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    壓縮機網(wǎng) >雜志精華>正文

    螺桿壓縮機國產(chǎn)化技術(shù)設計分析

      【壓縮機網(wǎng)】20世紀30年代,瑞典工程師Alf Lysholm在對燃氣輪機進(jìn)行研究時(shí),希望找到一種作回轉運動(dòng)的壓縮機,要求其轉速比活塞壓縮機高得多,以便可由燃氣輪機直接驅動(dòng),并且不會(huì )發(fā)生喘振。為了達到上述目標,他發(fā)明了螺桿壓縮機。

      在理論上,螺桿壓縮機具有發(fā)明者所需要的特點(diǎn),但由于必須具有非常大的排氣量,才能滿(mǎn)足燃氣輪機工作的要求,螺桿壓縮機并沒(méi)有在此領(lǐng)域獲得應用。盡管如此,Alf Lysholm及其所在的瑞典SRM公司,對螺桿壓縮機在其它領(lǐng)域的應用,繼續進(jìn)行了深入的研究。

      1937年,Alf Lysholm在SRM公司研制成功了兩類(lèi)螺桿壓縮機試驗樣機,并取得了令人滿(mǎn)意的測試結果。1946年,位于蘇格蘭的英國James Howden公司,第一個(gè)從瑞典SRM公司獲得了生產(chǎn)螺桿壓縮機的許可證。隨后,歐洲、美國和日本的多家公司也陸續從瑞典SRM公司獲得了這種許可證,從事螺桿壓縮機的生產(chǎn)和銷(xiāo)售。最先發(fā)展起來(lái)的螺桿壓縮機是無(wú)油螺桿壓縮機,1957年噴油螺桿空氣壓縮機投入了市場(chǎng)應用,1961年又研制成功了噴油螺桿制冷壓縮機和螺桿工藝壓縮機。通過(guò)隨后持續的基礎理論研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試驗,通過(guò)對轉子型線(xiàn)的不斷改進(jìn)和專(zhuān)用轉子加工設備的成功開(kāi)發(fā),螺桿壓縮機的優(yōu)越性能得到了不斷的發(fā)揮。

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      人機料法環(huán)測是工業(yè)企業(yè)管理中的六個(gè)要素,包括:

      1、人(Man):操作者對質(zhì)量的認識、技術(shù)熟練程度、身體狀況等,是團隊最寶貴的資源。對于企業(yè)來(lái)說(shuō),不僅需要領(lǐng)袖型人才為技術(shù)掌舵,更需要建立延續發(fā)展的人才機制。

      2、機器(Machine):機器設備、測量?jì)x器的精度和維護保養狀況等。

      3、材料(Marterial):材料的成分、物理性能和化學(xué)性能等。

      4、方法(Method):生產(chǎn)工藝、設備選擇、操作規范等。研發(fā)系統的創(chuàng )新,設計計算軟件開(kāi)發(fā)與應用(圖例:SCCAD)

      5、測量(Measurement):測量時(shí)采取的方法是否標準、準確等。

      6、環(huán)境(Environment):工作地的溫度、濕度、照明和清潔條件等。

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      螺桿壓縮機基礎理論、設計方法及實(shí)際應用:

      1.轉子型線(xiàn)設計;2.幾何特征計算;3.熱力性能計算;4.工作過(guò)程數學(xué)模擬;5.轉子受力計算;6.刀具刀型計算;7.典型零件設計;8.主機結構設計;9.機組系統設計。

      螺桿壓縮機是一種容積式壓縮機,它通過(guò)一對相互嚙合的螺旋形轉子來(lái)壓縮氣體。其設計理論主要包括以下幾個(gè)方面:

      1.轉子設計:螺桿壓縮機的轉子是其核心部件,其設計需要考慮轉子的幾何形狀、齒形、螺旋角等參數。通過(guò)對轉子的設計,可以提高壓縮機的壓縮效率和穩定性。(1.轉子型線(xiàn)設計;2.幾何特征計算)

      2.(1)氣體熱力學(xué):螺桿壓縮機的設計需要考慮氣體的熱力學(xué)性質(zhì),如壓力、溫度、體積等。通過(guò)對氣體熱力學(xué)性質(zhì)的分析,可以確定壓縮機的壓縮比排氣溫度等參數。

     ?。?)流體力學(xué):螺桿壓縮機的壓縮過(guò)程中涉及到氣體的流動(dòng),因此需要考慮流體力學(xué)的因素。通過(guò)對氣體流動(dòng)的分析,可以確定壓縮機的排氣量、排氣壓力等參數。(3.熱力性能計算;4.工作過(guò)程數學(xué)模擬)

      3.機械設計:螺桿壓縮機的機械設計需要考慮到轉子的受力情況、軸承的壽命、密封件的可靠性等因素。通過(guò)對機械設計的優(yōu)化,可以提高壓縮機的可靠性和使用壽命。(5.轉子受力計算;6.刀具刀型計算;7.典型零件設計)

