螺杆压缩机基本相同。在压缩腔与轴承、齿轮间也需要可靠的轴封，以实现喷入的水与润滑油的有效隔离。F 其它螺杆机械螺杆压缩机可作为真空泵使用，单级真空度可达到98；与螺杆压缩机功能相反的螺杆膨胀机可用于高压气体的动力回收和低品味热源的动力转换等场合；与螺杆压缩机类似的螺杆多相混输泵可进行油、气、水多相混输，用于降低采油成本和提高油井产量；螺杆机作为注塑机和挤出机，在塑料行业中得到广泛的应用等。1.3 双螺杆压缩机和活塞压缩机的比较1.3.1 双螺杆空压机和活塞空压机是目前市场上的主导产品空压机有很多种类，目前占主流地位的有螺杆空压机和活塞空压机。而螺杆空压机因具有活塞空压机无可比拟的优越性，市场潜力极大，大有取代活塞空压机之势。往复活塞空压机的历史非常悠久，公元前1500年，我国商代的木质风箱已经具备了活塞空压机的几大重要部件气缸、活塞、活塞环和气阀。往复活塞空压机种类很多，但其基本压缩原理是一样的。即依靠活塞在气缸里的往复运动，使气缸、活塞、气缸盖、阀板等等元件所组成的容积产生变化，配合自动气阀的动作，来吸入、压缩和排出压缩空气。双螺杆空气压缩机诞生于20世纪30年代。它由一对平行布置相互啮合的转子和机壳组成，依靠运转时容积的变化来吸入、压缩和排出空气,其中,吸排气依靠吸排气腔的自动通断而没有吸排气阀, 主要运动件之间没有直接的摩擦。具有极简单的机械结构，极高的机械可靠性和优良的动力平衡性，操作和维护也十分方便。至20世纪70年代，双螺杆空气压缩机已趋于完善和成熟，是目前市场上的主导产品。目前，国内外著名压缩机企业生产的螺杆空压机几乎都是双螺杆。1.3.2 螺杆空压机的优势劣势分析（1）螺杆空压机的优势：1）高效、节能。与同规格的活塞空压机相比，螺杆空压机可以节能10%以上。例如，排气量为21m3/min，排气压力为0.7Mpa的活塞式空压机轴功率为132kW，而相应的螺杆空压机轴功率为110kW。2）可靠性高、寿命长。螺杆空压机的主机零部件少，主要零件仅仅有主副转子、机壳、吸排气盖和吸气端盖等六个，其他为标准件。而且主副转子间实际上是有间隙的，没有磨损，大修间隔仅受制于轴承寿命，厂家的保固期甚至长达十年。而活塞空压机的主要零件有数十个，且磨损强烈，大修间隔仅有数千小时，厂家的保固期最多只有一年。运行费用低。3）操作维护方便。螺杆空压机自动化程度高，操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转。4）环保。喷油螺杆空压机带有油分离系统，压缩空气含油量少；而活塞空压机没有油分离系统，随排气进入大气的润滑油量大大高于螺杆空压机。而螺杆空压机因排气温度低，转子间没有摩擦，也更容易实现无油化。5）体积小、重量轻，节约材料。螺杆空压机主机体积重量只有活塞空压机主机的几分之一（按规格大小，具体数值有所变化），节约宝贵的矿产资源。6）动力平衡性好。螺杆空压机没有不平衡惯性力，可以平稳地高速运转，振动很小。无需基础。噪声低。特别适用于制成移动式用于采矿等室外作业。而活塞空压机振动大，必须有基础。7）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高的效率，在压缩机结构不做任何改变的情况下，适用于多种介质。8）可耐多相混输。螺杆压缩机的转子间实际上留有间隙，因而能耐液体冲击，可压缩含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。更适用于矿山等多粉尘环境。（2）螺杆空压机的劣势：1）螺杆压缩机主机生产投资大，精度要求高。由于螺杆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加工，转子和壳体等的加工精度都很高；而且螺杆副的设计要求也很高，世界上也只有少数大学和跨国公司掌握其设计和制造技术，我国目前只有西安交通大学和开山集团等掌握了国际先进的螺杆副的设计和制造技术。