1、单螺杆空气压缩机技术介绍顺德正力提供1、单螺杆压缩机简介单螺杆压缩机亦称蜗杆压缩机。1960 年由法国人辛麦恩发明，七十年代主要用作喷油空压机，八十年代由于采用了浮动星轮技术，单螺杆压缩机在技术上才真正成熟，应用范围也日益扩大。该机具有结构简单，工作可靠，体积小等一系列优点，兼有涡旋式压缩机、透平式压缩机和双螺杆式压缩机的优点，而无它们的缺点。日本大金公司生产的喷油单螺杆冷冻（空调）机，与该公司原生产的喷油双螺杆冷冻（空调）机相比，在满负荷时节能 10-15在部分负荷时节能 25%-40，免维修间隔时间达 4 万小时。八十年代出现的不喷油（喷制冷液）单螺杆冷冻（空调）机由于减少了油液粘性剪切损
2、失，比喷油机更节能，制冷系数提高了 5，九十年代大型单螺杆冷冻（空调）机的水平全面达到或超过了最节能的透平式冷冻（空调）机，啮合副的寿命也长达 4 万小时，成本却比透平式低得多。最近美国格里迈尔施密特公司生产的单级喷水单螺杆压缩机比两级压缩的双螺杆压缩机还节能 20。 单螺杆压缩机由于螺杆受力完全平衡，给单螺杆压缩机带来三大突出的优势：1 、螺杆轴承理论上不受力，轴承寿命特别长，是双螺杆的 3 倍以上。星轮轴承由于轴承尺不象双螺杆那样受限制，寿命也相应地长。而双螺杆压缩机是在有弯曲变形的情况下运行。2、单螺杆压缩机振动小，噪声低，对地基及工作场所的要求低。放平即可，无须地脚螺钉等。3、单螺杆压
3、缩机可在高压下工作。如美国德莱塞一兰德公司独家开发的单螺杆工艺用压缩机即使在一级压缩的情况下也很容易达到616Mpa，远高于双螺杆压缩机（2 8MPa ），更是涡旋式压缩机所不能相比的。此外，单螺杆压缩机比双螺杆压缩机噪声低 10 一 15dB（A）以上，排气温度低 16左右。 2、国内单螺杆压缩机生产概况 单螺杆压缩机是新一代双密型机电一体产品，曾被西方国家列入对我国技术封锁的清单，由于单螺杆压缩机在国民经济和国防的用处极大，又由于它属于劳动密集型产品，一旦为中国掌握，中国就会在国际上具有强大的优势。北京第一通用机械厂从 1974 年开始研制， 1976 年样机通过鉴定，当时啮合副寿命仅数十
4、小时。在一段时期内，国内研制单螺杆压缩机的单位甚多，但有样机或产品问世的单位不多，其中浙江温岭化工机械厂研制的冷冻机 1984 年通过省级鉴定，声称产品达到国际水平，被列为省重点项目。由于长期无法解决星轮加工技术已放弃了研制工作。武汉空气压缩机厂研制课题是 1986 年国家科委重点项目（现己撤消），苏北冷冻机厂研制课题是机电部军工司重点项目（现己放弃研制），七 0 四所研制课题是国防科工委重点项目（现已暂停）。 由于不少厂商的技术均来源于北一通，因此技术水平没有太大的差别。以某厂生产的 OG3 7型单螺杆压缩机为例，比功率由初期的70 （ kWm3min-1 ）降至 6.6 左右，容积效率由约
5、75提高到 83左右，星轮寿命则延长至近 8000 h （以排量下降 5，即 0.15m3min 计）。与国际水平的单螺杆压缩机或双螺杆压缩机比，容积效率和比功率都是比较落后的，但尚在可接受的范围内。然而 8000 h 的星轮寿命与活塞环的寿命相当，仅为国际水平的几分之一，因此提高星轮寿命是当务之急。3、 影响单螺杆压缩机性能的因素 单螺杆压缩机的性能与辅机系统的优劣及是否匹配有关，也与主机排气口、啮合副的间隙、喷油量的大小等有关，这些问题相对来说容易解决。单螺杆压缩机中最困难、最关键的是由螺杆和星轮构成的啮合副。与双螺杆压缩机相比，单螺杆压缩机在振动、噪声、寿命、可靠性、维护简单等方面所具有
6、的明显优势已是不争的事实。单螺杆压缩机发明后，人们曾预期它比双螺杆压缩机节能 5一 7。20 年后，双螺杆压缩机在齿形上作了两次重大的改变，每次都节能 10左右，加工和检测水平也有了大幅度的提高。与其相反，在此期间无论在设计还是加工方面都没有令单螺杆压缩机在节能方面有突破性的进展。国外曾经用 GHH 的双螺杆压缩机与单螺杆压缩机作了一次对比，结果是单螺杆压缩机在提高工作压力后，容积效率下降较快，再加上国产单螺杆压缩机的比功率始终高于国外的单螺杆压缩机。据此，国内专家也得出了单螺杆压缩机在能耗指标上不能与双螺杆压缩机较量的结论。但顺德市正力精工的单螺杆压缩机改变了这种局面。4、 提高产品性能的途
