中高压单螺杆压缩机产品概述及技术工艺发展趋势分析

第一节 产品定义、性能及应用特点

1、定义及性能

中高压单螺杆压缩机是单螺杆压缩机的一种，可分为水冷和风冷两种，气缸的润滑方式分有油、无油润滑。安装形式可分为有基础、撬装、车载式三类。机组由压缩机主机、电机、联轴器、管路系统、操纵系统、电气设备和辅助设备组成。

中高压单螺杆压缩机具有结构简单、运转平稳、噪音低、操作方便、安全可靠等特点。并具有压缩机水压低可先报警后自动停机；压缩机超压，可先报警后自动停机；压缩机油压低，可先报警后自动停机。

2、应用

中高压单螺杆压缩机产品广泛适用于气体工业工艺流程中的增压、稳压、动力及吹扫，例如用于制氮系统中的高纯氮气增压，制氧系统中氧气充瓶，为大、小型吹瓶机组提供气源，另外中高压单螺杆压缩机也可为电厂、食品 行业 、医药及实验 研究 单位提供稳定的动力源。

第二节 发展历程

20世纪30年代，瑞典工程师Alf Lysholm在对燃气轮机进行 研究 时，希望找到一种作回转运动的压缩机，要求其转速比活塞压缩机高得多，以便可由燃气轮机直接驱动，并且不会发生喘振。为了达到上述目标，他发明了螺杆压缩机。在理论上，螺杆压缩机具有他所需要的特点，但由于必须具有非常大的排气量，才能满足燃气轮机工作的要求，螺杆压缩机并没有在此领域获得应用。尽管如此，Alf Lysholm及其所在的瑞典SRM公司，对螺杆压缩机在其它领域的应用，继续进行了深入的 研究 。

国内则于1965年开始研制螺杆空气压缩机，70年上海压缩机厂研制成功中国第一台螺杆机铣床，其铣削螺杆的直径在当时世界上牌领先地位。随后随着市场对空压机性能要求的细化，出现了中高压单螺杆压缩机，其主要用于工业增压、稳压、吹扫等。

对于中高压单螺杆压缩机，自半世纪前问世以来，一直被公认是一种力学性能最佳的机型，但是由于加工难度以及国外技术保密，国内一直未能较好地实现该机型应有的性能。至2005年12月底，国内具有单螺杆空气压缩机生产许可证（或者已有生产资格）的有8家。相信随着国内技术与科研人员对单螺杆压缩机 研究 的深入，以及国内加工能力的提升，在未来3－5年内单螺杆压缩机会有长足的发展，将会抢占一部分往复与双螺杆压缩机的市场。

第三节 产品技术发展现状

一、存在问题和难题

1、运动部件较多

中高压单螺杆压缩机有三个旋转轴，而且螺杆和行星齿轮的刚性相差较大，运动中易变形不均匀，因而相互啮合精度难以保证，所以容积效率较低。在目前市场上销售的中高压单螺杆压缩机中行星齿轮均采用非金属材料，耐磨性较差，在高速工作过程中，由于磨损较大，造成内泄漏增大，因而工作一段时间后流量有较大衰减，一般经过3000至4000小时的运转后，流量平均衰减5~10％。所以中高压单螺杆压缩机在工业应用中的经济性极差。加上变形的不均匀引起的啮合精度难以保证还会造成整机设备的机械稳定性降低，因而故障率高，维修率高，进一步限制了它的使用范围。

2、行星齿轮的材料有待进一步改善

行星齿轮作为中高压单螺杆压缩机的核心部件之一，其主要作用是起密封作用。如果选用钢制的行星齿轮，由于钢材膨胀系数大，膨胀量大，所以必须在行星齿轮与螺杆间留较大的间隙，不但泄漏多，效率低，而且容易咬死造成重大故障；如果采用复合材料，虽然可以解决上述问题，但由于目前的复合材料强度低，耐磨性差，在运转过程中的剪切力和机械磨擦的作用下，不仅很快就会损坏，造成内部泄漏增大，效率下降，而且维修频繁，增大维护人员劳动强度和维修成本。

3、螺杆型线有待进一步的优化。

由于以上两个问题的存在而且在可以预见的未来也没有很好的解决办法，从而限制了单螺杆空压机的推广。所以科研机构和各大型空压机制造企业在中高压单螺杆型线的 研究 上的投入不大，也一直没有取得较大的进展。如何找到最佳的螺杆型线是大规模推广前的又一项重大工作。但由于市场前景较差，各主要厂家的投入也不大，所以短期内也难以有根本性的提高。

