无油干螺杆和水润滑螺杆有什么区别？

近几十年来，无油螺杆压缩机的研究日益活跃，许多国家和企业在原有喷油螺杆压缩机模型的基础上，开始探索无油螺杆压缩机之路。在对气体质量要求高的领域，如纺织、冶金、食品、化工、医药、石油和空气分离等。无油螺杆压缩机能够提供高质量的压缩气体，满足各种需求，具有广阔的应用前景。应用领域在食品制造和包装行业中，用喷油螺杆式压缩机制备压缩气体时，压缩机中的润滑油在生产过程中经过多次高温氧化和冷凝乳化，性能已大大降低，呈酸性，不仅不能润滑后续设备，反而会破坏正常的润滑。使用无油螺杆压缩机可以避免失效润滑油对设备的负面影响。在制药和生物工程中，压缩气体中含有的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以防止细菌和噬菌体在气体中滋生。在电镀行业，生产过程中镀层表面存在起霜、烧焦、针孔、裂纹等问题。人们用搅拌来解决这些问题，而搅拌需要压缩空气的支持。压缩空气的质量对光亮镍电镀的沉积速率和电镀效率有很大影响。无油螺杆压缩机的应用可有效避免涂层表面起霜、烧焦、针孔、裂纹等问题。因此，无油螺杆式压缩机已用于制备电镀用纯气体[1]。在汽车喷涂行业，不纯的气体往往会造成劣质的涂层。如果压缩空气中含有油，涂层表面会有一些分散或集中的小突起。这些气泡一般产生在面漆下的涂层中，是由涂层下的水蒸气或污垢引起的。此外，含油的压缩空气还可能导致湿涂层表面出现点状分布的小凹坑，形成火山口状的硅坑，凹坑底部有时可以看到基材，俗称鱼眼。如今，无油螺杆式压缩机已用于汽车喷涂行业，制备喷涂用纯气体，提高了国内汽车的喷涂水平。在纺织工业中，喷气织机需要干燥无油的压缩空气。在生产过程中，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、弹性和弹力。无油螺杆压缩机提供的纯净压缩空气可以保证成品织物的质量。无油螺杆压缩机的分类及主要厂家无油螺杆压缩机包括干式螺杆压缩机和喷水式螺杆压缩机。干式螺杆压缩机主要是双螺杆压缩机，喷水式螺杆压缩机包括双螺杆压缩机和单螺杆压缩机。干式螺杆压缩机的基本结构如图1所示。目前国内市场主要有阿特拉斯(AC)、英格索兰(IR)、首力、博格和神钢、无锡压缩机厂和南京压缩机厂的产品。无锡压缩机厂，有一部分用神户制钢做主机，也生产主机，比如80立方米每分钟排气量的主机，转子喷涂聚四氟乙烯防腐涂层。但是大排量的压缩机性能并不理想。比如排气量大于100立方米每分钟的压缩机，有望在大排气量上得到提升。南京压缩机厂引进了瑞典SRM公司的专利技术，共同开发了无油螺杆压缩机。在德国博格，转子涂层采用钼石墨材料，转子设计中轴承可以自行更换，冷却器设计合理。首力为多种新型纺织机电设备提供优质气源，密封胶可长期更换。英格索兰主要采用二硫化钼转子涂层，经浸渗工艺处理，其传动轴输入端装有改进的唇形密封。Atlas，转子采用S-AP线，喷涂特氟龙涂层。气路系统(高低压转子)、油路系统(变速箱、油底壳、油泵、机油滤清器)、冷却系统(中冷、后冷、油冷)为一体式结构；齿轮箱采用双轴承设计，滚珠轴承承受径向力，滚柱轴承承受轴向力。喷水螺杆式压缩机喷水双螺杆压缩机的流程如图2所示，更早之前荷兰就有GrassAir。今天主要是Atlas和CompAir。此外，无锡压缩机厂也在积极从事这方面的研发。Atlas和CompAir使用陶瓷转子、水润滑轴承，没有同步齿轮。转子相互啮合，形成水膜密封。有傅生、三井喷水单螺杆压缩机，开发小排量水润滑单螺杆压缩机。傅生采用三井单螺头，排气量12m3/min，最大功率120kW。转子材料为不锈钢、铜和陶瓷轴承。由于材料和技术的限制，目前制造大型喷水单螺杆压缩机相对困难，但小型喷水单螺杆压缩机效率高，维护成本相对较低。干式螺杆压缩机中的转子材料和型面转子材料，由于没有润滑油润滑和带走微小颗粒，气体会腐蚀转子、壳体内壁和气道。因此，在传统喷油螺杆转子材料的基础上，通常喷涂防腐涂层，如PTFE、MoS2、特氟龙等，以保证转子不变形、不腐蚀。在喷水螺杆式压缩机中，虽然向压缩腔内注入水，可以起到冷却、密封和保持气体纯度的作用，提高压缩机的效率，很好地控制排气温度，但水不可避免地会腐蚀转子和其他部件，因此需要慎重选择转子材料。一般转子材料的选择如下:(1)NSB钢转子在上海螺杆压缩机开发中心制造的LG-30/0.8喷水火炬气螺杆压缩机中，转子采用NSB钢(镀镍磷合金，能抵抗火炬气、H2、H2S、SO2的腐蚀)。(2)高分子聚合物陶瓷转子法国阿特拉斯和GVM采用高分子聚合物陶瓷转子。