無(wú)油螺桿壓縮機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)的分析

鄭升布(北京燕化正邦設(shè)備檢修有限公司， 北京 102500)

無(wú)油螺桿壓縮機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)的分析

鄭升布(北京燕化正邦設(shè)備檢修有限公司， 北京 102500)

無(wú)油螺桿壓縮機(jī)出現(xiàn)在1956年，主要特色是壓縮腔內(nèi)部的介質(zhì)不與潤(rùn)滑油接觸，無(wú)油螺桿壓縮機(jī)也是因此得名，由于設(shè)計(jì)模式化、沒(méi)有易損的部件，無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的可靠性高、操作維護(hù)便利、適用范圍廣，便于進(jìn)行自動(dòng)化改裝，本文主要分析無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)。

無(wú)油螺桿壓縮機(jī)；主機(jī)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

無(wú)油螺桿壓縮機(jī)也被稱為認(rèn)為是干式螺桿壓縮機(jī)的一種，這是因?yàn)槠鋬?nèi)部介質(zhì)不需與潤(rùn)滑油接觸，壓縮腔內(nèi)是干燥的。但與干式螺桿壓縮機(jī)相比，無(wú)油螺桿壓縮機(jī)壓縮腔內(nèi)的氣體并非完全與所有介質(zhì)分離。無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于壓縮機(jī)是密封設(shè)計(jì)的，基本能夠做到有害氣體零泄漏，而且風(fēng)冷和水冷兩種模式均可以適用，同時(shí)，壓力潤(rùn)滑軸承模式有利于延長(zhǎng)軸承的使用壽命、加大尺寸，在工作中也無(wú)需再加裝后過(guò)濾裝置。

1 無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)勢(shì)

無(wú)油螺桿壓縮機(jī)雖然不具備結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，但設(shè)計(jì)是模塊化的，可以根據(jù)需要調(diào)整不同缸徑的設(shè)備，避免整體更換的高昂費(fèi)用。壓縮機(jī)的良好密閉性設(shè)計(jì)則保證了有害氣體不會(huì)外泄。在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)油螺桿壓縮機(jī)可以應(yīng)用于多種不同氣體條件的相關(guān)工作，可以提供風(fēng)冷和水冷兩種冷卻方式，由于潤(rùn)滑方式的不同，軸承的壽命和尺寸都有更大的調(diào)整空間。隔離設(shè)備的存在使汽缸不會(huì)被油蒸汽影響，因此無(wú)油螺桿壓縮機(jī)免去了安裝過(guò)濾裝置的麻煩。十字頭的使用壽命方面也得到了加強(qiáng)，這是由于無(wú)油壓縮的方式避免了側(cè)向力的影響。如果進(jìn)行的是多級(jí)壓縮工作，出色的冷卻系統(tǒng)還可以使二級(jí)以下部件獲得較好的冷卻效果，有利于連續(xù)運(yùn)行[1]。

2 無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)

相較于有油螺桿壓縮機(jī)、注液螺桿壓縮機(jī)，無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)是較為復(fù)雜的，這也是其廣泛應(yīng)用范圍的基礎(chǔ)保障。

通常來(lái)說(shuō)，無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的主機(jī)結(jié)構(gòu)由機(jī)體、陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子、側(cè)端蓋、后蓋、同步齒輪、前機(jī)體、軸承、軸封、活塞以及其他附屬設(shè)備共同組成，需要注意的是，所謂無(wú)油，只是壓縮氣體的過(guò)程中，壓縮腔、陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子不與油類介質(zhì)接觸，但包括齒輪和軸承等在內(nèi)的基礎(chǔ)金屬部件是需要通過(guò)潤(rùn)滑油等材料進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的。在工作進(jìn)行中，轉(zhuǎn)子等相互之間存在一定的距離，不會(huì)發(fā)生直接接觸，通常是由陽(yáng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)同步齒輪，同步齒輪再帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，完成氣體壓縮。

在無(wú)油螺桿壓縮機(jī)主機(jī)內(nèi)部，機(jī)體和負(fù)責(zé)排氣的側(cè)端蓋一般為雙層護(hù)壁結(jié)構(gòu)，在兩層護(hù)壁之間注入水等冷卻液體，保持設(shè)備溫度維持在較安全的范圍，不會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高發(fā)生物理變形等問(wèn)題，機(jī)體通常為金屬材料，比如灰鑄鐵等，轉(zhuǎn)子通常由鋼制成，軸承選用精度較高的鋼制軸承，以確保適應(yīng)高強(qiáng)度工作，軸封通常為浮環(huán)迷宮密封。