在加工设备上，我国目前还不能生产螺杆主机的精加工设备和测量设备，而进口设备价格昂贵。所以说，螺杆空压机主机生产的技术门槛和资金门槛都很高。目前，国内螺杆空压机主机和整机的关键控制件几乎完全倚赖进口。2）螺杆空压机不适用于非常规的高压（4Mpa）和微型（0.2m3/min）的场合。但几乎已完全覆盖了常规场合所使用的规格范围。 3）螺杆空压机的价格高于活塞空压机，尤其在微小排量机型里。从上述螺杆空压机和活塞空压机的优势和劣势比较可以看出，在常规的规格领域，除了技术和资金门槛高外造成倚赖进口而使价格高外，螺杆空压机本身没有任何劣势。所以在经济较为发达的国家如欧美，在1m3/min以上规格的常规压力空压机几乎已经完全取代了活塞空压机。表1.3.1 螺杆空压机和活塞空压机比较表双螺杆空压机活塞空压机适用范围常规领域。不适用于微小排气量和高压场合。使用范围大。在微型领域有独特的成本优势。在超高压领域是唯一的选择。力的平衡性好。没有不平衡惯性力，虽有不平衡气体力，但对运转平顺性影响小。差。曲轴旋转、活塞速度变化大，产生很大的惯性力。振动、噪声小，无须基础。大。除微型机外一般需要基础。气流脉动和管道振动小大效率和能耗效率高。能耗降低1525%。摩擦副多，转速低，效率低，能耗高。主机结构简单复杂体积和重量转速高，体积小、重量轻，节约原材料。转速低，体积大、重量重。驱动方式小型机多为皮带驱动。中、大型机多为电机直联，转速高时加增速齿轮。多为皮带传动。轴承受径向力大，曲轴受弯矩大，易引发故障。装配性零部件少，结构简单。但装配、调整要求高。零部件多，结构复杂，一般需在总装时现场调整。外观一般为箱式，整体性好，占地面积小，整齐美观。一般没有外罩，整机结构较散，占地面积较大，且呼吸阀有油雾冒出，机身易积油污，不美观。易损件主机无易损件。整机只有三滤是易损件。易损件多。主机的气阀和活塞环都是易损件。可靠性和寿命高和长。主机转子无磨损，寿命仅受限于轴承寿命，一般可达6万小时以上。更换轴承后又像新机一样。摩擦副多，机械损耗大，负载变化大，故障率高，寿命短。阀片、活塞环等易损件寿命仅数千小时。因不能将所有运动件都更换，所以不可能修旧如新。操作和维护自动化程度高，操作和维护简单方便，可无人值守。自动化程度低，备件多，操作和维护复杂。可维修性难得需要维修，但对维修人员要求高。易损件更换频繁，维修工作量大，但维修难度较低。压缩空气质量排气温度低，排出前经油气分离过滤，含油量和含杂质量低。而且，气流脉动小，可以配较小的储气罐，甚至有时可不另配储气罐。压缩空气质量好。排气温度高，一般机组上不设油气分离过滤装置，含油量和含杂质量高。而且，气流脉动大，必须配较大的储气罐，压缩空气质量差。对环境的影响少。除了排放冷凝水外，没有其他排放。而且，节能、节约原材料和使用寿命长本身也是一种间接的环保。除了排放冷凝水外，还有呼吸阀有油雾冒出污染环境。购置成本高。低。使用成本因节能，操作维护方便，可无人值守，备件少，维修维护工作量少，油耗低，机器产气稳定，使用成本低。能耗大，备品备件多，维修维护工作量大，随时间推移产气量 下降，油耗增加，寿命短等，使用成本高。耐久性主要运动件没有直接摩擦，出力稳定，排气量不随时间下降，旧机的工况一如新机。使用一段时间后，因运动件磨损，工况变恶劣，排气量下降，油耗增加，振动噪声增大。尽管对于生产企业来说,双螺杆空压机主机和关键控制部件生产的技术和资金门槛很高,生产很不容易。但是对于用户来说，由上表的分析可知，在双螺杆空压机的适用范围里，与相应的活塞空压机比较，双螺杆的唯一缺点是购置成本高，但是，这完全可以从双螺杆的低使用成本和高寿命中得到弥补,实际上,购置成本只占整个成本很小的比例。下面举例说明。