鄭升布(北京燕化正邦設(shè)備檢修有限公司， 北京 102500)

無油螺桿壓縮機主機結(jié)構(gòu)及其設(shè)計的分析

鄭升布(北京燕化正邦設(shè)備檢修有限公司， 北京 102500)

無油螺桿壓縮機出現(xiàn)在1956年，主要特色是壓縮腔內(nèi)部的介質(zhì)不與潤滑油接觸，無油螺桿壓縮機也是因此得名，由于設(shè)計模式化、沒有易損的部件，無油螺桿壓縮機的可靠性高、操作維護便利、適用范圍廣，便于進行自動化改裝，本文主要分析無油螺桿壓縮機的主機結(jié)構(gòu)以及設(shè)計。

無油螺桿壓縮機；主機結(jié)構(gòu)；設(shè)計

無油螺桿壓縮機也被稱為認為是干式螺桿壓縮機的一種，這是因為其內(nèi)部介質(zhì)不需與潤滑油接觸，壓縮腔內(nèi)是干燥的。但與干式螺桿壓縮機相比，無油螺桿壓縮機壓縮腔內(nèi)的氣體并非完全與所有介質(zhì)分離。無油螺桿壓縮機的優(yōu)勢在于壓縮機是密封設(shè)計的，基本能夠做到有害氣體零泄漏，而且風冷和水冷兩種模式均可以適用，同時，壓力潤滑軸承模式有利于延長軸承的使用壽命、加大尺寸，在工作中也無需再加裝后過濾裝置。

1 無油螺桿壓縮機的優(yōu)勢

無油螺桿壓縮機雖然不具備結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，但設(shè)計是模塊化的，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用。壓縮機的良好密閉性設(shè)計則保證了有害氣體不會外泄。在實際應(yīng)用中，無油螺桿壓縮機可以應(yīng)用于多種不同氣體條件的相關(guān)工作，可以提供風冷和水冷兩種冷卻方式，由于潤滑方式的不同，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被油蒸汽影響，因此無油螺桿壓縮機免去了安裝過濾裝置的麻煩。十字頭的使用壽命方面也得到了加強，這是由于無油壓縮的方式避免了側(cè)向力的影響。如果進行的是多級壓縮工作，出色的冷卻系統(tǒng)還可以使二級以下部件獲得較好的冷卻效果，有利于連續(xù)運行[1]。

2 無油螺桿壓縮機的主機結(jié)構(gòu)以及設(shè)計

2.1 無油螺桿壓縮機的主機結(jié)構(gòu)

相較于有油螺桿壓縮機、注液螺桿壓縮機，無油螺桿壓縮機的主機結(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。

通常來說，無油螺桿壓縮機的主機結(jié)構(gòu)由機體、陰陽轉(zhuǎn)子、側(cè)端蓋、后蓋、同步齒輪、前機體、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，所謂無油，只是壓縮氣體的過程中，壓縮腔、陰陽轉(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潤滑油等材料進行養(yǎng)護的。在工作進行中，轉(zhuǎn)子等相互之間存在一定的距離，不會發(fā)生直接接觸，通常是由陽轉(zhuǎn)子帶動同步齒輪，同步齒輪再帶動陰轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)，完成氣體壓縮。

在無油螺桿壓縮機主機內(nèi)部，機體和負責排氣的側(cè)端蓋一般為雙層護壁結(jié)構(gòu)，在兩層護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，不會因為溫度過高發(fā)生物理變形等問題，機體通常為金屬材料，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)高強度工作，軸封通常為浮環(huán)迷宮密封。

2.2 無油螺桿壓縮機的主機設(shè)計

(1)轉(zhuǎn)子相關(guān)設(shè)計。轉(zhuǎn)子相關(guān)設(shè)計包括轉(zhuǎn)子型線設(shè)計、齒頂最佳線速度控制和間隙設(shè)計三個方面，轉(zhuǎn)子型線設(shè)計方面一般采用雙邊對稱圓弧型線，這種設(shè)計有利于去除弧形線上的尖點，完成齒曲線間光滑過渡，使主機的工作在實際使用更加有效率，使用壽命也可以得到延長。轉(zhuǎn)子可以承擔的荷載進一步提升，隨著無油螺桿壓縮機應(yīng)用范圍的擴大，相關(guān)設(shè)計還有進一步提升的空間，比如半弧形交錯設(shè)計等。齒頂最佳線速度控制的目的是提升無油螺桿壓縮機有限容積的使用效率。一般來說，由于壓縮機本身的密閉性良好，有害氣體等不會泄露，但受限于部分機械的總體體積，或者出現(xiàn)操作養(yǎng)護不當?shù)葐栴}，壓縮機內(nèi)的氣體、液體可能出現(xiàn)泄露，對接觸線、轉(zhuǎn)子齒頂、排氣端面造成影響。將陽轉(zhuǎn)子齒頂線速度控制在每秒50-100m的范圍，可以較好的保證無油螺桿壓縮機有限容積的使用效率，且不會由于過度使用造成構(gòu)件損壞。調(diào)查顯示。嚙合間隙每增大0.01mm，壓縮機的溶劑效率就會下降1%以上，在進行壓縮機主機設(shè)計時，如果沒有特殊要求，嚙合間隙不應(yīng)過大，一般保持在陽轉(zhuǎn)子直徑的3‰-8‰之間，對于部分有特殊要求的壓縮機，可以根據(jù)具體需要進行調(diào)整[2]。

(2)軸承相關(guān)設(shè)計。軸承相關(guān)設(shè)計的核心是軸承的游隙。游隙的大小會對軸承的疲勞壽命、噪聲、振動等產(chǎn)生影響，進而影響壓縮機的壽命和效率。為保證壓縮機主機在工作時不會受到負面影響，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0.02mm。

(3)壓力比設(shè)計。過大的壓力比會直接造成構(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，在壓縮機工作時，如果壓縮的壓力比達到4以上，則排氣溫度將超過200℃，隨著壓力比增大，排氣溫度也會進一步增大，因此在主機設(shè)計時，如無必要，壓力比最好不要超過4。同時，如果進氣和排氣存在較大的壓差，也應(yīng)適當控制壓力比，以保證工作需要為前提，壓力比應(yīng)減小。

3 結(jié)語

無油螺桿壓縮機在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域十分適用，比起有油螺桿壓縮機和注液螺桿壓縮機，無油螺桿壓縮機的優(yōu)勢在于基本能夠做到有害氣體零泄漏、支持風冷和水冷兩種模式、工作中也無需再加裝后過濾裝置等。探究其主機結(jié)構(gòu)，分析設(shè)計，有利于設(shè)備的進一步應(yīng)用和進步。

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

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

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