      4.控制系統:螺桿壓縮機的控制系統需要考慮到壓縮機的運行狀態(tài)、排氣壓力、排氣溫度等參數。通過(guò)對控制系統的設計,可以實(shí)現壓縮機的自動(dòng)控制和保護。(8.主機結構設計;9.機組系統設計)

      一、螺桿機的構成

      以噴油螺桿壓縮機為例,機組系統包含:電動(dòng)機、聯(lián)軸器、壓縮機、氣路系統、油路系統、容積流量調節系統、冷卻系統、分離系統、隔音罩總成以及控制系統。

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      二、國內螺桿主機近十多年結構上的發(fā)展

      (1)單級螺桿壓縮主機

      ·七大件:進(jìn)氣端蓋、進(jìn)氣軸承座、壓縮汽缸、排氣軸承座、排氣端蓋、陰轉子、陽(yáng)轉子。

      ·六大件:密封端蓋、進(jìn)氣軸承座、壓縮汽缸、排氣端蓋、陰轉子、陽(yáng)轉子。

      結構的變化:不僅降低了采購原材料成本,還降低了加工、裝配等成本,提高了產(chǎn)品的裝配精度。

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      (2)兩級垂直螺桿壓縮主機

      ·單電機垂直雙極

      ·雙電機垂直雙極

      (3)兩段水平螺桿壓縮主機

      ·單電機水平雙極

      ·雙電機水平雙極

      (4)永磁一體螺桿壓縮主機

      ·單極永磁一體

      ·雙極垂直一體

      ·雙極水平一體

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      螺桿空壓機單級壓縮和雙級壓縮的區別:

      1、單級壓縮

      螺桿壓縮機單級壓縮主要是指一臺螺桿壓縮機完成全部壓縮的過(guò)程。在這種情況下,壓縮機將氣體吸入,將其壓縮并將其排氣到下一個(gè)階段。這個(gè)過(guò)程被認為是單級壓縮。

      單級壓縮的主要優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單,維護成本相對較低。但這種類(lèi)型的空氣壓縮機的壓縮范圍有限,只能壓縮到一個(gè)特定的壓力。當需要高壓空氣時(shí),這種壓縮機就無(wú)法滿(mǎn)足要求。因此,許多壓力需求較高的應用需要使用雙級壓縮。

      2、雙級壓縮

      螺桿空壓機雙級壓縮由兩個(gè)部分組成,每個(gè)部分都有一個(gè)螺桿壓縮機。在第一個(gè)部分,氣體被壓縮到一個(gè)相對較低的壓力,然后被輸送到第二個(gè)部分。在第二個(gè)部分,氣體被壓縮到所需的最終壓力,并被輸送到下一個(gè)系統。

      雙級壓縮相對于單級壓縮的主要優(yōu)點(diǎn)是它可以用更少的功率完成更高程度的壓縮。這是由于雙重壓縮將兩個(gè)壓縮機的能力相結合,而單級壓縮只有一個(gè)壓縮機。

      同時(shí),雙級壓縮可以處理更大的流量,也就是說(shuō),可以在更短的時(shí)間內完成對氣體的壓縮,提高了生產(chǎn)效率。但這種類(lèi)型的螺桿空壓機結構相對復雜,成本也相對高一些。

      永磁變頻壓縮機和工頻螺桿壓縮機的區別:

      1.工作原理不同

      永磁變頻壓縮機和工頻螺桿壓縮機的工作原理不同。永磁變頻壓縮機利用永磁同步電機來(lái)提供動(dòng)力,將空氣壓縮到所需的壓力。而工頻螺桿壓縮機則利用兩個(gè)螺桿相對旋轉的原理,將氣體逐漸壓縮到所需的壓力。

      2.動(dòng)力系統不同

      永磁變頻壓縮機和工頻螺桿壓縮機的動(dòng)力系統也不同。永磁變頻壓縮機采用永磁同步電機,通過(guò)變頻器調節轉速,控制壓縮機的輸出。而工頻壓縮機則通過(guò)電機帶動(dòng)螺桿相對旋轉,提供壓縮機的動(dòng)力。

      3.使用效率不同

      相比之下,永磁變頻壓縮機的使用效率更高。由于采用永磁同步電機作為動(dòng)力源,可以實(shí)現高效的能源利用,有效節約電費。而且在負載波動(dòng)較大的情況下,永磁變頻壓縮機能夠及時(shí)響應調節,確保壓縮機的穩定運行。而工頻螺桿壓縮機在負載波動(dòng)較大時(shí),需要調整壓縮機的轉速,響應較慢。