它的转子可以精确加工到几毫米的精度。长期试验结果表明，该材料具有良好的耐磨性、可靠性和适用性。(3)工程塑料转子的应用为螺杆压缩机转子的材料和加工手段开辟了新的经济途径，为喷水螺杆压缩机的发展提供了良好的条件。本发明的精密注塑工程塑料转子不锈，成本低，同时降低了螺杆式压缩机的噪音和振动。这为在压缩室中使用喷水密封冷却技术创造了良好的条件。螺杆转子的型线设计对螺杆压缩机至关重要，需要综合考虑转子型线的啮合要求、连续接触线、加工性能等因素。为完成国家“十五”863项目“燃料电池发动机”，Xi交通大学压缩机研究所研制成功了可用于燃料电池的LG300无油喷水螺杆式空气压缩机。根据具体的设计要求，课题组专门开发了如图4所示的新型旋翼线。该型线具有双侧不对称的特点，所有部件齿曲线均为圆弧或圆弧包络，可以减少通过接触线的横向泄漏，提高压气机效率。此外，转子的可加工性得到改善，便于采用各种方法进行加工。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。转子之间和转子与机壳之间有许多泄漏通道，流体通过间隙的泄漏直接影响容积效率和总效率。在实际运行过程中，转子在热力和机械边界条件的作用下，发生热力和机械弹性变形，使得实际运行间隙与设计间隙相差较大。过大的间隙会增加泄漏并降低容积效率；如果缝隙太小，很容易烫伤和咬伤[4]。虽然整个转子的温差不大，但转子沿长度方向的径向变形仍然存在差异。这主要是因为整个转子形状复杂，齿槽是螺旋形的而不是严格的轴对称。对阴阳转子沿接触线的径向变形分析表明，虽然沿轴向长度的变形存在差异，但两转子的总变形基本不变，总变形随温度呈线性变化。干式压缩机的排气温度通常很高。为了防止转子咬入甚至严重损坏转子齿，应考虑加大设计间隙或采取适当的冷却措施[5]。(2)涂层失效不良的转子涂层在运行一段时间后会脱落，转子暴露在空气中，受空气中杂质和温度变化的影响。最终会导致运行性能下降，甚至损坏机器。喷涂防腐涂层是难点之一。目前广泛使用的有二硫化钼、聚四氟乙烯和钼石研磨涂层。喷水螺杆式压缩机的技术难点(1)陶瓷转子由于陶瓷材料的耐磨性不适合机床加工，所以采用精密铸造，铸造技术是难点之一。一般陶瓷制品的气孔、裂纹等缺陷需要用聚焦X射线仪器检测，陶瓷坯体密度的一致性需要用超声波仪器监测。(2)水污染清洗由于水的存在，必然会对螺杆式压缩机的主机和冷却水系统产生一定的腐蚀影响，甚至在管路中形成一定的水垢。水垢在冷却系统中形成后，会减小水通道的截面积，增加水循环的阻力，阻碍正常的热交换。随着垢层的不断增厚，会造成设备严重的冷却不良，带来一系列不良后果，如增加压缩机的功耗，减少进排气量等。，所以水垢的处理方法也很重要。水垢处理的方法一般包括化学试剂法、物理法和人工法。(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料性能和润滑结构，将轴承与动密封装置等部件有机地结合起来，以水作为润滑介质。目前能提供水润滑轴承的厂家相对较少，瑞典SKF公司积极从事这方面的研发。降噪发展趋势研究噪声作为螺杆式压缩机的一个突出问题，已经被多次提出。尤其是在无油螺杆式压缩机中。因此，降噪研究将成为热点。随着其他型号的噪声研究，噪声研究技术将不断发展进步，为无油螺杆的噪声研究提供充分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诸多领域应用局限性的日益暴露，以及干式螺杆压缩机自身存在的一系列问题，水润滑无油螺杆压缩机应运而生，具有良好的发展前景。随着涂层技术和轴承制造业的发展，一些公司，如阿特拉斯，已经使用水来润滑轴承，并放弃了原来的同步齿轮需要油润滑的限制。再者，在转子型线不断改进的大趋势下，实现转子间的啮合，形成良好的水膜密封，水润滑无油螺杆压缩机将不再是不切实际的想法。提高压缩机性能，改善无油润滑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和市场份额的不断扩大，离不开转子型线的发展。优化叶型设计方法将成为研究热点。压缩机作为一种通用机械，在许多领域有着良好的应用前景。无油螺杆压缩机具有独特的优势。随着对其研究的深入和设计技术的不断提高，无油螺杆压缩机的性能将会进一步提高，其应用领域也会越来越广泛。在一些医疗等领域，比如牙科，目前多采用无油活塞等机型，未来可能会有无油螺杆式压缩机的一席之地。此外，化工、航天、航空等诸多方面也将得到更广泛、更深入的应用。