如果有一个用户，要买一台20m3/min，0.7MPa的空压机，计划使用十年，运行时间折合满载30000小时，我们给他设计两种方案，见下表：表1.3.2双螺杆空压机和活塞空压机使用经济性比较举例表双螺杆空压机活塞空压机购置费用15万9万配套功率110千瓦132千瓦耗电330万度396万度电费支出（按1元/度）330万元396万元*部分载荷或空载时电能多损耗之电费支出调节功能完善，按8万度计8万元16万度计16万元*维护费支出三滤和润滑油约6万元约4万元*维修费支出保养得当一般没有维修约5万元*更换新机费用无9万总支出359万元439 万元总费用比较节约80万元多支出80万元*这部分按工况的变化而变化，如果用气量稳定且与空压机排气量匹配的好，则这部分损失小，反之，损失大。* 如果是皮带传动的螺杆机，则需更换皮带。* 活塞空压机的后处理装置负担要重些，可能会增加后处理装置的维护维修费用。*还有一个因素要考虑的，就是活塞空压机用过一段时间后，会因磨损而使排气量降低，如果选型的时候余量考虑不够，会造成气不够用，影响生产效率，有时须再增加一台小排量的空压机以弥补，这也是额外的开支。而螺杆空压机的排气量永远不会下降。1.4 双螺杆压缩机和单螺杆压缩机的比较图1.4.1双螺杆压缩机转子示意图1.4.2 单螺杆压缩机结构示意图1. 4.3 双螺杆压缩机转子受力示意 图1.4.4单螺杆压缩机转子受力示意1.4.1 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，螺杆空气压缩机在160m3/min的流量和16kg/cm2的压力范围内，在欧、美、日等经济发达国家几乎完全取代了活塞空气压缩机，而其中99%以上是双螺杆空气压缩机。1.4.2 双螺杆空气压缩机简介：双螺杆空气压缩机诞生于20世纪30年代。它由一对平行布置相互啮合的转子和机壳组成，依靠运转时容积的变化来吸入、压缩和排出空气。具有极简单的机械结构，极高的机械可靠性和优良的动力平衡性，操作和维护也十分方便。至20世纪70年代，双螺杆空气压缩机已趋于完善和成熟，是目前市场上的主导产品。目前，国内外著名压缩机企业生产的螺杆空压机几乎都是双螺杆,一般所说的螺杆空压机即指双螺杆空压机。1.4.3 单螺杆空气压缩机简介：单螺杆空气压缩机诞生于20世纪60年代。从名字上看，它只有一根螺杆转子，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星轮所组成。单螺杆空压机在工作原理上有自己的特点，即有极好的动力平衡性能，但由于存在着一些难以解决的难题使得其一直没有得到大规模的推广，主要是星轮过早磨损，加上变形不均匀引起的啮合精度难以保证，造成整机排气量下降，机械稳定性降低，因而故障率高，寿命短，应用的经济性极差。目前，国内外著名压缩机企业只有日本的三井公司在生产单螺杆空压机。表1.4.1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最佳型线没有找到最佳星轮材料使用后排气量下降严重故障率高、寿命短适用范围0.2100m3/min的流量40kg/cm2的压力因啮合副精度要求高,容量难以向两极发展,适用范围小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，一般3000小时后排气量降低510%。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。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略高，但是最新一代型线-SKK型线的螺杆空压机，已与单螺杆相当。 因受力平衡，星轮传动声低等原因，振动和噪声很低，这是目前单螺杆机唯一的优点。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，SKK采用大轴承，寿命更长。短。受制于星轮寿命。综上所述，可知，双螺杆空压机与单螺杆空压机相比，有着转子间没有摩擦的绝对优势。唯一的缺点就是气体力平衡性差点，转子间有金属冲击声等造成在振动和噪声上以及轴承受力上没有单螺杆那样的先天优势。