7、径41 加强基础理论研究411 星轮齿形 单螺杆压缩机星轮齿侧曲面及与之共轭的螺杆齿侧曲面构成一对啮合副。啮合副的型线对单螺杆压缩机的性能有重大影响，选择正确的型线是至关重要的。单螺杆压缩机对齿形的要求是良好的气密性、工艺性和长寿命。即啮合副应有连续稳定的气密性、工艺性和长寿命。即啮合副应有连续稳定的密封区和最小的泄漏三角形，便于大批量生产时的精加工：有尽可能多的“接触区”。为了寻求符合以上条件的齿形，国内外专家奋斗了数十年。 20 世纪 80 年代，查谦在导师的指导下，发现了完全符合上述条件的，具有三角接触线的新型线。该型线由包络面和特形面构成。压缩机技术1994 年在世界上首次公开报导了这
8、种线型，该型线的公开报导在学术界引起了巨大的反响，齿轮权威专家、锥齿轮非零传动的发明人、国际齿轮标准化组织 ISO/TC60 中国首席代表梁桂明教授，平面二次包络球面蜗杆副的发明人张光辉教授等纷纷前来交流。不少学者认为这是我国传动基础理论研究方面的重大成就。有关专业单位组织了强大的研究队伍进行了数年的消化工作后，对这种齿形的优越性是充分肯定的。412 星轮齿廓加工原理及其刀具 由于这种齿形含有包络面，因此解决这种齿形的加工技术必须解决加工包络面的刀具，查谦用严谨的逻辑分析和巧妙的方法创造性地解决这种齿形的精加工技术及其刀具，填补了国内空白。压缩机技术1996 介绍了这种刀具的有关技术后，我国的
9、著名刀具专家、机械工业部成都工具研究所所长高翔对此给予了高度评价。特别要指出的是：a) 查谦所加工的星轮齿面，其啮合面积、容积效率与星轮寿命均优于国外同期产品；b) 星轮齿形的发现与加工技术的解决是在没有电脑（20 世纪 80 年代电脑在我国尚未普及）的条件下仅用 3 个月的业余时间用数学模型完成的。 研究方法比国外的试切法先进而且速度快、资金省、研究更深入，为我国生产具有世界先进水平的单螺杆压缩机打下了良好的基础。 以上成果公开发表后，有的单位用二坐标联动的仿形法加工这种新型星轮。由于未能掌握齿廓方程式，这种加工方法存在误差，虽然使星轮寿命从 2000 h 延长到 8000 h 左右，但远未
10、达到延长 6倍以上的预期目标。在面临加入 WTO 和国外向我国大量倾销双螺杆主机的情况下，为了帮助国内企业提高技术水平与产品质量，正力精工愿意向有关厂家提供星轮齿形加工技术和全套工艺装备。413 啮合副的工作机理 单螺杆压缩机的啮合副实质上是特殊的球面蜗杆副，因此国内外学者借动力用球面副的理论来解诀星轮齿面“永不磨损” 现象，认为啮合副间存在一层油膜，由于油膜的存在，工作时啮合副间并不接触，因此“永不磨损” 。实际上无油（喷水或喷制冷剂）单螺杆压缩机的啮合副间根本就无油，液态制冷剂的粘度很小，而且在压缩过程中气化，不可能形成有强大承载能力的液膜。因此油膜或液体膜的理论受到质疑。单螺杆压缩机的发
11、明人也强调：喷液只是为了冷却，虽然喷液也有润滑与密封作用。深入地研究发现星轮“永不磨损”的原因在于星齿形的设计。正确的设计可以令啮合副的接触应力为“零”。“零应力”才是啮合副永不磨损的真正原因。掌握“零应力”齿廓设计是“ 永不磨损的关键”。早在20 世纪 80 年代，查谦就掌握了“零应力”齿廓的设计技术，迄今为止国内尚未发现其它厂家掌握该技术。限于篇幅，本文不介绍该技术。42 提高加工精度 有人认为高精度专机的制造是不可能的，也没有必要，只要解决了星轮齿廓就行了。其实通常情况下，材料的磨损与应力、路程成正比。但是当应力足够小时，材料就“永不磨损”了。当螺杆精度不高时，星轮的运转是不平稳的，由此
12、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。“浮动星轮”就是为了削减这种惯性力而发明，并且大大延长了星轮的寿命。但是“浮动星轮” 只能削减星轮托架的惯性力而不能削减星轮本身的惯性力，因此螺杆的加工精度越高，星轮寿命越长。国内外的实践也证明了这一点，用滚齿机加工螺杆时，星轮寿命最短，用专机加工的螺杆星轮寿命稍长，用高精度专机加工螺杆时，星轮寿命最长。 国内有些专机由八个齿轮组成，采用公用齿轮时则由七个齿轮构成。一对齿轮只有 1-2 个齿同时啮合。由于制造误差和变形，轮齿进入或退出啮合时均产生冲击，所以齿轮传动不平稳。此外，专机所用齿轮的精度也低，所以专机的长短周期误码
