| 单螺杆空气压缩机技术介绍
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1、单螺杆压缩机简介
单螺杆压缩机亦称蜗杆压缩机。1960年由法国人辛麦发恩发明，七十年代主要用作喷油空压机，八十年代由于采用了浮动星轮技术，单螺杆压缩机在技术上才真正成熟，应用范围也日益扩大。该机具有结构简单，工作可靠，体积小等一系列优点，兼有涡旋式压缩机、透平式压缩机和双螺杆式压缩机的优点，而无它们的缺点。
日本大金公司生产的喷油单螺杆冷冻（空调）机，与该公司原生产的喷油双螺杆冷冻（空调）机相比，在满负荷时节能10%-15%在部分负荷时节能25%-40%，免维修间隔时间达4万小时。八十年代出现的不喷油（喷制冷液）单螺杆冷冻（空调）机由于减少了油液粘性剪切损失，比喷油机更节能，制冷系数提高5%，九十年代大型单螺杆冷冻（空调）机的水平全面达到或超过了最节能的透平式冷冻（空调）机，啮合副的寿命长达4万小时，成本却比透平式低得多。
单螺杆压缩机由于螺杆受力完全平衡，给单螺杆压缩机带来三大突出的优势：1、螺杆轴承理论上不受力，轴承寿命特别长。2、单螺杆压缩机振动小，噪声低，对地基及工作场所的要求低。放平即可，无须地脚螺钉等。3、单螺杆压缩机可在高压下工作。如美国德莱塞一兰德公司独家开发的单螺杆工艺用压缩机即使在一级压缩的情况下也很容易达到6.16Mpa,远高于双螺杆压缩机（≤2.8Mpa），更是涡旋式压缩机所不能相比的。
2、国内单螺杆压缩机生产概况
单螺杆压缩机是新一代双密型机电一体产品。北京第一通用机械厂从1974年开始研制，1976年样机通过鉴定，当时啮合副寿命仅数十小时。由于长期未能解决高精度专机、星轮包络面的加工技术和第一代工程技术人员的退休等原因，近年来压缩机的极限寿命徘徊在1500小时左右。
国内研制单螺杆压缩机的单位甚多，但有样机或产品问世的单位不多，其中浙江温岭化工机械厂研制的冷冻机1984年通过省级鉴定，声称产品达到国际水平，被列为省重点项目。由于长期无法解决星轮加工技术已放弃了研制工作。武汉空气压缩机厂研制课题是1986年国家科委重点项目（现已撤消），苏北冷冻机厂研制课题是机电部军工司重点项目（现已放弃研制），七O四所研制课题是国防科工委重点项目（现已暂停）。目前生产单螺杆压缩机的厂商主要有长沙的惠湘、温州的乐清和上海的施耐德、浪潮和飞和等家，其中施耐和浪潮采用乐清的主机。
上述厂商的技术均来源于北一通，因此技术水平没有太大的差别。近年来由于星轮材质的改进和学习端州压缩机研究所发表的论文，改进了机床（增加了阻尼装置）和齿形（三啮合区齿形），产品质量有了很大的提高。以某厂生产的OG-3/7型单螺杆压缩机为例，比功率由初期>7.0（KW/m3.min-1）降至6.6左右，容积效率由约75%提高到83%左右，星轮寿命则延长至近8000h（以排量下降5%，即0.15m3/min计）.与国际水平的单螺杆压缩机或双螺杆压缩机比,容积效率和比功率都是比较落后的，但尚在可接受的范围内。然而8000H的星轮寿命与活塞环的寿命相当，仅为国际水平的几分之一，因此提高星轮寿命是当务之急。
3、影响单螺杆压缩机性能的因素
单螺杆压缩机的性能与辅机系统的优劣及是否匹配有关，也与主机排气口、啮合副的间隙、喷油量的大小等有关，这些问题相对来说容易解决。单螺杆压缩机中最困难、最关键的是由螺杆和星轮构成的啮合副。单螺杆压缩机发明后，人们曾预期它比双螺杆压缩机节能5-7%。20年后，双螺杆压缩机在齿形上作了两次重大的改变，每次都节能10%左右，加工和检测水平也有了大幅度的提高。与其相反，在此期间无论在设计还是加工方面都没有令单螺杆压缩机在节能方面有突破性的进展。国外曾经用GHH的双螺杆压缩机与单螺杆压缩机作了一次对比，结果单螺杆压缩机在提高工作压力后，容积效率下降较快，再加上国产单螺杆压缩机的比功率始终高于国外的单螺杆压缩机。据此，国内专家也得出了单螺杆压缩机在能耗指标上不能与双螺杆压缩机较量度的结论。
4、提高产品性能的途径
（1）加强基础理论研究
A、星轮齿形