但是，SKK双螺杆空压机通过改进型线，降低转速，加大转子和轴承，提高加工装配精度以及设计平衡机构等措施，其振动和噪声也已达到了近乎完美的境界。 反观单螺杆空压机，却有三个短期内难以消除的较为致命的缺点：一是还没有找到最佳的型线。二是星轮磨损。三是结构复杂，运动件刚度相差大使变形不均匀。啮合副精度要求特别高,加工难以保证且会因磨损降低。 打个比方，好比一辆汽车，用轮胎在路面上做纯滚动前进而没有打滑，则轮胎寿命会非常长，就和双螺杆一样，（实际上轮胎是有打滑的，尤其在起步停车加减速时打滑就更厉害）。如果轮胎滑动着前进，那么，轮胎的寿命可想而知了，就和单螺杆一样。另外，目前有一种误解(包括书上)，即单螺杆的容积效率要高于双螺杆，这是不正确的。原因在表1有陈述，而且，笔者的经历也证实了这一点：即使是目前世界上最好的三井单螺杆机，其效率也低于好的双螺杆。 还有一种说法,称单螺杆的允许单级压缩比较大,甚至声称可达6MPa，这也是不正确的。实际上因为高低压腔间的泄漏原因，目前市场上的单螺杆与双螺杆的单级压缩比基本一样。 总的概括起来,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。 其实，双螺杆空压机与单螺杆空压机的市场表现，已经很好地反映了它们之间的差异。第2章 SKK螺杆压缩机主机螺杆机械是重大装备业的重要组成部分，按其运用可分为螺杆空气压缩机、螺杆制冷压缩机、螺杆工艺压缩机、螺杆工业泵、塑料机械（注塑机、挤出机）、螺杆真空泵、螺杆膨胀机等，它们的核心部件都是螺杆副。螺杆机械的关键核心技术主要掌握在国外公司手中，螺杆机械的精密加工制造能力的严重不足以及加工工艺落后，使得国内螺杆机械不能得到真正的发展，导致国内螺杆机械主要依靠进口，而进口螺杆主机的价格相对昂贵，造成其价格居高不下，急需有规模较大的专业国内螺杆压缩机主机制造企业为之配套。开山集团以振兴民族工业为己任，与西安交通大学压缩机研究所合作开发了一系列SKK螺杆压缩机主机，为中国民族工业造“芯”。2.1 SKK螺杆压缩机主机技术规范 图2.1.1 SKK螺杆压缩机外形图图2.1.2 SKK螺杆压缩机转子外形图46表2.1.1 SKK螺杆主机技术规范表序号牌号基本型号功率范围（kw）功率（kw）排气压力（Mpa）转速（rpm）排气量（m3/min）备注1SKK00LG7.55.50.7/0.850600.91.044900.81.339300.67.50.7/0.869001.21.061001.01.353000.82SKK01LG157.5157.50.7/0.827701.21.023001.01.319500.8110.7/0.841501.81.034601.51.327701.2150.7/0.856002.41.050502.21.341501.83SKK02LG2218.53018.50.7/0.829403（直联机型）1.027002.71.323002.3220.7/0.835403.6SKK12（直联机型2940）1.032003.21.329403300.7/0.848505.11.044004.51.336003.74SKK12LG2218.5220.7/0.835403.6直联机型5SKK03LG373729500.7/0.829506直联机型6SKK03LLG37L3755371.026005.51.322204.7450.7/0.834607.51.032006.81.328506.2550.7/0.8423010.51.037008.81.334607.57SKK03LFLG37LF37370.7/0.829506.4直联机型，柴动8SKK13LG37L45450.7/0.833007.59SKK04LG5555550.7/0.8297010直联机型1.026408.61.323007.710SKK04FLG55F55550.7/0.822007.4直联机型，柴动11SKK14LG5575750.7/0.8405