干式無(wú)油螺桿空壓機(jī)與水潤(rùn)滑無(wú)油螺桿空壓機(jī)對(duì)比

近幾十年來(lái)，對(duì)無(wú)油螺桿空壓機(jī)的研究日趨活躍，很多國(guó)家及企業(yè)在原有的噴油螺桿空壓機(jī)機(jī)型的基礎(chǔ)上，開(kāi)始不斷探索無(wú)油螺桿空壓機(jī)的道路。在用氣品質(zhì)要求高的領(lǐng)域，如紡織、冶金、食品、化工、醫(yī)藥、石油和空分等各種需要純凈無(wú)油壓縮空氣的場(chǎng)所,無(wú)油螺桿空壓機(jī)能夠提供的壓縮氣體滿足各種需求，因此應(yīng)用前景廣闊。 

應(yīng)用領(lǐng)域在食品制造及包裝行業(yè)，采用噴油螺桿空壓機(jī)制備壓縮氣體時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)過(guò)多次高溫氧化和冷凝乳化，空壓機(jī)中潤(rùn)滑油的性能已大幅度降低，且呈酸性，對(duì)后續(xù)設(shè)備不僅起不到潤(rùn)滑作用，反而會(huì)破壞正常潤(rùn)滑，使用無(wú)油螺桿空壓機(jī)可以避免失效的潤(rùn)滑油對(duì)設(shè)備的負(fù)面影響。

在制藥、生物工程中，壓縮氣體中含有細(xì)菌和噬菌體的污染是不容忽視的，無(wú)油螺桿空壓機(jī)提供的純凈壓縮氣體，可避免細(xì)菌和噬菌體在氣體中滋生。

在電鍍行業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程中存在鍍層表面發(fā)花、燒焦、針孔、裂紋等問(wèn)題，人們采用攪拌來(lái)解決此類問(wèn)題，攪拌需要壓縮空氣的支持。壓縮空氣質(zhì)量對(duì)電鍍光亮鎳的沉積速度以及電鍍效率影響很大。應(yīng)用無(wú)油螺桿空壓機(jī)，可以有效的避免鍍層表面發(fā)花、燒焦、針孔、裂紋等問(wèn)題的發(fā)生。因此，如今已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用無(wú)油螺桿壓縮機(jī)制備純凈的氣體進(jìn)行電鍍。

在汽車噴涂行業(yè)，不純的氣體往往造成劣質(zhì)的涂層。如果壓縮空氣中含有油，涂層表面出現(xiàn)一些分散或集中的小隆起，這些水泡一般在面漆下的某一涂層中產(chǎn)生，水泡是由于涂層下面有水汽或污物而產(chǎn)生的。此外，含油的壓縮空氣也有可能導(dǎo)致濕涂層表面出現(xiàn)點(diǎn)狀分布的小坑洞，形成火山口狀的矽坑，在坑底有時(shí)可見(jiàn)底材，俗稱魚(yú)眼。如今汽車噴涂行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用無(wú)油螺桿空壓機(jī)，以制備用于噴涂的純凈氣體，使得國(guó)產(chǎn)汽車的噴涂水平得到提高。

在紡織行業(yè)，噴氣織機(jī)需要干燥且無(wú)油的壓縮空氣。在生產(chǎn)過(guò)程中，精細(xì)噴嘴會(huì)將壓縮空氣吹到線束上，形成渦流，從而賦予紗線形狀、彈力和彈性，無(wú)油螺桿空壓機(jī)提供的純凈壓縮空氣可以保證布匹成品的質(zhì)量。 

無(wú)油螺桿空壓機(jī)分類及主要廠家無(wú)油螺桿空壓機(jī)包括干式螺桿空壓機(jī)和噴水螺桿空壓機(jī)兩大類。干式螺桿空壓機(jī)的主要是雙螺桿空壓機(jī)，噴水螺桿空壓機(jī)中又包括雙螺桿空壓機(jī)和單螺桿空壓機(jī)。

