1、單螺桿壓縮機(jī)簡介
單螺桿壓縮機(jī)亦稱蝸桿壓縮機(jī)。1960年由法國人辛麥發(fā)恩發(fā)明，七十年代主要用作噴油空壓機(jī)，八十年代由于采用了浮動(dòng)星輪技術(shù)，單螺桿壓縮機(jī)在技術(shù)上才真正成熟，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。該機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，體積小等一系列優(yōu)點(diǎn)，兼有渦旋式壓縮機(jī)、透平式壓縮機(jī)和雙螺桿式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而無它們的缺點(diǎn)。
日本大金公司生產(chǎn)的噴油單螺桿冷凍（空調(diào)）機(jī)，與該公司原生產(chǎn)的噴油雙螺桿冷凍（空調(diào)）機(jī)相比，在滿負(fù)荷時(shí)節(jié)能10%-15%在部分負(fù)荷時(shí)節(jié)能25%-40%，免維修間隔時(shí)間達(dá)4萬小時(shí)。八十年代出現(xiàn)的不噴油（噴制冷液）單螺桿冷凍（空調(diào)）機(jī)由于減少了油液粘性剪切損失，比噴油機(jī)更節(jié)能，制冷系數(shù)提高5%，九十年代大型單螺桿冷凍（空調(diào)）機(jī)的水平全面達(dá)到或超過了zui節(jié)能的透平式冷凍（空調(diào)）機(jī)，嚙合副的壽命長達(dá)4萬小時(shí)，成本卻比透平式低得多。
單螺桿壓縮機(jī)由于螺桿受力*平衡，給單螺桿壓縮機(jī)帶來三大突出的優(yōu)勢：1、螺桿軸承理論上不受力，軸承壽命特別長。2、單螺桿壓縮機(jī)振動(dòng)小，噪聲低，對(duì)地基及工作場所的要求低。放平即可，無須地腳螺釘?shù)取?、單螺桿壓縮機(jī)可在高壓下工作。如美國德萊塞一蘭德公司*開發(fā)的單螺桿工藝用壓縮機(jī)即使在一級(jí)壓縮的情況下也很容易達(dá)到6.16Mpa,遠(yuǎn)高于雙螺桿壓縮機(jī)（≤2.8Mpa），更是渦旋式壓縮機(jī)所不能相比的。
2、國內(nèi)單螺桿壓縮機(jī)生產(chǎn)概況
單螺桿壓縮機(jī)是新一代雙密型機(jī)電一體產(chǎn)品。北京*通用機(jī)械廠從1974年開始研制，1976年樣機(jī)通過鑒定，當(dāng)時(shí)嚙合副壽命僅數(shù)十小時(shí)。由于長期未能解決高精度專機(jī)、星輪包絡(luò)面的加工技術(shù)和*代工程技術(shù)人員的退休等原因，近年來壓縮機(jī)的極限壽命徘徊在1500小時(shí)左右。
國內(nèi)研制單螺桿壓縮機(jī)的單位甚多，但有樣機(jī)或產(chǎn)品問世的單位不多，其中浙江溫嶺化工機(jī)械廠研制的冷凍機(jī)1984年通過省級(jí)鑒定，聲稱產(chǎn)品達(dá)到水平，被列為省重點(diǎn)項(xiàng)目。由于長期無法解決星輪加工技術(shù)已放棄了研制工作。武漢空氣壓縮機(jī)廠研制課題是1986年國家科委重點(diǎn)項(xiàng)目（現(xiàn)已撤消），蘇北冷凍機(jī)廠研制課題是機(jī)電部軍工司重點(diǎn)項(xiàng)目（現(xiàn)已放棄研制），七O四所研制課題是國防科工委重點(diǎn)項(xiàng)目（現(xiàn)已暫停）。目前生產(chǎn)單螺桿壓縮機(jī)的廠商主要有長沙的惠湘、溫州的樂清和上海的施耐德、浪潮和飛和等家，其中施耐和浪潮采用樂清的主機(jī)。
上述廠商的技術(shù)均來源于北一通，因此技術(shù)水平?jīng)]有太大的差別。近年來由于星輪材質(zhì)的改進(jìn)和學(xué)習(xí)端州壓縮機(jī)研究所發(fā)表的論文，改進(jìn)了機(jī)床（增加了阻尼裝置）和齒形（三嚙合區(qū)齒形），產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提高。以某廠生產(chǎn)的OG-3/7型單螺桿壓縮機(jī)為例，比功率由初期>7.0（KW/m3.min-1）降至6.6左右，容積效率由約75%提高到83%左右，星輪壽命則延長至近8000h（以排量下降5%，即0.15m3/min計(jì)）.與水平的單螺桿壓縮機(jī)或雙螺桿壓縮機(jī)比,容積效率和比功率都是比較落后的，但尚在可接受的范圍內(nèi)。然而8000H的星輪壽命與活塞環(huán)的壽命相當(dāng)，僅為水平的幾分之一，因此提高星輪壽命是當(dāng)務(wù)之急。
