螺桿式空氣壓縮機結構性能研究與分析

  螺桿式空氣壓縮機具有結構簡單、工作可靠和操作方便等一系列獨特的特點，現在已經得到應用。螺桿式壓縮機氣體的壓縮是靠裝置于機殼內互相平行嚙合的陰陽轉子的齒槽的容積變化而達到。轉子副在與它精密配合的機殼內轉動，使轉子齒槽之間的氣體不斷地產生周期性的容積變化而沿著轉子軸線由吸入側推向排出側，完成吸入、壓縮、排氣三個工作過程。進氣過程，轉子轉動時，陰陽轉子的齒溝空間在轉至進氣端壁開口時，其空間較大，此時轉子齒溝空間與進氣口的相通，因在排氣時齒溝的氣體被完全排出，排氣完成時，齒溝處于真空狀態，當轉至進氣口時，外界氣體即被吸入，沿軸向進入陰陽轉子的齒溝內。當氣體充滿了整個齒溝時，轉子進氣側端面轉離機殼進氣口，在齒溝的氣體即被封閉。壓縮過程，陰陽轉子在吸氣結束時，其陰陽轉子齒尖會與機殼封閉，此時氣體在齒溝內不再外流。其嚙合面逐漸向排氣端移動。嚙合面與排氣口之間的齒溝空間漸漸減小，齒溝內的氣體被壓縮壓力提高。排氣過程，當轉子的嚙合端面轉到與機殼排氣口相通時，被壓縮的氣體開始排出，直至齒尖與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時陰陽轉子的嚙合面與機殼排氣口的齒溝空間為零，即完成排氣過程，在此同時轉子的嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到較長，進氣過程又再進行。螺桿空氣壓縮機組是由螺桿壓縮機主機、電動機、油氣分離器、冷卻器、風扇、水分離器、電氣箱以及氣管路、油管路、調節系統等組成。

  結構與性能分析

  螺桿壓縮機是一種雙軸容積式回轉型壓縮機，其主要是主(陽)副(陰)兩根轉子配合，組成嚙合副，主副轉子齒形外部同機殼內壁構成封閉的基元容積;而蝸桿(單螺桿)壓縮機是一種單軸容積式回轉型壓縮機，其嚙合副是由一根蝸桿和兩個對稱平面布置的星輪所組成，由其蝸桿螺槽和星輪齒面及機殼內壁形成封閉的基元容積。

  螺桿壓縮機的機體均分為兩種，一種為皮帶傳動式，另一種為直接傳動式。其中皮帶傳動式較適用于22kW左右功率的壓縮機，是由2個按速度比例制造的皮帶輪將動力經由皮帶傳動;直接傳動式是1個連軸器將電動源與主機結合在一起，蝸桿式壓縮機可以直接帶動蝸桿旋轉，而雙螺桿壓縮機則須再增加一級增速齒輪以提高主轉子的轉速。

  螺桿式空氣壓縮機的主要性能參數即功率、容積流量、吸氣壓力、出口溫度、排出壓力以及轉速等。而在螺桿式空氣壓縮機的設計中，一對相互嚙合的轉子是一個非常重要的參數。因為其與壓縮機的性能緊密相關。螺桿壓縮機的陰陽轉子可以看作是一對相互嚙合的斜齒輪，因此，螺桿壓縮機的陰、陽轉子型線也要滿足嚙合定律。轉子的齒面與轉子軸線垂直面的截交線稱為轉子型線。螺桿壓縮機的轉子型線分為對稱型線和不對稱型線，以及單邊型線和雙邊型線，齒頂中心線兩邊的型線完全相同時，稱為對稱型線。反之，齒頂中心線兩邊的型線不同時，稱為不對稱型線。只在轉子節圓的內部或者外部一邊具有型線，稱為單邊型線。節圓的內、外均有型線，稱為雙邊型線。一般來講，新型線的開發設計直接影響了螺桿式空氣壓縮機的性能，而螺桿式空氣壓縮機性能好壞也取決于型線的設計。