干式螺桿空壓機(jī)干式螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要有阿*（AC）、英格索蘭（IR）、壽力、伯格（BOGE）和神戶制鋼（KOBELCO），等公司的產(chǎn)品。德國(guó)伯格（BOGE），轉(zhuǎn)子涂層采用了鉬－石墨材料，轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)可自行更換軸承，冷卻器的設(shè)計(jì)合理。壽力，為多種新型紡織機(jī)電設(shè)備提供了氣源，密封劑可以較長(zhǎng)時(shí)間不用更換。英格索蘭主要采用二硫化鉬轉(zhuǎn)子涂層，經(jīng)過(guò)滲透工藝進(jìn)行處理，其驅(qū)動(dòng)軸輸入端裝有改良的唇形密封件。阿*，轉(zhuǎn)子采用S-AP型線，噴涂特氟龍涂層。氣路系統(tǒng)（高低壓轉(zhuǎn)子）、油路系統(tǒng)（齒輪箱、油底殼、油泵和油濾）、冷卻系統(tǒng)（中冷、后冷和油冷）等三大系統(tǒng)整體化結(jié)構(gòu)；齒輪箱采用雙軸承設(shè)計(jì)，滾珠軸承承受徑向力，滾柱軸承承受軸向力。  

噴水螺桿壓縮機(jī)噴水雙螺桿壓縮機(jī)的流程如圖2所示，較早有荷蘭的GrassAir。如今主要是阿*和歐拉法（Eulerf）。阿*采用的是陶瓷轉(zhuǎn)子，水潤(rùn)滑軸承，無(wú)同步齒輪。轉(zhuǎn)子相互嚙合，之間形成水膜密封。噴水單螺桿空壓機(jī)方面有復(fù)盛和歐拉法，復(fù)盛開(kāi)發(fā)的是小排量水潤(rùn)滑單螺桿空壓機(jī)。復(fù)盛采用三井的單螺桿機(jī)頭，排氣量可達(dá)12m3/min，zui大功率可到120kW，轉(zhuǎn)子材料為不銹鋼和銅材，陶瓷軸承。由于材料和技術(shù)的限制，目前大型噴水單螺桿壓縮機(jī)的制造相對(duì)困難，但噴水單螺桿壓縮機(jī)的效率較高，維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較低。 歐拉法采用的三線嚙合、非等寬齒技術(shù)并采用專有加工技術(shù)，克服水的低粘性，保持高容積效率，通過(guò)噴水霧化冷卻，確保系統(tǒng)近似等溫壓縮。歐拉法的主機(jī)噴水潤(rùn)滑與密封，壓縮腔與軸承室之間采用*的密封系統(tǒng)，確保整個(gè)系統(tǒng)無(wú)油，排氣量可達(dá)66m3/min,zui大功率可到355KW，不銹鋼主機(jī)，主機(jī)零件采用耐腐蝕優(yōu)異的特殊不銹鋼，比采用涂層材料更持久耐用，省卻防銹維護(hù)。

 轉(zhuǎn)子材料與型線轉(zhuǎn)子材料在干式螺桿空壓機(jī)中，由于沒(méi)有潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑及帶走微小顆粒，氣體會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子、殼體內(nèi)壁、氣道產(chǎn)生腐蝕，因此在傳統(tǒng)噴油螺桿轉(zhuǎn)子材料的基礎(chǔ)上，通常會(huì)噴涂防腐層，如噴涂聚四氟乙烯、二硫化鉬、特氟龍等，達(dá)到保證轉(zhuǎn)子不變形，不被腐蝕的作用。在噴水螺桿壓縮機(jī)中，由于向壓縮腔內(nèi)注水，雖然取到了冷卻、密封和保持氣體的純凈度的作用，提高了空壓機(jī)的效率，同時(shí)也很好的控制了排氣溫度，但是水必將對(duì)轉(zhuǎn)子等部件產(chǎn)生腐蝕作用，因此需要慎重選擇轉(zhuǎn)子材料。轉(zhuǎn)子材料的選擇一般有如下幾種：　?。?）NSB鋼轉(zhuǎn)子中船重工七一一研究所上海螺桿壓縮機(jī)研制中心制造的LG一30/0.8型噴水式火炬氣螺桿壓縮機(jī)中，其轉(zhuǎn)子采用了NSB鋼（鍍鎳磷合金，耐火炬氣中、H2、H2S、SO2的腐蝕）。（2）高分子聚合陶瓷轉(zhuǎn)子阿*和法國(guó)GVM等公司采用高分子聚合陶瓷轉(zhuǎn)子。其轉(zhuǎn)子可以加工到百分之幾毫米的精度。長(zhǎng)期試驗(yàn)的結(jié)果表明，這種材料耐磨性好，并且具有良好的可靠性和適用性。（3）工程塑料轉(zhuǎn)子工程塑料轉(zhuǎn)子的采用，開(kāi)辟了螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材質(zhì)及加工手段的新經(jīng)濟(jì)途徑，并為噴水螺桿空壓機(jī)的發(fā)展提供了良好條件。精密注塑成型的工程塑料轉(zhuǎn)子，不銹、成本低，同時(shí)降低了螺桿壓縮機(jī)的噪聲和振動(dòng)。為壓縮腔內(nèi)采用噴水密封冷卻技術(shù)創(chuàng)造了很好的條件。螺桿轉(zhuǎn)子型線對(duì)于螺桿空壓機(jī)而言，型線設(shè)計(jì)至關(guān)重要，需要綜合考慮轉(zhuǎn)子型線的嚙合要求、連續(xù)的接觸線、加工性能等因素。