2.2 無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的主機(jī)設(shè)計(jì)

(1)轉(zhuǎn)子相關(guān)設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)子相關(guān)設(shè)計(jì)包括轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)、齒頂最佳線速度控制和間隙設(shè)計(jì)三個(gè)方面，轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)方面一般采用雙邊對(duì)稱圓弧型線，這種設(shè)計(jì)有利于去除弧形線上的尖點(diǎn)，完成齒曲線間光滑過(guò)渡，使主機(jī)的工作在實(shí)際使用更加有效率，使用壽命也可以得到延長(zhǎng)。轉(zhuǎn)子可以承擔(dān)的荷載進(jìn)一步提升，隨著無(wú)油螺桿壓縮機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，相關(guān)設(shè)計(jì)還有進(jìn)一步提升的空間，比如半弧形交錯(cuò)設(shè)計(jì)等。齒頂最佳線速度控制的目的是提升無(wú)油螺桿壓縮機(jī)有限容積的使用效率。一般來(lái)說(shuō)，由于壓縮機(jī)本身的密閉性良好，有害氣體等不會(huì)泄露，但受限于部分機(jī)械的總體體積，或者出現(xiàn)操作養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，壓縮機(jī)內(nèi)的氣體、液體可能出現(xiàn)泄露，對(duì)接觸線、轉(zhuǎn)子齒頂、排氣端面造成影響。將陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒頂線速度控制在每秒50-100m的范圍，可以較好的保證無(wú)油螺桿壓縮機(jī)有限容積的使用效率，且不會(huì)由于過(guò)度使用造成構(gòu)件損壞。調(diào)查顯示。嚙合間隙每增大0.01mm，壓縮機(jī)的溶劑效率就會(huì)下降1%以上，在進(jìn)行壓縮機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，如果沒(méi)有特殊要求，嚙合間隙不應(yīng)過(guò)大，一般保持在陽(yáng)轉(zhuǎn)子直徑的3‰-8‰之間，對(duì)于部分有特殊要求的壓縮機(jī)，可以根據(jù)具體需要進(jìn)行調(diào)整[2]。

(2)軸承相關(guān)設(shè)計(jì)。軸承相關(guān)設(shè)計(jì)的核心是軸承的游隙。游隙的大小會(huì)對(duì)軸承的疲勞壽命、噪聲、振動(dòng)等產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響壓縮機(jī)的壽命和效率。為保證壓縮機(jī)主機(jī)在工作時(shí)不會(huì)受到負(fù)面影響，推力軸承的軸向游隙應(yīng)小于排氣端間隙，其范圍大約在0.01mm左右，最大不應(yīng)超過(guò)0.02mm。

(3)壓力比設(shè)計(jì)。過(guò)大的壓力比會(huì)直接造成構(gòu)件受壓變形，尤其是轉(zhuǎn)子等小型、重要構(gòu)件，在調(diào)查中得出的結(jié)果顯示，在壓縮機(jī)工作時(shí)，如果壓縮的壓力比達(dá)到4以上，則排氣溫度將超過(guò)200℃，隨著壓力比增大，排氣溫度也會(huì)進(jìn)一步增大，因此在主機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，如無(wú)必要，壓力比最好不要超過(guò)4。同時(shí)，如果進(jìn)氣和排氣存在較大的壓差，也應(yīng)適當(dāng)控制壓力比，以保證工作需要為前提，壓力比應(yīng)減小。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)油螺桿壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域十分適用，比起有油螺桿壓縮機(jī)和注液螺桿壓縮機(jī)，無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于基本能夠做到有害氣體零泄漏、支持風(fēng)冷和水冷兩種模式、工作中也無(wú)需再加裝后過(guò)濾裝置等。探究其主機(jī)結(jié)構(gòu)，分析設(shè)計(jì)，有利于設(shè)備的進(jìn)一步應(yīng)用和進(jìn)步。

[1]田政方.小型雙螺桿空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué),2014.

[2]楊志.基于負(fù)載平衡配置雙吸螺桿壓縮機(jī)的主機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華東交通大學(xué),2013.

鄭升布(1984- )，男，漢，福建永安人，本科，助理工程師，研究方向：石油化工無(wú)油螺桿壓縮機(jī)檢修質(zhì)量控制分析。