013.6直联机型750.7/0.8360012直联机型12SKK05FLG9090900.7/0.82100120.7/0.82950161.0186010.51.316309.313SKK06LG1101101100.7/0.8297020直联机型1.0264017.51.3230015.514SKK161321320.7/0.8356024SKK08F1601600.7/0.843202915SKK09LG2502502500.7/0.8147045.3直联机型1.01300401.311403516SKK09G+序号LG2503153150.7/0.8185057直联机型SKK09G117SKK101717高压机型，直联18SKK112622序号代号齿轮速比1SKK02G11.19962SKK02G21.64303SKK03LG11.11974SKK04G11.36365SKK04G21.21216SKK06G11.27SKK06G21.45458SKK09G11.25859SKK04G31.56注：1、“SKKXXG+序号”为带变速箱SKK螺杆主机，其中：SKKXX螺杆主机牌号；G变速箱；序号根据齿轮速比的不同以自然数1、2、3编制。如表2-3所示，为齿轮箱速比表。本公司可以根据用户的需求开发出相应的螺杆主机机型。 表2-3 齿轮箱速比表2、“SKKXXF”为柴油移动螺杆压缩机系统专门开发机型，亦可根据需要用于电动压 缩机系统。 3、本表涵盖了已经开发的和将要开发的SKK螺杆压缩机主机，本公司会根据具体的开发计划和进度对本表进行相应的调整和补充。如有变动，请恕不另行通知。2.2 SKK螺杆压缩机主机特点介绍2.2.1 开山公司SKK螺杆主机设计理念（1） 采用委托西安交大设计的最新专利型线（专利权属开山），为双边非对称的最新一代阴转子、阳转子，它们的组成曲线全部为圆弧及其包络线，齿数比根据实际情况为小功率机型和大功率机型量身定做,小功率机型为5：4（45KW）,大功率机型为6：5（ 55KW）,以得到最佳的性能。与其他已有技术相比，具有完全实现“曲面对曲面”密封，从而有助于形成流体动力润滑膜，降低通过接触带的横向泄漏，提高压缩机效率；以及改善转子的加工、检验性能，采用大转子、低转速设计思路后，可以降低噪声和振动，提高转子刚性，延长使用寿命，相对减小对加工精度、杂质和油碳化物敏感性的优点。（2） 大转子、大轴承、低转速。如3.6立方3700转，6、10、16、20立方2970和2980转，40立方1490转。以降低振动噪声，延长寿命。（3）大排量的主力机型均为不带齿轮箱的直联机型，大排量的非主力机型由齿轮增速变型。以改善转子和轴承受力，降低成本。（4） 除大直径转子外，在长径比的设计上也充分考虑转子刚性。（5） 在型线设计上充分考虑加工精度、装配、使用情况的可能波动。（6）转子接触带及附近为纯滚动啮合。（7）后轴承座与机壳设计成一体，更易保证精度，避免加工、装配误差。（8）采用瑞典SKF四点轴承，更易装配和维修。（9）轴承由循环油流进行冲洗、冷却、润滑，有效改善轴承的工作条件，降低主机的工作温度。（10）进气关闭、排气打开时机，喷油口、回油口位置等均按交大最新研究成果设计。（11）从上述设计理念可知开山螺杆主机有以下优点：（12）振动小、噪声低、可靠性好、寿命长。噪声不但低，而且频率低，相对柔和，没有其他品牌常有的尖叫声，不影响在机器边的交谈。（13）易于加工、装配、维修。（14）工况适应性好，对杂质和油碳化物不敏感，不易咬死。（15）精密度高、效率高、能耗低。（16）方便用户配套。2.2.2 开山公司SKK螺杆主机的制造手段（1）转子采用锻钢件并经热处理。（2）螺杆转子螺旋面采用粗铣后精磨的工艺保证精度。以精磨代替精铣，砂轮能够自动进行修正，可以得到极高的加工精度、稳定的加工质量、更合理的啮合间隙、高的表面硬度（表面处理后再磨）。（3）机壳等铸件经过足够的时效处理和二次回火，消除铸造和加工应力。