旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機的內(nèi)部視圖

甲旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機是一種類型的氣體壓縮機，例如空氣壓縮機，其使用旋轉(zhuǎn)式正位移機構(gòu)。它們通常用于代替需要大量高壓空氣的活塞式壓縮機，以用于大型工業(yè)應(yīng)用或操作大功率氣動工具，例如手提鉆和沖擊扳手。對于較小的轉(zhuǎn)子尺寸，轉(zhuǎn)子中的固有泄漏變得更加明顯，與容積較小的空氣壓縮機的活塞類型相比，實用性降低。

 

旋轉(zhuǎn)螺桿的氣體壓縮過程是連續(xù)的掃掠運動，因此與活塞式壓縮機一樣，幾乎沒有脈動或流量激增。與活塞式壓縮機相比，這也使螺桿式壓縮機更加安靜，并產(chǎn)生更少的振動。

 

內(nèi)容

1 工作

2 尺寸

3 應(yīng)用

3.1無 油

3.2 噴油

3.3 錐形螺桿壓縮機[ 需要引用 ]

4 控制方案

4.1 開始/停止

4.2 加載/卸載

4.3 調(diào)制

4.4 可變排量

4.5 變速

5個 增壓器

5.1 比較優(yōu)勢

5.2 相關(guān)術(shù)語

6 另請參見

7 參考

 

工作

 

典型的螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子的橫截面，其具有具有5個凸角的凸形轉(zhuǎn)子和具有6個凸角的凹形轉(zhuǎn)子。對于凹形轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)五圈，凸形轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)六圈。單擊此處查看動畫圖

旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機使用兩個嚙合的螺旋螺桿（稱為轉(zhuǎn)子）來壓縮氣體。在空轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機中，正時齒輪可確保公轉(zhuǎn)子和母轉(zhuǎn)子保持精確的對準(zhǔn)。在注油旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機中，潤滑油橋接轉(zhuǎn)子之間的空間，既提供液壓密封，又在主動和從動轉(zhuǎn)子之間傳遞機械能。氣體從吸氣側(cè)進入，并隨著螺釘?shù)男D(zhuǎn)而穿過螺紋。嚙合的轉(zhuǎn)子迫使氣體通過壓縮機，并且氣體在螺桿的末端排出。[1]

 

該機構(gòu)的有效性取決于螺旋形轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子與用于壓縮腔密封的腔室之間的精確配合間隙。但是，不可避免地會發(fā)生泄漏，因此必須使用高轉(zhuǎn)速來使泄漏流量與有效流量之比最小。

 

與羅茨鼓風(fēng)機相比，現(xiàn)代螺桿壓縮機在兩個轉(zhuǎn)子上的輪廓不同：公轉(zhuǎn)子具有凸瓣，該凸瓣與母轉(zhuǎn)子的凹腔嚙合。通常，公轉(zhuǎn)子的葉片比母轉(zhuǎn)子的葉片少，因此其旋轉(zhuǎn)速度更快。最初，螺桿壓縮機是用對稱的轉(zhuǎn)子腔輪廓制造的，但是現(xiàn)代版本使用不對稱的轉(zhuǎn)子，確切的轉(zhuǎn)子設(shè)計是專利的主題。[2]

 

噴油

 

旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機的示意圖

在注油旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機中，將油注入壓縮腔中以幫助密封并為氣體充氣提供散熱片。將油與排出流分離，然后冷卻，過濾和再循環(huán)。該油可從進入的空氣中捕獲非極性顆粒，從而有效地減少了壓縮空氣顆粒過濾的顆粒負載。通常，一些夾帶的壓縮機油會帶入壓縮機下游的壓縮氣流中。在許多應(yīng)用中，這可以通過聚結(jié)器 /過濾器容器進行糾正。[3]帶有內(nèi)部冷聚結(jié)過濾器的制冷壓縮空氣干燥器的額定去除率比空氣干燥器下游的聚結(jié)過濾器去除更多的油和水，因為在冷卻空氣并去除水分后，冷空氣將用于預(yù)熱熱空氣。進入空氣，使離開的空氣變暖。在其他應(yīng)用中，這可以通過使用接收罐進行糾正，該接收罐會降低壓縮空氣的局部速度，從而使油凝結(jié)并從氣流中掉出，從而通過冷凝水管理設(shè)備將其從壓縮空氣系統(tǒng)中去除。

 