单螺杆缩机星轮齿侧曲面及与之共轭的螺杆齿侧曲面构成一对啮合副。啮合副的型线对单螺杆压缩机的性能有重大影响，选择正确的型线是至关重要的。单螺杆压缩机对齿形的要求是良好的气密性、工艺性和长寿命。即啮合副应有连续稳定的气密性、工艺性和长寿命。即啮合副应有连续稳定的密封区和最小的泄漏三角形，便于大批量生产时的精加工：有尽可能多的“接触区”。为了寻求符合以上条件的齿形，国内外专家奋斗了数十年。
20世纪80年代，查谦在导师的指导下，发现了完全符合上述条件的，具有三角接触线的新型线。该型线由包络面和特形构成。《压缩机技术》1994年在世界上首次公开报导了这种线型，该型线的公开报导在学术界引起了巨大的反响，齿轮权威专家、锥齿轮非零传动的发明人、国际齿轮标准化组织ISO/TC60中国首席代表梁桂明教授，平面二次包络球面蜗杆副的发明人张光辉教授等纷纷前来交流。不少学者认为这是我国传动基础理论研究方面的重大成就。有关专业单位组织了强大的研究队伍进行了数年的消化工作后，对这种齿形的优越性是充分肯定的。
B、星轮齿廊加工原理及其刀具
由于这种齿形含有包络面，因此解决这种齿形的加工技术必须解决加工包络面的刀具，查谦用严谨的逻辑分析和巧妙的方法创造性地解决这种齿形的精加工技术及其刀具，填补了国内空白。《压缩机技术》1996年介绍了这种刀具的有关技术后，我国的著名刀具专家、机械工业部成都工具研究所所长高翔对此给予了高度评价。特别要指出的是：
a） 查谦所加工的星轮齿面，其啮合面积、容积效率与星轮寿命均优于国外同期产品；
b)星轮齿形的发现与加工技术的解决是在没有电脑（20世纪80年代电脑在我国尚未普及）的条件下仅用3个月的业余时间用数学模型完成的。
研究方法比国外的试切法先进而且速度快、资金省、研究更深入，为我国生产具有世界先进水平的单螺杆压缩机打下了良好的基础。
以上成果公开发表后，有的单位（飞和、乐雁等）用二坐标联动的仿形法加工这种新型星轮。由于未能掌握齿廓方程式，这种加工方法存在误差，虽然使星轮寿命从2000h延长到8000h左右，但远未达到延长6倍以上的预期目标。
C、啮合副的工作机理
单螺机压缩机的啮合副实质上是特殊的球面蜗杆副，因此国内外学者借动力用球面副的理论来解决星轮齿面“永不磨损”现象，认为啮合副间存在一层油膜，由于油膜的存在，工作时啮合副间并不接触，因此“永不磨损”。实际上无油（喷水或喷制冷剂）单螺杆压缩机的啮合副间根本就无油，液态制冷剂的粘度很小，而且在压缩过程中气化，不可能形成有强大承载能力的液膜。因此油膜或液体膜的理论受到质疑。单螺杆压缩机的发明人也强调：喷液只是为了冷却，虽然喷液也有润滑与密封作用。深入地研究发现星轮“永不磨损”的原因在于星齿形的设计。正确的设计可能令啮合副的接触应力为“零”。“零应力”才是啮合副永不磨损的真正原因。掌握“零应力”齿廓设计是“永不磨损”的关键。迄今为止国内尚未。限于篇幅，本文不介绍该技术。
（2）加工精度
通常情况下，材料的磨损与应力、路程成正比。但是当应力足够小时，材料就“永不磨损”了。当螺杆精度不高时，星轮的运转是不平稳的，由此所产生的惯性力作用于星轮齿面，产生较大的接触应力，从而造成星轮过快磨损。“浮动星轮”就是为了削减这种惯性力而发明，并且大大延长了星轮的寿命。但是“浮动星轮”只能削减星轮托架的惯性力而不能削减星轮本身的惯性力，因此螺杆的加工精度越高，星轮寿命越长。国内外的实践也证明了这一点，用滚齿机加工螺杆时，星轮寿命最短，用专机加工的螺杆星轮寿命稍长，用高精度专机加工螺杆时，星轮寿命最长。
专机由八个齿轮组成，采用公用齿轮时则由七个齿轮构成。一对齿轮只有1-2个齿同时啮合。由于制造误差和变形，轮齿进入或退出啮合时均产生冲击，所以齿轮传动不平稳。此外，专机所用齿轮的精度也低，所以专机的长短周期误码率差都比高精度专机低数倍。如前所述，短周期误差令星轮齿面产生较大惯性力和接触应力。专机的长周期误差导致螺杆齿槽不等分，所以星轮不能实现多齿同时啮合，只能由少数星轮齿来克服星轮运转的阻力，进一步加大了接触应力，使星轮在远离“零应力”的条件下工作而加速磨损。
提高专机的精度是延长星轮寿命的重要一环，但还需正确工艺的配合。正确的工艺能减少专机制造误差的影响。要达到这一目的，科学的检测技术是至关重要的，这不是三坐标仪所能解决的。然而目前的单螺杆压缩机生产厂家却无一例外地忽视了这一点。
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