3、影響單螺桿壓縮機(jī)性能的因素
單螺桿壓縮機(jī)的性能與輔機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)劣及是否匹配有關(guān)，也與主機(jī)排氣口、嚙合副的間隙、噴油量的大小等有關(guān)，這些問題相對(duì)來說容易解決。單螺桿壓縮機(jī)中zui困難、zui關(guān)鍵的是由螺桿和星輪構(gòu)成的嚙合副。單螺桿壓縮機(jī)發(fā)明后，人們?cè)A(yù)期它比雙螺桿壓縮機(jī)節(jié)能5-7%。20年后，雙螺桿壓縮機(jī)在齒形上作了兩次重大的改變，每次都節(jié)能10%左右，加工和檢測水平也有了大幅度的提高。與其相反，在此期間無論在設(shè)計(jì)還是加工方面都沒有令單螺桿壓縮機(jī)在節(jié)能方面有突破性的進(jìn)展。國外曾經(jīng)用GHH的雙螺桿壓縮機(jī)與單螺桿壓縮機(jī)作了一次對(duì)比，結(jié)果單螺桿壓縮機(jī)在提高工作壓力后，容積效率下降較快，再加上國產(chǎn)單螺桿壓縮機(jī)的比功率始終高于國外的單螺桿壓縮機(jī)。據(jù)此，國內(nèi)專家也得出了單螺桿壓縮機(jī)在能耗指標(biāo)上不能與雙螺桿壓縮機(jī)較量度的結(jié)論。
4、提高產(chǎn)品性能的途徑
（1）加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究
A、星輪齒形
單螺桿縮機(jī)星輪齒側(cè)曲面及與之共軛的螺桿齒側(cè)曲面構(gòu)成一對(duì)嚙合副。嚙合副的型線對(duì)單螺桿壓縮機(jī)的性能有重大影響，選擇正確的型線是至關(guān)重要的。單螺桿壓縮機(jī)對(duì)齒形的要求是良好的氣密性、工藝性和長壽命。即嚙合副應(yīng)有連續(xù)穩(wěn)定的氣密性、工藝性和長壽命。即嚙合副應(yīng)有連續(xù)穩(wěn)定的密封區(qū)和zui小的泄漏三角形，便于大批量生產(chǎn)時(shí)的精加工：有盡可能多的“接觸區(qū)”。為了尋求符合以上條件的齒形，國內(nèi)外專家奮斗了數(shù)十年。
20世紀(jì)80年代，查謙在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)了*符合上述條件的，具有三角接觸線的新型線。該型線由包絡(luò)面和特形構(gòu)成?！秹嚎s機(jī)技術(shù)》1994年在世界上公開報(bào)導(dǎo)了這種線型，該型線的公開報(bào)導(dǎo)在學(xué)術(shù)界引起了巨大的反響，齒輪專家、錐齒輪非零傳動(dòng)的發(fā)明人、齒輪標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC60中國代表梁桂明教授，平面二次包絡(luò)球面蝸桿副的發(fā)明人張光輝教授等紛紛前來交流。不少學(xué)者認(rèn)為這是我國傳動(dòng)基礎(chǔ)理論研究方面的重大成就。有關(guān)專業(yè)單位組織了*的研究隊(duì)伍進(jìn)行了數(shù)年的消化工作后，對(duì)這種齒形的*性是充分肯定的。
B、星輪齒廊加工原理及其刀具
由于這種齒形含有包絡(luò)面，因此解決這種齒形的加工技術(shù)必須解決加工包絡(luò)面的刀具，查謙用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫹治龊颓擅畹姆椒▌?chuàng)造性地解決這種齒形的精加工技術(shù)及其刀具，*?！秹嚎s機(jī)技術(shù)》1996年介紹了這種刀具的有關(guān)技術(shù)后，我國的刀具專家、機(jī)械工業(yè)部成都工具研究所所長高翔對(duì)此給予了高度評(píng)價(jià)。特別要指出的是：
a） 查謙所加工的星輪齒面，其嚙合面積、容積效率與星輪壽命均優(yōu)于國外同期產(chǎn)品；
b）星輪齒形的發(fā)現(xiàn)與加工技術(shù)的解決是在沒有電腦（20世紀(jì)80年代電腦在我國尚未普及）的條件下僅用3個(gè)月的業(yè)余時(shí)間用數(shù)學(xué)模型完成的。