西安交通大學(xué)壓縮機(jī)研究所為完成國(guó)家“十五”863 計(jì)劃“電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)”中的“燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)”課題，研制成功了可以應(yīng)用于燃料電池的LG300 型無(wú)油噴水螺桿空氣壓縮機(jī)[3]。針對(duì)具體設(shè)計(jì)要求，該課題組專門開(kāi)發(fā)了一種轉(zhuǎn)子新型線如圖4所示。 該型線的特征是雙邊非對(duì)稱，所有組成齒曲線均為圓弧或圓弧包絡(luò)線，可降低通過(guò)接觸線的橫向泄漏，提高壓縮機(jī)效率。另外，還改善了轉(zhuǎn)子的加工性能，便于采用多種方法進(jìn)行加工。 技術(shù)難點(diǎn)干式螺桿空壓機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)（1） 轉(zhuǎn)子變形干式螺桿空壓機(jī)的性能, 很大程度上取決于轉(zhuǎn)子嚙合時(shí)的密封間隙。在轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼間存在多條泄漏通道, 流體通過(guò)間隙的泄漏直接影響容積效率和總效率。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中, 轉(zhuǎn)子在熱、力邊界條件的作用下發(fā)生熱、力彈性變形, 這就使得實(shí)際運(yùn)行間隙與設(shè)計(jì)間隙差別較大。間隙過(guò)大會(huì)造成泄漏增加, 容積效率下降; 間隙過(guò)小又容易發(fā)生燒傷咬死事故[4]。 雖然整個(gè)轉(zhuǎn)子的溫差不大, 但是轉(zhuǎn)子徑向變形沿長(zhǎng)度方向依然存在差別。這主要是因?yàn)檎麄€(gè)轉(zhuǎn)子外形復(fù)雜, 齒、槽均為螺旋形, 而非嚴(yán)格的軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)。對(duì)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子沿接觸線徑向變形的分析發(fā)現(xiàn), 雖然沿軸向長(zhǎng)度方向變形量存在差別, 但兩轉(zhuǎn)子的總變形量基本不變, 而且總變形量隨溫度呈線性變化趨勢(shì)。干式壓縮機(jī)排氣溫度往往較高, 為了防止發(fā)生轉(zhuǎn)子咬死甚至轉(zhuǎn)子齒的嚴(yán)重?fù)p壞的情況, 應(yīng)考慮加大設(shè)計(jì)間隙或者采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施[5]。 （2） 涂層失效低劣的轉(zhuǎn)子涂層運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)脫落，轉(zhuǎn)子暴露在空氣中，承受空氣中雜質(zhì)和溫度變化的影響。zui終，導(dǎo)致運(yùn)行性能的降低，甚至對(duì)機(jī)器造成損壞。噴涂防腐涂層的工藝是難點(diǎn)之一。如今采用較多的是二硫化鉬，聚四氟乙烯，以及鉬－石磨涂層。

