北一通曾经在中美蜜月期引进美国CP公司（芝加哥风动）的单螺杆技术，据说并未得真传，而我国的单螺杆技术大多源自北一通。在八卦一句就是，单螺杆可高压，因其静音优秀，可用于潜艇，故出于一些你懂得的原因，单螺杆只能靠自己来提升技术水平了。在国内单、双螺杆的竞争中，就喷油机来说单螺杆已落下风，但在无油水润滑方面却大放异彩。 单螺杆压缩机的雏形来自于蜗杆传动装置，1960年，法国人辛麦恩（B.Zimmem）在此基础上提出了单螺杆的具体结构。1962年试制出第一台样机，该机转速为5000r/min，功率7.46kW，经受了1000小时以上的寿命考验。 单螺杆压缩机的基本结构单螺杆压缩机，故名思议，相对于双螺杆压缩机，单螺杆压缩机只有一根螺杆，其螺杆同时与两个或两个以上的星轮啮合。螺杆型面、星轮端面、螺杆两端盖板共同围成若干封闭容积，实现气体的压缩。 螺杆和星轮根据其外形可分为圆柱形（C）和平面形（P），这两种类型可组合成四种形式的单螺杆压缩机：CP型、PC型、PP型、CC型。  CP型是最常见的单螺杆压缩机形式，我们在以下的讲解中也仅以此种形式的单螺杆压缩机为例。 CP型单螺杆压缩机的结构：由一个圆柱螺杆和两个对称分布的平面齿轮组成啮合副，装在机壳内。螺杆螺槽、机壳(气缸)内壁和星轮齿构成封闭容积。 机壳上除了进、排气口外，与双螺杆机类似，还开有喷液口，将油、水或制冷液喷入工作腔内，起到密封、冷却、润滑的作用。  单螺杆压缩机的工作原理单螺杆压缩机的螺杆一般具有6个螺槽，星轮有11个齿，相当于6个气缸，两个星轮同时与螺槽啮合，因此，单螺杆压缩机相当于一台6缸双作用的活塞机，螺杆每旋转一周相当于12个气缸在工作。  动力传到螺杆轴上，由螺杆带动星轮旋转。 气体(工质)由吸气腔进入螺槽内，经压缩后通过排气孔口和排气腔排出。星轮的作用相当于往复活塞压缩机的活塞，当星轮齿在螺槽内相对运动时， 封闭容积逐渐减小，气体受到压缩。  工作过程： ①吸气过程：螺杆螺槽在星轮齿尚未啮入前与吸气腔相通，处于吸气状态，当螺杆转到一定位置，星轮齿将螺槽封闭，此时吸气过程结束。 ②压缩过程：吸气过程结束后，螺杆继续转动，随着星轮齿沿着螺槽推进，封闭的工作容积逐渐减小，实现气体的压缩过程，当工作容积与排气孔口相通时，压缩过程结束。 ③排气过程：当工作容积与排气孔口连通后，随着螺杆继续转动，被压缩气体由排气孔口输送至排气管，直至星轮齿脱离螺槽为止。 单螺杆压缩机有什么优点/缺点？优点： ①结构合理，具有理想的力平衡性。这一点在所有结构的压缩机中表现尤为突出。  作用于螺槽内的气体，轴向负荷必然抵消，再由于星轮的对称配置，作用于螺杆上的径向力也相互抵消，因此螺杆不受任何轴向和径向的不平衡力。 故由此带来第二个特点。 ②噪音低、振动小。因为单螺杆压缩机的力平衡性好，因此振动小，无需基础。星轮材质采用复合材料，再加上压缩腔喷液润滑，又无增速齿轮，因此噪音也小。 ③单机容量大，无余隙容积。单螺杆压缩机工作时，螺杆上的每一个螺槽在一转中均被使用两次，使螺槽空间得以充分利用，因此，与其它回转式压缩机来说，尺寸可以更小。 此外，螺槽的深度向排气端方向变浅，直至排气时为零，因此，在理论上不存在余隙容积。 缺点： ①运动部件较多。单螺杆空压机有三个旋转轴，而且螺杆和行星齿轮的刚性相差较大，运动中受热膨胀系数不同，易变形不均匀，因而相互啮合精度难以保证。  ②行星齿轮的材料需进一步改善。行星齿轮作为单螺杆压缩机的核心部件之一，其主要作用是起密封作用。另外运转过程中的受热膨胀，以及受到的剪切力和机械磨擦力，使其必须膨胀系数小且兼顾刚性和耐磨性，如何尽快找到一种强度高、膨胀度小且耐磨的材料成为各厂家需要解决的又一大问题。 ③啮合副型线优化以及专用加工设备。型线的持续优化需要市场以及加工设备的支持，目前来看，这方面的难度不小。 单、双螺杆对比，各有什么优势和缺点？ ①力平衡性 单螺杆：螺杆承受的径向、轴向力气体力自动平衡，行星齿轮承受的气体力，要求行星齿轮具有足够的强度和刚性； 双螺杆：螺杆转子承受较大的径向力和轴向力，要求螺杆转子具有足够的强度和刚性，最终需由轴承承受较大负荷。 单螺杆的星轮、双螺杆的轴承，是我国这两大机型的桎梏。这两个因素仅仅靠行业内解决无异于天方夜谭，还需要我国从材料到机床到工艺的整体技术水平的提升，方能有解。 ②噪音和振动 单螺杆：力平衡性好，噪音和振动均小，一般为60~68dB(A)； 双螺杆：力平衡性差，转子啮合时有高频噪音，一般为64~78dB(A)。 ③可靠性 单螺杆：星轮为易损件，因为材料问题，国产星轮通常只有几千小时寿命，如将其视为消耗品，则无其它可靠性的问题； 双螺杆：因轴承负荷大，大多数螺杆机大修时间为2~5万小时，需更换轴承且价值较高。 ④加工设备 单螺杆：目前单螺杆加工设备国内极难获得，故国内大多使用通用机床加工，产品质量不稳定，精度和效率上欠佳； 双螺杆：已经有成熟的转子加工批量生产设备（铣床、磨床等）且已引进到国内。 ⑤效率 基本上双螺杆和单螺杆都各说各的效率高。从国标对喷油单、双螺杆做了合并按统一的能效标准执行，由此可以推断出，两者的效率其实是差不多的。主要取决于某厂或某型的材料、精度和工艺。 单螺杆：在1500~3000r/min效率最高； 双螺杆：在3000~6000r/min效率最高； 客观来说，从性能持久性上来说，目前的单螺杆还无法和双螺杆媲美（说的是普遍现象），主要是因为星轮磨损的问题，牵涉到材质和加工精度（目前还是我国的痛）。 如果仅仅讲新机时的效率，不讲性能持久，那活塞机的效率已经足够高了。然而... ⑥易于制造 单螺杆：基本型的制造难度不高，而生产高性能的机型对设备和材料要求很高； 双螺杆：在国内没有引进螺杆专用加工设备之前，无论从质还是量上，差距都非常大，故彼时双螺杆生产企业大多是进口机头再组装，售价高企。故目前市场上的单螺杆制造企业大多是那时候发展起来的。 ⑦维护、维修 单螺杆：基本型的维护维修难度也不大，高性能的机型仍需厂家维修。 双螺杆：双螺杆的维护非常简单，同时因为双螺杆的大范围使用，主机的大修技术人才越来越多，目前已经不再需要返厂或厂家支持了。 ⑧适用范围 单螺杆：由于螺杆受力完全平衡，单螺杆能在高压下工作，适合用于高排气压力的场合。振动小噪音低对军用意义非凡。而且单螺杆转子与星轮是接触式密封，更容易实现低转速下的无油。 双螺杆：由于转子刚度和轴承负荷的限制，双螺杆只能用于中低压场合，动力用、制冷和气体输送，一般低于4.5MPa。由于双螺杆转子间无油润滑下无法直接啮合，所以需要很高的转速（通常在1万转以上），且效率较低，尤其对轴承是巨大的考验。 |
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