注油旋轉(zhuǎn)螺桿壓縮機用于耐低油污染的應(yīng)用，例如氣動工具操作，裂紋密封和移動輪胎維修。[ 需要引用 ]新的油浸式螺桿空氣壓縮機釋放的油殘留量小于5mg / m3。[4] PAG油是聚亞烷基二醇，也稱為聚乙二醇。美國兩家最大的空氣壓縮機OEM在旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機中使用了PAG潤滑劑。[5]PAG注油壓縮機不用于噴涂油漆，因為PAG油會溶解油漆。反應(yīng)硬化的兩組分環(huán)氧樹脂涂料耐PAG油。PAG壓縮機不適用于涂有礦物油潤滑脂密封件的應(yīng)用，例如四通閥和沒有礦物油潤滑器的氣缸，因為PAG會沖走礦物潤滑脂并降解Buna-N橡膠。[6]

 

錐形螺桿壓縮機[ 需要引用 ] 

相對較新開發(fā)的錐形螺桿壓縮機實際上是對地轉(zhuǎn)子的錐形螺旋延伸。它沒有固有的“氣孔”泄漏路徑，在設(shè)計精良的螺桿壓縮機中，泄漏路徑是造成整個組件泄漏的主要原因。這允許小得多的轉(zhuǎn)子具有實用的效率，因為在較小的尺寸下，泄漏面積不會像在直螺桿式壓縮機中那樣成為泵送面積的一部分。轉(zhuǎn)子中的容積被逐漸壓縮（與恒定容積相反），從而在單級中具有更高的壓縮比。盡管可以通過精密的CNC制造輕松制造轉(zhuǎn)子，但由于難以進入內(nèi)部以進行精密加工，殼體對生產(chǎn)提出了重大挑戰(zhàn)，盡管轉(zhuǎn)子可以分段加工和組裝，但殼體可以高速旋轉(zhuǎn)。最好是單件。

 

控制方案

在旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機中，有多種控制方案，每種方案各有優(yōu)缺點。

 

開始/停止

在啟動/停止控制方案中，壓縮機控制致動繼電器，以根據(jù)壓縮空氣的需要向電動機施加動力并切斷動力。如果壓縮機與負載不合理匹配，則在大多數(shù)使用情況下都需要大量存儲。

 

加載/卸載

在加載/卸載控制方案中，壓縮機保持連續(xù)供電。然而，當(dāng)滿足或減少了對壓縮空氣的需求時，代替斷開對壓縮機的動力，將激活稱為滑閥的裝置。該裝置露出了轉(zhuǎn)子的一部分，并成比例地將機器的容量降低到壓縮機容量的25％，從而卸載壓縮機。與電動壓縮機中的啟動/停止控制方案相比，這減少了電動機的啟動/停止循環(huán)次數(shù)，從而以最小的運行成本變化提高了設(shè)備??的使用壽命。幾乎所有工業(yè)空氣壓縮機制造商都采用該方案。當(dāng)負載/卸載控制方案與計時器組合以在預(yù)定的連續(xù)卸載操作周期后停止壓縮機時，這被稱為雙控制或自動雙方案。該控制方案需要存儲，因為只有兩種生產(chǎn)率可用于匹配消耗，盡管遠低于啟動/停止方案。

 

調(diào)制

 

外殼中的旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機，可降低聲音

代替啟動和停止壓縮機，如上所述的滑閥根據(jù)需求調(diào)節(jié)容量。盡管這會在很寬的需求范圍內(nèi)產(chǎn)生一致的排氣壓力，但總功耗可能會高于負載/卸載方案，導(dǎo)致壓縮機處于零負載狀態(tài)時占滿負載功耗的70％。

 

由于相對于壓縮空氣輸出能力的壓縮機功耗調(diào)整有限，因此與變速驅(qū)動器相比，調(diào)制通常是效率低下的控制方法。但是，對于不可能頻繁停止和恢復(fù)壓縮機運行的應(yīng)用（例如，當(dāng)壓縮機由內(nèi)燃機驅(qū)動并且在沒有壓縮空氣接收器的情況下運行時），調(diào)制是合適的。

 

可變排量

壓縮機公司Quincy Compressor，Kobelco，Gardner Denver和Sullair利用這些壓縮機，通過允許空氣繞過螺桿的各個部分，可變排量改變了用于壓縮空氣的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子的百分比。盡管與調(diào)制控制方案相比，這確實降低了功耗，但具有大量存儲（每個CFM 10加侖）的加載/卸載系統(tǒng)可能更有效。如果不大量存儲，可變排量系統(tǒng)會非常有效，尤其是在滿負荷的70％以上時。[7]

 

可以實現(xiàn)可變排量的一種方式是通過在壓縮機的吸入側(cè)使用多個提升閥，每個提升閥都垂直到排放口上的相應(yīng)位置。在汽車增壓器中，這類似于旁通閥的操作。

 

