无油螺杆空压机干式与水润滑

2020年11月24日

近几十年来, 对无油螺杆压缩机的研究日趋活跃,很多国家及企业在原有的喷油螺杆压缩机机型的基础上,开始不断探索无油螺杆压缩机的道路。在用气品质要求高的领域,如纺织、

冶金、食品、化工、医药、石油和空分等各种需要纯净无油压缩空气的场所 ,无油螺杆压缩机能够提供优质的压缩气体满足各种需求,因此应用前景广阔。

 

应用领域

在食品制造及包装行业,  采用喷油螺杆压缩机制备压缩气体时,    生产过程经过多次高温氧化和冷凝乳化, 压缩机中润滑油的性能已大幅度降低,    且呈酸性, 对后续设备不仅起不到润滑作用,反而会破坏正常润滑,使用无油螺杆压缩机可以避免失效的润滑油对设备的负面影

响。 在制药、生物工程中,压缩气体中含有细菌和噬菌体的污染是不容忽视的,无油螺杆压缩机提供的纯净压缩气体,可避免细菌和噬菌体在气体中滋生。

 

在电镀行业,生产过程中存在镀层表面发花、烧焦、针孔、裂纹等问题,人们采用搅拌来解决此类问题, 搅拌需要压缩空气的支持。压缩空气质量对电镀光亮镍的沉积速度以及电镀效率影响很大。应用无油螺杆压缩机,可以有效的避免镀层表面发花、烧焦、针孔、裂纹等问题的发生。因此,如今已经开始应用无油螺杆压缩机制备纯净的气体进行电镀。

 

在汽车喷涂行业,不纯的气体往往造成劣质的涂层。如果压缩空气中含有油, 涂层表面出现一些分散或集中的小隆起, 这些水泡一般在面漆下的某一涂层中产生, 水泡是由于涂层下面有水汽或污物而产生的。此外, 含油的压缩空气也有可能导致湿涂层表面出现点状分布的小

坑洞, 形成火山口状的矽坑,在坑底有时可见底材,俗称鱼眼。如今汽车喷涂行业已经开始应用无油螺杆压缩机,以制备用于喷涂的纯净气体,使得国产汽车的喷涂水平得到提高。

 

在纺织行业, 喷气织机需要干燥且无油的压缩空气。在生产过程中, 精细喷嘴会将压缩空气吹到线束上,形成涡流,从而赋予纱线形状、 弹力和弹性,无油螺杆压缩机提供的纯净压缩空气可以保证布匹成品的质量。

 

转子材料与型线转子材料

在干式螺杆压缩机中,由于没有润滑油的润滑及带走微小颗粒,气体会对转子、壳体内壁、

气道产生腐蚀, 因此在传统喷油螺杆转子材料的基础上,通常会喷涂防腐层, 如喷涂聚四氟乙烯、二硫化钼、特氟龙等,达到保证转子不变形,不被腐蚀的作用。

 

在欧拉法喷水螺杆压缩机中, 由于向压缩腔内注水, 不但取到了冷却、 密封和保持气体的纯净度的作用, 提高了压缩机的效率, 同时也很好的控制了排气温度, 而且不锈钢的转子使得水对转子等部件没任何不良的作用, 同时因 304 不锈钢材质加工困难, 期望欧拉法研发更新的技术解决货期长的问题。 除去欧拉法 304 不锈钢转子, 转子材料的选择一般有如下几种:

 

(1) NSB 钢转子

转子采用了NSB 钢(镀镍磷合金,耐火炬气中、H2H2SSO2 的腐蚀)。这类涂层的转

子,涂层脱落、失效,转子暴露在空气中,承受空气中杂质和温度变化的影响。最终,导致运行性能的降低,甚至对机器造成损坏。

(2) 高分子聚合陶瓷转子

也采用高分子聚合陶瓷转子。其转子可以精确加工到百分之几毫米的精度。 长期试验的结果表明,这种材料耐磨性好,并且具有良好的可靠性和适用性。不适宜采用机床加工, 故采用精密铸造的方式,而铸造工艺是其中的难点。一般陶瓷陶瓷制品的气孔、 裂纹等缺陷,需用显微对焦的X 射线仪表探测,以及保持陶瓷毛坯密度的一致性,需用超声波仪器进行监

控。

(3) 工程塑料转子工程塑料转子的采用,开辟了螺杆压缩机转子材质及加工手段的新经济途径,并为喷水螺杆压缩机的发展提供了良好条件。精密注塑成型的工程塑料转

子,不锈、成本低,同时降低了螺杆压缩机的噪声和振动。为压缩腔内采用喷水密封冷却技术创造了很好的条件。

 

螺杆转子型线

对于螺杆压缩机而言,型线设计至关重要,需要综合考虑转子型线的啮合要求、 连续的接触线、加工性能等因素。

 