13、率差都比高精度专机低数倍。如前所述，短周期误差令星轮齿面产生较大惯性力和接触应力。专机的长周期误差导致螺杆齿槽不等分，所以星轮不能实现多齿同时啮合，只能由少数星轮齿来克服星轮运转的阻力，进一步加大了接触应力，使星轮在远离“零应力” 的条件下工作而加速磨损。 提高专机的精度是延长星轮寿命的重要一环，但还需正确工艺的配合。正确的工艺能减少专机制造误差的影响，使工作精度接近或高于专机精度。要达到这一目的，科学的检测技术是至关重要的，这不是三坐标仪所能解决的。然而目前的单螺杆压缩机生产厂家却无一例外地忽视了这一点。43 技术创新431 长寿节能单螺杆压缩机 肇庆端州压缩机研究所掌握了前述的齿形、加工技
14、术，并且拥有目前国内精度最高的单螺杆专用机床，所研制的单螺杆压缩机经国家压缩机质量监测中心检测与广东省科委的鉴定，技术指标在国内遥遥领先。经过近万小时的运转后排量也不下降，星轮的寿命是目前市售产品的 6 倍以上。由于资金匾乏，未能批量生产；但是积级从事提高单螺杆压缩机性能的研究，发明了既能延长压缩机的寿命又能降低能耗的“非等宽齿”技术。2000 年与顺德合资成立了顺德市正力精密机械有限公司，专门从事单螺压缩机的生产。采用“非等宽齿”技术批功率比国外最先进的样机低 0.3 是 kWm3min-1，容积效率高 2，排气温度低 8oC 左右，预期寿命比肇庆研制的产品更长，被誉为“长寿节能单螺杆压缩机
15、”，并因此荣获 2000 年国家科技创新基金 75 万元的无偿支持。产品的另一个特点是：由于精度高、星轮托架刚性好，当排气压力在较大范围内变化时都有高的容积效率，其容积效率的变化不仅小于国外名牌产品的样机，也小于双螺杆压缩机。所以在高压下工作时比功率也较小。正力精工的成就吸引了许多专家和名工程院士来正力精工考察与交流，并对正力精工做出了高度评价。西洒安交大郁永章教授说：正力精工为中国压缩机行业办了件好事！正力精工的系列产品在 2001 年广州和上海国际空压机展览会上都受到了国内外同行的高度赞扬，认为正力精工在单螺杆压缩机的技术方面已进入国际先进行列。 “非等宽齿”已经获得了国家专利（专利号 z
16、1992488281）和美国发明专利，并正在申请日、英、法和 PCT 专利。432 新型节能单螺杆压缩机 为了进一步降低单螺杆压缩机的能耗，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。这种将螺杆高压段的外径减小的单螺杆压缩机已经获得了国家专利（专利号：ZL00233516.6），正在申请国外专利。 为了使单螺杆压缩机不仅在振动、噪声、寿命等方面，而且在能耗等方面都全面领先，顺德正力精工尚有新的技术正在申请专利，要形成了年产 3000 台的生产能力。5、正力公司介绍 2000 年元月顺德顺威
17、与肇庆端州压缩机研究所合资成立了顺德市正力精密机械有限公司。端州压缩机研究所的知识产权及相关的工艺装备归正力所有。由顺德顺威的法定代表人黎东成先生首任董事长。顺德顺威电器有限公司成立于 1992 年，是从事空调制冷零部件的专业生产厂家，主要产品有：贯流风扇叶、轴流同扇叶、离心风扇叶、空调器和家用电器塑料外壳、塑料模具、亲水铝箔等。顺威是国内最早从事空调风扇叶设计生产的厂家，也是中国最大、市场占有率最高、品种最齐全、规格最多的风扇叶专业生产厂。2000 年 10 月在端州所多年的研究成果和专利技术的基础上，吸收了日本的样机的优点设计的第二代单螺杆压缩机预期比日本样机节能 01kW（m3min-1
18、 ）以上，因此申报了国家科技创新基金专家咨询委员会的 75 万元无偿资助， 2001 年国家无偿资助获得批准，产品研制成功比功率实际降低 06kW （m3min-1），批量生产中比功率平均降低 038kW （m3min-1 ）。2002 年 1月 10 日由多位中国工程院院士组成的科技创新基金专家咨询委员会到公司视察。中国工程院院士姚福生等对这个项目赞不绝口，他们说：“这项目是压缩机的发展方向，填补了国内空白，达到了国际先进水平。”中国高新技术产业导报随行记者王新佳采访后写了题为单螺杆压缩机突破国外技术封锁的文章于 2002 年 1 月 25 日发表，2002 年本公司又获得了市科技创新基金