變速

盡管由變速驅(qū)動器提供動力的空氣壓縮機可以提供最低的運行能源成本，并且與適當(dāng)維護的負載/卸載壓縮機相比，使用壽命不會顯著降低，但變速驅(qū)動器的變頻功率變頻器通常會增加更大的能耗。如果有相對穩(wěn)定的空氣需求，那么這種壓縮機的設(shè)計成本就會降低，從而無法獲得經(jīng)濟利益。但是，變速驅(qū)動器在壓縮機功耗和自由空氣輸送之間提供了線性關(guān)系，從而允許在很大的空氣需求范圍內(nèi)實現(xiàn)最高效的運行，盡管由于效率迅速下降，壓縮機仍會因非常低的需求而定期停止運行由于存在固有泄漏，因此在低速時處于低速狀態(tài)。在惡劣的環(huán)境下（炎熱，潮濕或多塵），[8]

 

增壓器

 

Lysholm螺絲。注意每個螺釘?shù)膹?fù)雜形狀。螺釘以很高的速度運行并具有嚴(yán)格的公差設(shè)計。

雙螺桿型增壓器是一種正排量型裝置，通過將空氣推動通過類似于一組蝸輪的一對嚙合的緊公差螺釘來工作。雙螺桿增壓器也因其發(fā)明者Alf Lysholm而被稱為Lysholm增壓器（或壓縮機）。[9] 每個轉(zhuǎn)子徑向?qū)ΨQ，但橫向不對稱。相比之下，傳統(tǒng)的“羅茨”型鼓風(fēng)機具有相同的轉(zhuǎn)子（帶直轉(zhuǎn)子）或鏡像轉(zhuǎn)子（帶螺旋轉(zhuǎn)子）。由Whipple制造的雄性轉(zhuǎn)子有3個裂片，雌性有5個裂片。肯納-貝爾公轉(zhuǎn)子有四個裂片，母轉(zhuǎn)子有六個裂片。早期設(shè)計中的女性有四個。相比之下，羅茨鼓風(fēng)機在兩個轉(zhuǎn)子上始終具有相同數(shù)量的葉片，通常為2、3或4。工作區(qū)域是凸轉(zhuǎn)子和凹轉(zhuǎn)子之間的葉片間容積。它在進氣端較大，并沿轉(zhuǎn)子的長度減小，直到排氣口。音量的這種變化就是壓縮。進氣在轉(zhuǎn)子的末端以凸瓣和凹瓣之間的較大間隙吸入。在進氣端，雄葉比雌葉小得多，但是相對尺寸沿兩個轉(zhuǎn)子的長度方向成反比（凸形變大而凹形變?。钡剑ㄅc排出口相切）每對凸瓣之間的間隙小得多。體積的減小導(dǎo)致進料在被輸出到輸出歧管之前被壓縮。

 

比較優(yōu)勢

與羅茨型相比，旋轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機的泄漏量小，寄生損失小。增壓器通常通過皮帶或齒輪傳動裝置直接從發(fā)動機曲軸驅(qū)動。與羅茨式增壓器不同，雙螺桿具有內(nèi)部壓縮能力，這是設(shè)備在殼體中移動空氣時通過設(shè)備壓縮空氣的能力，而不是依靠排氣下游的阻力來建立壓力的增加。[10]

 

高精度計算機控制制造技術(shù)的要求使螺桿式增壓器成為其他形式的可用強制感應(yīng)的更昂貴的替代品。使用最新技術(shù)，可以降低制造成本，同時提高性能。

 

所有增壓器類型都受益于使用中間冷卻器來減少泵送和壓縮過程中產(chǎn)生的熱量。

 

福特，馬自達，梅賽德斯和水星海事等公司的雙螺桿技術(shù)的一個明顯例子也可以證明雙螺桿的有效性。盡管某些離心式增壓器是一致且可靠的，但它們通常直到接近發(fā)動機峰值轉(zhuǎn)速時才會產(chǎn)生完全增壓，而正排量增壓器（例如羅茨（Roots）型增壓器和雙螺桿型）則提供了更直接的增壓。除此之外，雙螺桿增壓器可以比其他正排量增壓器更好地將合理的增壓保持在更高的轉(zhuǎn)速。

 

相關(guān)術(shù)語

術(shù)語“鼓風(fēng)機”通常用于定義放置在功能上需要額外氣流的發(fā)動機上的設(shè)備，例如二沖程柴油發(fā)動機，其中需要正進氣壓力以“掃氣”或清除發(fā)動機中的廢氣。在壓縮沖程之前，將新的進氣充入氣缸。當(dāng)作為汽車強制進氣系統(tǒng)的一部分使用時，術(shù)語“鼓風(fēng)機”適用于旋轉(zhuǎn)螺桿，羅茨式和離心式壓縮機。