研究方法比國外的試切法*而且速度快、資金省、研究更深入，為我國生產(chǎn)具有*水平的單螺桿壓縮機(jī)打下了良好的基礎(chǔ)。
以上成果公開發(fā)表后，有的單位（飛和、樂雁等）用二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的仿形法加工這種新型星輪。由于未能掌握齒廓方程式，這種加工方法存在誤差，雖然使星輪壽命從2000h延長到8000h左右，但遠(yuǎn)未達(dá)到延長6倍以上的預(yù)期目標(biāo)。
C、嚙合副的工作機(jī)理
單螺機(jī)壓縮機(jī)的嚙合副實(shí)質(zhì)上是特殊的球面蝸桿副，因此國內(nèi)外學(xué)者借動(dòng)力用球面副的理論來解決星輪齒面“磨損”現(xiàn)象，認(rèn)為嚙合副間存在一層油膜，由于油膜的存在，工作時(shí)嚙合副間并不接觸，因此“磨損”。實(shí)際上無油（噴水或噴制冷劑）單螺桿壓縮機(jī)的嚙合副間根本就無油，液態(tài)制冷劑的粘度很小，而且在壓縮過程中氣化，不可能形成有*承載能力的液膜。因此油膜或液體膜的理論受到質(zhì)疑。單螺桿壓縮機(jī)的發(fā)明人也強(qiáng)調(diào)：噴液只是為了冷卻，雖然噴液也有潤滑與密封作用。深入地研究發(fā)現(xiàn)星輪“磨損”的原因在于星齒形的設(shè)計(jì)。正確的設(shè)計(jì)可能令嚙合副的接觸應(yīng)力為“零”。“零應(yīng)力”才是嚙合副磨損的真正原因。掌握“零應(yīng)力”齒廓設(shè)計(jì)是“磨損”的關(guān)鍵。迄今為止國內(nèi)尚未。限于篇幅，本文不介紹該技術(shù)。
（2）加工精度
通常情況下，材料的磨損與應(yīng)力、路程成正比。但是當(dāng)應(yīng)力足夠小時(shí)，材料就“磨損”了。當(dāng)螺桿精度不高時(shí)，星輪的運(yùn)轉(zhuǎn)是不平穩(wěn)的，由此所產(chǎn)生的慣性力作用于星輪齒面，產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，從而造成星輪過快磨損。“浮動(dòng)星輪”就是為了削減這種慣性力而發(fā)明，并且大大延長了星輪的壽命。但是“浮動(dòng)星輪”只能削減星輪托架的慣性力而不能削減星輪本身的慣性力，因此螺桿的加工精度越高，星輪壽命越長。國內(nèi)外的實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)，用滾齒機(jī)加工螺桿時(shí)，星輪壽命zui短，用專機(jī)加工的螺桿星輪壽命稍長，用高精度專機(jī)加工螺桿時(shí)，星輪壽命zui長。
專機(jī)由八個(gè)齒輪組成，采用公用齒輪時(shí)則由七個(gè)齒輪構(gòu)成。一對(duì)齒輪只有1-2個(gè)齒同時(shí)嚙合。由于制造誤差和變形，輪齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)均產(chǎn)生沖擊，所以齒輪傳動(dòng)不平穩(wěn)。此外，專機(jī)所用齒輪的精度也低，所以專機(jī)的長短周期誤碼率差都比高精度專機(jī)低數(shù)倍。如前所述，短周期誤差令星輪齒面產(chǎn)生較大慣性力和接觸應(yīng)力。專機(jī)的長周期誤差導(dǎo)致螺桿齒槽不等分，所以星輪不能實(shí)現(xiàn)多齒同時(shí)嚙合，只能由少數(shù)星輪齒來克服星輪運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力，進(jìn)一步加大了接觸應(yīng)力，使星輪在遠(yuǎn)離“零應(yīng)力”的條件下工作而加速磨損。
提高專機(jī)的精度是延長星輪壽命的重要一環(huán)，但還需正確工藝的配合。正確的工藝能減少專機(jī)制造誤差的影響。要達(dá)到這一目的，科學(xué)的檢測技術(shù)是至關(guān)重要的，這不是三坐標(biāo)儀所能解決的。然而目前的單螺桿壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家卻無一例外地忽視了這一點(diǎn)。
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