该型线的特征是双边非对称,所有组成齿曲线均为圆弧或圆弧包络线, 可降低通过接触线的横向泄漏, 提高压缩机效率。 另外,还改善了转子的加工性能, 便于采用多种方法进行加工。技术难点

 

干式螺杆压缩机的技术难点

(1) 转子变形

干式螺杆压缩机的性能, 很大程度上取决于转子啮合时的密封间隙。在转子间、转子与机壳间存在多条泄漏通道, 流体通过间隙的泄漏直接影响容积效率和总效率。在实际运转过程

, 转子在热、 力边界条件的作用下发生热、力弹性变形 , 这就使得实际运行间隙与设计间隙差别较大。间隙过大会造成泄漏增加, 容积效率下降 ; 间隙过小又容易发生烧伤咬死事故.

 

虽然整个转子的温差不大, 但是转子径向变形沿长度方向依然存在差别。这主要是因为整个

转子外形复杂 , 齿、槽均为螺旋形, 而非严格的轴对称结构。对阴、 阳转子沿接触线径向变形的分析发现 , 虽然沿轴向长度方向变形量存在差别, 但两转子的总变形量基本不变, 而且总变形量随温度呈线性变化趋势。干式压缩机排气温度往往较高, 为了防止发生转子咬死甚至转子齿的严重损坏的情况, 应考虑加大设计间隙或者采取适当的冷却措施。

 

(2) 涂层失效

低劣的转子涂层运行一段时间后会脱落,转子暴露在空气中, 承受空气中杂质和温度变化的影响。最终, 导致运行性能的降低,甚至对机器造成损坏。 喷涂防腐涂层的工艺是难点之一。


如今采用较多的是二硫化钼,聚四氟乙烯,以及钼-石磨涂层。喷水螺杆压缩机技术难点

 1陶瓷转子的制造

 

由于陶瓷材料的耐磨性,不适宜采用机床加工,故采用精密铸造的方式, 而铸造工艺是其中的难点。一般陶瓷制品的气孔、裂纹等缺陷,需用显微对焦的X 射线仪表探测,以及保持陶瓷毛坯密度的一致性,需用超声波仪器进行监控。

 

2 水的污染清理由于水的存在, 必然对螺杆压缩机主机和冷却水系统造成一定的腐蚀影

响,更会在管路中形成一定的水垢。水垢在冷却系统内形成后,将会缩小水流道截面积, 增加水循环的阻力, 阻碍正常的热交换, 随着水垢层的不断加厚, 将造成设备严重的冷却不良而带来一连串的恶果,如压缩机增加功率消耗, 减少吸气量 , 降低排气量等, 因此对水垢的处理方式也非常重要。水垢处理的方式一般有化学试剂法、物理法、人工法等。

 

(3) 水润滑轴承

水润滑轴承需要改变传统金属轴承系统的材质性能和润滑结构, 将轴承与动密封装置等部件有机空合为一体,以水作为润滑介质。目前, 能够提供水润滑轴承的厂家相对较少,瑞典的

SKF 公司在积极从事该方面的研究开发工作。发展趋势

降噪的研究

 

噪声作为螺杆压缩机一个比较明显的问题被多次提出。在无油螺杆压缩机中表现的尤为突

出。因此, 对于降低噪声的研究将成为一个热点,伴随着其他机型的噪声研究,噪声研究技术将会不断的发展进步,给无油螺杆噪声研究提供充足的理论依据和经验指导。

 

水润滑技术的研究

随着喷油螺杆压缩机在许多领域应用局限性的日益暴露和干式螺杆压缩机本身存在的一系

列问题, 水润滑无油螺杆压缩机被应时地提出,有很好的前景展望。 随着涂层工艺和轴承制造业的发展, 一些公司如欧拉法已经采用的水润滑轴承, 而抛弃原同步齿轮需要油润滑的局限。再者, 在转子形线不断改良的大趋势下, 可实现转子之间进行啮合而形成很好的水膜密封,转子、 轴承、 整个主机均采用304 不锈钢材质, 水润滑无油螺杆压缩机将不再是一个不切实际的想法。

 

提高压缩机性能

改进无油螺杆压缩机转子的型线是提高压缩机性能的关键。 螺杆压缩机性能的不断提高及其市场份额的不断扩大,是与转子型线的发展密不可分的。 优化型线的设计方法,将成为研究热点。


总结

压缩机作为一种通用机械,在很多领域有很好的应用前景。 无油螺杆压缩机具有独特的优点,随着对其研究的不断深化和设计技术的持续提高, 无油螺杆压缩机的性能将进一步改善, 其应用领域会越来越广泛。在一些医疗等领域,如齿科领域,目前多采用无油活塞式等机型,

将来可能有无油螺杆压缩机的一席之地。此外在化工, 航天, 航空等其他诸多方面也将得到更广泛而深入地应用。

来源:敏力升(苏州)机械科技有限公司

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