  1、螺桿壓縮機與往復活塞式壓縮機性能比較分析

  活塞式壓縮機是一種傳統的氣體壓縮方式。利用曲軸連桿機構，把原動機軸的旋轉運動轉化為活塞在氣缸中往復運動來提高介質壓力。螺桿式壓縮機是一種回轉式的容積氣體壓縮機，利用螺桿回轉壓縮提高介質壓力?；钊綁嚎s機可以用于很多不同是的設備中，但是在標稱壓力0.7～0.1MPa范圍的空氣系統中，活塞式壓縮機的使用已經開始慢慢的減少，并使用于中小規模的生產，而且往復式的氣體壓縮只能通過調整氣缸的工作個數進行上、卸載，使得在容量方面只能做到級別調節(如100%--76%--33%--0%的三級調節)，并且活塞式壓縮機容易發生液擊而損壞。螺桿式壓縮機通常適用于大中規模的生產，通過滑閥調節能進行無級能量，一般可以在12%～100%的寬廣范圍內進行無級容量調節。表1對于兩種型機的性能進行了詳細的比較分析。

  往復式的運動由于有吸氣、壓縮、排氣等不同過程，故運動中有相當大的噪音和振動;而螺桿壓縮機內螺桿和轉子處于勻速旋轉狀態，圓周運動平穩圓滑，幾乎沒有摩擦，故噪音很低，在低負荷的情況下機組運行平穩、振動小。

  總的來說，活塞式壓縮機由于結構復雜，運動件多，因此維修復雜、頻繁、維護周期短、費用高，而螺桿壓縮機機器結構緊湊，體積小，占地面積少，重量輕;熱效率高，加工件少，壓縮機的零件總數只有活塞式的1/10;機器易損件少，運行安全可靠，操作維護簡單;氣體沒有脈動，運轉平穩，機組對基礎不高不需要專門基礎;運行中向轉子腔噴油，因此排氣溫度低，氨制冷劑一般不超過90℃;對濕行程不敏感，濕蒸汽或少量液體進入機內，沒有液擊危險;可在比下運行，單級壓縮時，氨蒸汽溫度可達-40℃;可借助滑閥改變壓縮行程，可進行10~100%的無級冷量調節。但是也有一些缺點，螺桿壓縮機需要復雜的油處理設備，要求分離效果很好的油分離器及油冷卻器等設備，噪聲較大，一般都在85分貝以上，需要隔聲措施。

  2、螺桿壓縮機與離心壓縮機的性能比較分析

  螺桿壓縮機運動方式和離心式壓縮機相仿，都是高速旋轉機械。并且，隨著科技的進步，現在也有一部分離心式壓縮機取代了活塞式壓縮機，因此螺桿壓縮機與離心式壓縮機的競爭便激烈起來。在全低壓空分裝置中，離心壓縮機得到了較廣的應用。主要用于石油冶煉、石油化工、冶金、空分、動力站、污水處理等領域。表2對于兩種型機的性能進行了詳細的比較分析。

  由于離心式壓縮機的喘振線的存在，和它氣流速度大，對流道內的零部件損害大，因此對于這樣嚴重的影響極大的制約了離心式壓縮機的使用市場。但是大排量的場合還是離心式壓縮機的使用率較高。離心式壓縮機在低壓市場的優勢也比較明顯，但與螺桿壓縮機相比較造價偏高。在一些要求無油的壓縮空曠下，離心式壓縮機也比螺桿壓縮機條件優勢明顯。對于維護上來說，離心式壓縮機的維護費用要比螺桿壓縮機小比較省事。

  總的來說，離心式壓縮機與螺桿壓縮機各有優勢，但是對于空氣質量和大排量上離心式壓縮機占有優勢，在價格與初期成本上則是螺桿壓縮機占有優勢。

  螺桿壓縮機的性能影響分析

  螺桿壓縮機是依靠轉子的不斷嚙合輸出壓縮氣體的，因此主軸轉速的變化，對壓縮機的容積流量、排氣壓力都會產生影響，因此主軸轉速是影響螺桿壓縮機性能的一大因素。當排氣壓力增大，壓縮機功耗也增加，比功率增大，則經濟效益下降，所以排氣壓力對壓縮機的能耗有影響。同時，一些試驗結果表明外界的環境溫度也會對螺桿壓縮機的性能產生影響。在不同季節與不同區域的氣溫相差較大，環境溫度不同則壓縮機的吸氣溫度也不同，這一參數將直接影響了螺桿壓縮機的性能。因此，對于以上影響螺桿壓縮機性能的因素進行分析，將對螺桿壓縮機的使用產生非常大的幫助。

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