 噴水螺桿空壓機(jī)技術(shù)難點(diǎn)（1） 陶瓷轉(zhuǎn)子的制造由于陶瓷材料的耐磨性，不適宜采用機(jī)床加工，故采用精密鑄造的方式，而鑄造工藝是其中的難點(diǎn)。一般陶瓷制品的氣孔、裂紋等缺陷，需用顯微對(duì)焦的X射線儀表探測(cè)，以及保持陶瓷毛坯密度的一致性，需用超聲波儀器進(jìn)行監(jiān)控。（2） 水的污染清理由于水的存在，必然對(duì)螺桿壓縮機(jī)主機(jī)和冷卻水系統(tǒng)造成一定的腐蝕影響，更會(huì)在管路中形成一定的水垢。水垢在冷卻系統(tǒng)內(nèi)形成后，將會(huì)縮小水流道截面積, 增加水循環(huán)的阻力, 阻礙正常的熱交換, 隨著水垢層的不斷加厚, 將造成設(shè)備嚴(yán)重的冷卻不良而帶來(lái)一連串的惡果，如壓縮機(jī)增加功率消耗, 減少吸氣量, 降低排氣量等，因此對(duì)水垢的處理方式也非常重要。水垢處理的方式一般有化學(xué)試劑法、物理法、人工法等。（3） 水潤(rùn)滑軸承 水潤(rùn)滑軸承需要改變傳統(tǒng)金屬軸承系統(tǒng)的材質(zhì)性能和潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，將軸承與動(dòng)密封裝置等部件有機(jī)空合為一體，以水作為潤(rùn)滑介質(zhì)。目前，能夠提供水潤(rùn)滑軸承的廠家相對(duì)較少，瑞典的SKF公司在積極從事該方面的研究開(kāi)發(fā)工作。 發(fā)展趨勢(shì)降噪的研究噪聲作為螺桿壓縮機(jī)一個(gè)比較明顯的問(wèn)題被多次提出。在無(wú)油螺桿壓縮機(jī)中表現(xiàn)的尤為突出。

因此，對(duì)于降低噪聲的研究將成為一個(gè)熱點(diǎn)，伴隨著其他機(jī)型的噪聲研究，噪聲研究技術(shù)將會(huì)不斷的發(fā)展進(jìn)步，給無(wú)油螺桿噪聲研究提供充足的理論依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。水潤(rùn)滑技術(shù)的研究隨著噴油螺桿空壓機(jī)在許多領(lǐng)域應(yīng)用局限性的日益暴露和干式螺桿空壓機(jī)本身存在的一系列問(wèn)題，水潤(rùn)滑無(wú)油螺桿空壓機(jī)被應(yīng)時(shí)地提出，有很好的前景展望。隨著涂層工藝和軸承制造業(yè)的發(fā)展，一些公司如阿*和歐拉法（Eulerf）已經(jīng)采用的水潤(rùn)滑軸承，而拋棄原同步齒輪需要油潤(rùn)滑的局限。再者，在轉(zhuǎn)子形線不斷改良的大趨勢(shì)下，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子之間進(jìn)行嚙合而形成很好的水膜密封，水潤(rùn)滑無(wú)油螺桿空壓機(jī)將不再是一個(gè)不切實(shí)際的想法。提高壓縮機(jī)性能改進(jìn)無(wú)油螺桿空壓機(jī)轉(zhuǎn)子的型線是提高空壓機(jī)性能的關(guān)鍵。螺桿空壓機(jī)性能的不斷提高及其*的不斷擴(kuò)大，是與轉(zhuǎn)子型線的發(fā)展密不可分的。優(yōu)化型線的設(shè)計(jì)方法，將成為研究熱點(diǎn)。歐拉法研制三大技術(shù)創(chuàng)新：（1）高可靠解決軸承與壓縮腔之間的機(jī)械密封（2）主機(jī)及整機(jī)具備抗腐蝕能力（3）克服水的低粘度解決嚙合間隙密封 三大創(chuàng)新是歐拉法水潤(rùn)滑無(wú)油螺桿空壓機(jī)走上了技術(shù)質(zhì)量的平臺(tái)。

總結(jié)空壓機(jī)作為一種通用機(jī)械，在很多領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。無(wú)油螺桿空壓機(jī)具有*的優(yōu)點(diǎn)，隨著對(duì)其研究的不斷深化和設(shè)計(jì)技術(shù)的持續(xù)提高，無(wú)油螺桿空壓機(jī)的性能將進(jìn)一步改善，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越廣泛。在一些醫(yī)療等領(lǐng)域，如齒科領(lǐng)域，目前多采用無(wú)油活塞式等機(jī)型，將來(lái)可能有無(wú)油螺桿空壓機(jī)的一席之地。此外在化工，航天，航空等其他諸多方面也將得到更廣泛而深入地應(yīng)用。