（4）精加工均采用世界顶级的进口设备。（5）转子螺旋面的磨削采用英国全数控转子专用磨床，有在线检测和自动修正偏差的功能，精度和加工稳定性极高。（6）转子外圆、轴伸和端面轴肩的磨削采用英国全数控磨床，精度和加工稳定性极高。（7）壳体和端盖的加工采用日本的加工中心，精度和加工稳定性极高，该加工中心经常被当作工作母机（如机床）的加工设备。（8）零件检测采用世界上精度最高的德国三坐标测量仪。（9）采用世界上最好的德国转子平衡机校转子平衡。2.2.3 与国际同类对比测试：目前，开山集团的中小型SKK螺杆主机已经全面投入批量生产，为了确认产品的技术水平，开山公司选取了最量大的产品： 18.530KW的螺杆主机，即SKK02型主机，由浙江省空压机及风动工具质量检验中心进行全性能检测。对比原来采用德国进口的同规格范围的螺杆主机在国家压缩机制冷设备质量监督检验中心检测的结果，对比发现，该项目的产品的各项性能指标已经全面超越了进口产品的水平，达到了国际同类产品的先进水平。表1.4是有关主机的主要测试结果的对比：表2.2.1 SKK主机与某进口主机的测试对比检验项目单位标准规定SKK主机检验数据进口主机检验数据检验报告编号浙质检字2006ZK0003号2003YS266比功率Kw.min/m376.126.32噪声声功率级dB（A）1048897.3振动烈度mm/s7.13.64.5可见，SKK螺杆主机产品主要性能指标已经超越德国产品的水平。经省级鉴定，主要性能指标达到了国际同类产品的先进水平（浙经贸技鉴（验）字2006163号）。2.3 SKK螺杆压缩机主机使用维护 螺杆压缩机结构简单，几乎没有易损件，维护方便，螺杆压缩机的寿命取决于轴承的寿命。下文将从螺杆主机运行的角度简单谈谈SKK螺杆压缩机的使用和维护。2.3.1 干净的工作环境螺杆压缩机的工作容积留有间隙，在气体压缩过程中，这些间隙成为气体的泄漏通道。为了提高压缩机的容积效率，减少气体泄漏量，需要将这些间隙调整到很小的数值，这些由高精密机加工保证。由于这些间隙值很小，使得螺杆压缩机工作腔室不允许有任何的杂质出现，否则螺杆压缩机极易发生咬死现象。同时，螺杆压缩机所用轴承属于精密部件，杂质的存在也会导致轴承的损坏，进而影响螺杆压缩机的运行直到转子咬死。这就要求螺杆压缩机在安装和维护过程中，一定注意保持压缩机机体内的清洁。特别注意空滤芯的清理与更换。2.3.2 轴封的更换与安装轴封用来防止压缩机中的润滑油从吸气端泄漏出来，轴封的寿命建立在正确安装和使用的基础上。与螺杆压缩机的其它部件相比，轴封算是一个易损件。相对于轴封的外圈与其腔室可能产生的泄漏，通过轴封的唇部与轴（或油封轴套外圆）产生的润滑油泄漏几乎是轴封漏油的原因所在，所以在安装轴封的时候要特别保护其唇部不受损坏，这就有必要借助于一定的工装，如图2-3所示，为油封的安装示意图。图2.3.1 油封安装示意图(a)（导套）图2.3.1 油封安装示意图(b)表2.3.1 工装尺寸表d1（mm）316061100101150d2（mm）d12d13d14d152.3.3 润滑油喷入螺杆压缩机中的润滑油的作用是润滑、密封、冷却和降低噪音。螺杆压缩机对润滑油的使用有着较为严格的要求，保证润滑油的油品是螺杆压缩机正常运行的保证。当润滑油因为各种原因品质下降后，其润滑和冷却的效果降低，会使压缩腔内工况恶化，温度升高，从而导致润滑油的品质进一步降低，形成恶性循环，严重的话会在压缩腔内发生积碳和咬死的情况。所以，螺杆压缩机润滑油的使用与更换应严格参照其说明书操作。使用开山专用螺杆冷却液。2.3.4 空气滤清器空气滤清器为一干式纸质过滤器，起着将进入压缩机的空气过滤干净并防止杂物进入压缩机工作腔的作用。在条件允许的情况下，应考虑将空气滤清器放置在较为干净的空间内，以提高其使用寿命。滤清器应保持一定的清洁度，否则会在压缩机的进气腔形成一定的真空度，从而人为提高了压缩机的压缩比，进而提高压缩机的排气温度，为压缩机的正常运行带来隐患。