无油螺杆压缩机主机结构及其设计的分析

郑升布(北京燕化正邦设备检修有限公司， 北京 102500)

无油螺杆压缩机主机结构及其设计的分析

郑升布(北京燕化正邦设备检修有限公司， 北京 102500)

无油螺杆压缩机出现在1956年，主要特色是压缩腔内部的介质不与润滑油接触，无油螺杆压缩机也是因此得名，由于设计模式化、没有易损的部件，无油螺杆压缩机的可靠性高、操作维护便利、适用范围广，便于进行自动化改装，本文主要分析无油螺杆压缩机的主机结构以及设计。

无油螺杆压缩机；主机结构；设计

无油螺杆压缩机也被称为认为是干式螺杆压缩机的一种，这是因为其内部介质不需与润滑油接触，压缩腔内是干燥的。但与干式螺杆压缩机相比，无油螺杆压缩机压缩腔内的气体并非完全与所有介质分离。无油螺杆压缩机的优势在于压缩机是密封设计的，基本能够做到有害气体零泄漏，而且风冷和水冷两种模式均可以适用，同时，压力润滑轴承模式有利于延长轴承的使用寿命、加大尺寸，在工作中也无需再加装后过滤装置。

1 无油螺杆压缩机的优势

无油螺杆压缩机虽然不具备结构上的优势，但设计是模块化的，可以根据需要调整不同缸径的设备，避免整体更换的高昂费用。压缩机的良好密闭性设计则保证了有害气体不会外泄。在实际应用中，无油螺杆压缩机可以应用于多种不同气体条件的相关工作，可以提供风冷和水冷两种冷却方式，由于润滑方式的不同，轴承的寿命和尺寸都有更大的调整空间。隔离设备的存在使汽缸不会被油蒸汽影响，因此无油螺杆压缩机免去了安装过滤装置的麻烦。十字头的使用寿命方面也得到了加强，这是由于无油压缩的方式避免了侧向力的影响。如果进行的是多级压缩工作，出色的冷却系统还可以使二级以下部件获得较好的冷却效果，有利于连续运行[1]。

2 无油螺杆压缩机的主机结构以及设计

2.1 无油螺杆压缩机的主机结构

相较于有油螺杆压缩机、注液螺杆压缩机，无油螺杆压缩机的主机结构是较为复杂的，这也是其广泛应用范围的基础保障。

通常来说，无油螺杆压缩机的主机结构由机体、阴阳转子、侧端盖、后盖、同步齿轮、前机体、轴承、轴封、活塞以及其他附属设备共同组成，需要注意的是，所谓无油，只是压缩气体的过程中，压缩腔、阴阳转子不与油类介质接触，但包括齿轮和轴承等在内的基础金属部件是需要通过润滑油等材料进行养护的。在工作进行中，转子等相互之间存在一定的距离，不会发生直接接触，通常是由阳转子带动同步齿轮，同步齿轮再带动阴转子进行旋转，完成气体压缩。

在无油螺杆压缩机主机内部，机体和负责排气的侧端盖一般为双层护壁结构，在两层护壁之间注入水等冷却液体，保持设备温度维持在较安全的范围，不会因为温度过高发生物理变形等问题，机体通常为金属材料，比如灰铸铁等，转子通常由钢制成，轴承选用精度较高的钢制轴承，以确保适应高强度工作，轴封通常为浮环迷宫密封。

2.2 无油螺杆压缩机的主机设计

(1)转子相关设计。转子相关设计包括转子型线设计、齿顶最佳线速度控制和间隙设计三个方面，转子型线设计方面一般采用双边对称圆弧型线，这种设计有利于去除弧形线上的尖点，完成齿曲线间光滑过渡，使主机的工作在实际使用更加有效率，使用寿命也可以得到延长。转子可以承担的荷载进一步提升，随着无油螺杆压缩机应用范围的扩大，相关设计还有进一步提升的空间，比如半弧形交错设计等。齿顶最佳线速度控制的目的是提升无油螺杆压缩机有限容积的使用效率。一般来说，由于压缩机本身的密闭性良好，有害气体等不会泄露，但受限于部分机械的总体体积，或者出现操作养护不当等问题，压缩机内的气体、液体可能出现泄露，对接触线、转子齿顶、排气端面造成影响。将阳转子齿顶线速度控制在每秒50-100m的范围，可以较好的保证无油螺杆压缩机有限容积的使用效率，且不会由于过度使用造成构件损坏。调查显示。啮合间隙每增大0.01mm，压缩机的溶剂效率就会下降1%以上，在进行压缩机主机设计时，如果没有特殊要求，啮合间隙不应过大，一般保持在阳转子直径的3‰-8‰之间，对于部分有特殊要求的压缩机，可以根据具体需要进行调整[2]。

(2)轴承相关设计。轴承相关设计的核心是轴承的游隙。游隙的大小会对轴承的疲劳寿命、噪声、振动等产生影响，进而影响压缩机的寿命和效率。为保证压缩机主机在工作时不会受到负面影响，推力轴承的轴向游隙应小于排气端间隙，其范围大约在0.01mm左右，最大不应超过0.02mm。

(3)压力比设计。过大的压力比会直接造成构件受压变形，尤其是转子等小型、重要构件，在调查中得出的结果显示，在压缩机工作时，如果压缩的压力比达到4以上，则排气温度将超过200℃，随着压力比增大，排气温度也会进一步增大，因此在主机设计时，如无必要，压力比最好不要超过4。同时，如果进气和排气存在较大的压差，也应适当控制压力比，以保证工作需要为前提，压力比应减小。

3 结语

无油螺杆压缩机在工业生产领域十分适用，比起有油螺杆压缩机和注液螺杆压缩机，无油螺杆压缩机的优势在于基本能够做到有害气体零泄漏、支持风冷和水冷两种模式、工作中也无需再加装后过滤装置等。探究其主机结构，分析设计，有利于设备的进一步应用和进步。

[1]田政方.小型双螺杆空气压缩机结构研究与设计[D].武汉理工大学,2014.

[2]杨志.基于负载平衡配置双吸螺杆压缩机的主机关键技术研究[D].华东交通大学,2013.

郑升布(1984- )，男，汉，福建永安人，本科，助理工程师，研究方向：石油化工无油螺杆压缩机检修质量控制分析。