二、技术最新进展

目前世界上最大排量（42.8m3/min）的单螺杆压缩机已在顺德正力精密机械有限公司批量生产。在此之前，单螺杆压缩机只有美、日等少数几个国家能生产，且最大排量仅为32m3/min。近年来，正力加大了产品结构调整力度，不断优化整合技术资源，研发目标紧盯市场需求，在国内首先突破了单螺杆压缩机关键技术，此后又发明了成倍提高压缩机寿命的新齿廓，以及进一步延长压缩机寿命且大幅降低能耗的技术，并获得了中、美等国的发明专利，使中国的单螺杆压缩机技术跻身世界领先水平。

另外为了进一步降低单螺杆压缩机的能耗， 研究 者把原来在距螺杆旋转中心较远（静面矩较大）的部位完成的高压区段的压缩与排气过程，转移到距螺杆旋转中心较近（静面矩较小）的部位完成，将螺杆高压段的直径减小。这样大大降低了其工作时产生的能耗。

三、关键设备

1、主机星轮片

单螺杆空压机在90年代初期采用“酚醛树脂”材质作为星轮片，但在使用中效果不太理想，特别是在空压机初运行的磨合期间星轮片易磨损或松动。针对于这一现象，采取技术改进，选用PEEK材质作为星轮片材质，在目前此材质的使用情况来看，一般运转30000h后才可能出现星轮片磨损的现象。

2、控制系统

中高压单螺杆压缩机电气控制系统随着科技和自动化的发展也在不断改进和完善，目前空压机可根据用户的需求实行远程监测和控制，也可以采用变频调速控制，变频控制只是在初期资金投入时偏大，但在运行中电气及设备本体的节能效果显著，使用单位可以根据本单位的具体情况对设备进行选型。

四、现有专利成果及应用

1、正力精工“大排量单螺杆空气压缩机”获得了中、美等国的发明专利，并获得合肥通用机械产品认证中心批准，成为国内首批获得通用机械产品认证（GC认证）的企业之一。目前以该发明专利设计的大排量单螺杆空气压缩机已经投入生产当中。

2、南京尚爱机电有限公司研制成功“多边形筒状直流阀”并申请了国家专利。该直流阀突破了技术难关，其阀片采用瑞典不锈钢带制成。气阀的寿命可超过10000小时。该项技术经“国家压缩机制冷设备质量监督中心”抽样检测及用户使用证明，各项技术性能及可靠性、耐久性，在同类产品中处于世界领先水平，被称为“精品中的极品”。尚爱专利“多边形筒状直流阀”与“节能型往复活塞空气压缩机”被南京市科学技术局认定为高新技术产品，同时公司被认定为南京市高新技术企业。

第四节 产品工艺特点或流程

中高压单螺杆压缩机按其工艺流程可分为气路系统、油路系统和电气单元。

1、气路系统

气路工艺流程为大气经过过滤后由卸荷阀进入压缩腔，与润滑油结合并进行压缩，与油结合的压缩气体经过止回阀进入油气分离桶、油气分离器、水冷却器、气水分离器，出空压机后经储气罐、精密过滤器、冷冻式干燥机（以下简称冷干机）进入厂区压缩空气管网。

2、油路系统

油路包括油管、油箱、冷却器、油滤清器、断油阀和温控阀等。当空压机起动时，空压机内部接近于全密封状态，油路首先建立起压力，在压力的作用下，对主机工作腔喷油，对设备进行润滑的同时起到冷却、密封和降低噪声的作用。

3、控制系统

在电气控制方面根据客户的不同需求可以采用PLC或变频器自动控制，公司采用PLC编程自动控制。每台设备自带监控装置，可实时显示相关工况参数、运行况态及故障指示，具有超压保护、超温保护、电动机过载保护、断水保护、断相及相序保护、油滤气滤堵塞保护的基本功能和超温保护、过载保护互锁功能。并利用PLC输出端口联接中央控制室施行远程控制和网上监控，在没备本体可调节转换本机控制／远程控制。空压机站内不用设置岗位工，只需每天进行一次巡检。

第五节 国内外技术未来发展趋势 分析

随着新技术的发展、新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器的出现，中高压螺杆压缩机的技术发展趋势主要表现为：不断开发高压和小流量产品；进一步 研究 三元流动理论，将其应用到叶轮和叶片扩压器等元件的设计中，以期达到高效机组；低噪声化，采用噪声防护以改善操作环境。

另外螺杆精度的提高也是未来 行业 技术的重点方向。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。因此在用滚齿机加工螺杆时，应利用专用的高精度专机，而螺杆设计、螺杆加工专机的技术改进将有助于提高其加工精度。

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