      4.能耗成本不同

      永磁變頻壓縮機由于具有較高的能源利用效率,因此其能耗成本相對較低。而工頻螺桿壓縮機則需要較高的能源消耗,能耗成本較高。

      5.噪音不同

      永磁變頻壓縮機比螺桿壓縮機產(chǎn)生的噪音更低。在永磁同步電機的幫助下,它們運行時(shí)比工頻螺桿壓縮機更加平穩,振動(dòng)更小,噪音也相應較低。

      從機組的結構上簡(jiǎn)述:使用永磁電機作為動(dòng)力源,與螺桿主機直連,省去了中心托架、聯(lián)軸器等配件,縮小了動(dòng)力系統的整體尺寸并提高了裝配精度,因此機組的整體設計尺寸也隨之減?。ǜ粢粽挚偝傻龋?。

      三、主要零部件的發(fā)展

     ?。?)機體:設計結構的優(yōu)化,機體材料的優(yōu)化。(詳見(jiàn)本文第二節)

     ?。?)轉子:設計結構的優(yōu)化,從圓柱體轉子毛坯至螺桿毛坯。

     ?。?)軸承:軸承選型的優(yōu)化,從依賴(lài)于NSK、FAG、SKF至國產(chǎn)化的替代

     ?。?)密封:

      ·軸封:從依賴(lài)于圣戈班(Saint-Gobain)至國產(chǎn)化的替代。

      ·端面密封:從O型圈、紙墊密封、膠水密封等優(yōu)化。

     ?。?)傳動(dòng)結構:從皮帶、齒輪、直連至永磁一體機的發(fā)展。

      四、加工機床、工藝、檢測設備及工具的發(fā)展

     ?。?)加工機床:

      ·螺桿銑床:QH229半自動(dòng)銑床、2AC銑床、5AC銑床至自行研發(fā)專(zhuān)業(yè)螺桿銑床。

      ·螺桿磨床:德國KAPP磨床、英國Holroyd至自行研發(fā)專(zhuān)業(yè)螺桿磨床。

      ·CNC:從依賴(lài)于進(jìn)口設備至國產(chǎn)設備的替代。

     ?。?)加工工藝:隨著(zhù)工業(yè)4.0的發(fā)展,加工工藝的優(yōu)化,機械手的普及替代了人工,提高了自動(dòng)化程度。

     ?。?)檢測設備、工具:

      ·三坐標測量?jì)x的普及,保證了機殼與螺桿轉子的可靠性。如:三豐(Mitutoyo)、蔡司(Zeiss)、??怂箍担℉exagon)。

      ·檢測工具:專(zhuān)業(yè)檢測工具的創(chuàng )新等。如:螺桿嚙合臺,奇數齒外徑千分尺。

      五、核心技術(shù)的發(fā)展

     ?。?)對稱(chēng)圓弧型線(xiàn):應用于初期的螺桿壓縮機;

     ?。?)不對稱(chēng)型線(xiàn):以瑞典SRM型線(xiàn)系列為主導;

     ?。?)80年代后第三代轉子型線(xiàn):GHH(5:6)型線(xiàn)、X、Sigma(5:7)、日立型線(xiàn)和SRM-D-a、b等型線(xiàn);

     ?。?)各公司又開(kāi)發(fā)自己的專(zhuān)利型線(xiàn)。

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      其它產(chǎn)品的發(fā)展:無(wú)油螺桿鼓風(fēng)機、螺桿真空、雙螺桿移動(dòng)空氣壓縮機、離心機、渦旋機、冷媒壓縮機、車(chē)載壓縮機、噴水單螺桿壓縮機、制氧制氮工藝壓縮機等。

      To be designed in China:Screw compressors

      以中國航天技術(shù)為榜樣,電車(chē)發(fā)展的普及趨勢為動(dòng)力,壓縮機行業(yè)在中國速度帶領(lǐng)下將呈現這樣的發(fā)展趨勢:應用細分、兩極化、高效、節能、環(huán)保、智能化、系統化、信息化、核心技術(shù)開(kāi)發(fā)、機器人應用、模塊化設計等,通過(guò)綜合實(shí)力提升競爭力。

      路漫漫其修遠,相信未來(lái)的中國:一定可以從Made in China成為Designed in China!讓Designed in China成為民族驕傲!

      筆者從業(yè)經(jīng)驗有限,淺談之處有不妥和錯誤之處懇請批評、指正、指導!文章最后,想向行業(yè)的前輩們、老師們、同行們請教三個(gè)問(wèn)題:

      1.中國螺桿機走出國門(mén)的同時(shí),多久的將來(lái)會(huì )在全球有核心競爭力?

      2.雙螺桿噴水壓縮機的難點(diǎn)?

      3.螺桿轉子的型線(xiàn)會(huì )不會(huì )標準化?

    來(lái)源:本站原創(chuàng )

    標簽: 螺桿壓縮機分析  

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