19、75 万元的无偿资助。正力精工和 GANEY 已获国内商标注册。后者已获世界知识产权组织、日本和美国注册，并正在法国、德国和英国申请注册。 2001 年，正力公司获广东省民营科技企业称号。 正力公司按 ISO90012000 标准建立起质量管理体系，并已通过认证。 正力公司的质量方针是： 建一流体系，用一流人才 出一流产品，送一流服务。 其含义是：按 ISO90012000 标准建立起质量体系并持续实施、不断改进；根据各岗位对人员的要求，不断地培训教育提高人员素质，引入竞争机制，优化人才结构；质量体系的有效运行，必使各项业绩持续改进和保持国内国际的领先地位；以顾客为关注焦点，做好售前、售后服务
20、使顾客满意；积极收集、分析和利用来自顾客和市场的信息以改进公司的每一项工作。 正力公司的管理层知识结构以大学本科以上学历的中轻年专业人士为骨干，平均年龄 35 岁。 正力精工在准备迁入高新技术工业园的同时，技术改造工作正在加紧进行，重点之一是研制效率、高精度专用机床，以扩大产量、降低成本、提高竞争能力；为扩大品种，特别是生产中央空调等新产品创造良好条件。 正力精工的技术成就吸引了西安交通大学著名中国压缩机专家博士生导师郁永章教授，著名齿轮专家锥齿轮非零传动的发明人国际齿轮标准化组织 1SO 中国首席代表，美国齿轮制造者协会学术委员会代表、博士生导师梁桂明教授等来交流技术并且成为正力精工的技术顾
21、问。“正以立志，力在创新”是我们坚定不移的理念，“不断否定自己，永远追求卓越”是我们永远进取的决心。正力人愿为国家、为民族做出应有的贡献。6、市场业绩 正力由于采用了首创的具有三条啮合线的齿形和专利技术（中国专利号：ZL99 1 221109、ZL99 2 4882881 、ZK、L00 2 335166，美国专利号 US6398532B1），本公司产品寿命比同类产品长 6 倍，是同类产品中寿命是最长的，而且比国外同类产品节能038kW（mmin-1）以上，被誉为长寿节能单螺杆压缩机，深受用户的喜爱。 对压缩机可靠性要求高的企业，在使用了国产和合资企业的产品后均以世界名牌原装机为唯一的选择，通
22、过再三的考核后才决定试用正力公司的产品。因此在美的集团、现代集团、美的电工、东方集团、新丰木业、蚬华集团、伟雄集团等分别把正力精工的压缩机与世界名牌的原装机放在同一机房内并联运行，这种情况实际上是正力产品与世界名牌产品在相同工作条件下的比试或考核。经过这种考核后用户认为，正力单螺杆压缩机不仅噪章低、振动小，大大改善了工人的劳动条件，而且与进口原装机相比有如下的优点： 1、正力公司产品的售价低、电耗少、润滑油寿命长。2、正力公司产品故障率低、维修工作量小、维修费用省。 因此，追加订货的情况不少，仅金科集团就增购了 4 台，肇庆日资企业万亚电子使用了正力的3、10m3/min 各一台之后，开设菲律
23、宾分厂时，再次选用了正力的空压机。7、专利证书 国家知识产权局颁发的专利证书1）2000 年获实用新型专利证书 节能单螺杆压缩机专利号： ZL99 2 4882812）2001 年获实用新型专利证书 新型节能单螺杆压缩机专利号： ZL00 2 33516.63）2002 年 2 月 20 日获发明专利证书 单螺杆压缩机专利号： ZL99 1 22110.94）2002 年 6 月获美国发明专利2、本公司在有关杂志上发表的部分论文1）单螺杆压缩机的现状 压缩机技术1994 年第 4 期2）单螺杆压缩机的专用机床 压缩机技术1994 年第 2 期3）PC 型单螺杆压缩机 压缩机技术1995 年第 2 期 该论文 1998 年与中国科学院和中国工程院两院士论文一起载人了由两院院长周光召和朱光亚任主编的中国科学技术文库4）单螺杆压缩机星轮的制造技术 流体机械1996 年第 6 期5）单螺杆压缩机设计，加工和装配技术的研究 流体机械1996 年第 7 期6）单螺杆压缩机的新进展 压缩机技术2002 年第 2 期
