【壓縮機(jī)網(wǎng)】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，螺桿壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子材料現(xiàn)今有了很大進(jìn)步和變化，作者對此做過一些研究試驗(yàn)，此文略談一二。

 

　　1 離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材料

　　離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子多用不銹鋼制作，但在氫電池汽車上的離心空壓機(jī)卻有人采用鋁合金制作轉(zhuǎn)子，而與此接近的汽車增壓器卻普遍用不銹鋼制作轉(zhuǎn)子。

　　由于氫電池汽車上的離心空壓機(jī)體積要求更小，轉(zhuǎn)速要求更高，人們覺得使用高強(qiáng)度鋁合金制作轉(zhuǎn)子更為合適。

　　對這種離心壓縮機(jī)來說，減小轉(zhuǎn)子振動(dòng)是非常重要的，這種壓縮機(jī)的最大轉(zhuǎn)速高達(dá)14.4萬轉(zhuǎn)/分鐘或16萬轉(zhuǎn)/分鐘。用鋁合金制作的轉(zhuǎn)子，由于不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力，與相同尺寸的不銹鋼制作轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力比較會(huì)減小2倍，也就是用鋁合金制作的轉(zhuǎn)子由于相同不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力只有相同尺寸不銹鋼轉(zhuǎn)子離心力的三分之一，由此產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)大大減輕。這是鋁合金轉(zhuǎn)子優(yōu)于其它材料轉(zhuǎn)子難得的優(yōu)點(diǎn)。

　　對于小型離心空壓機(jī)來說，這種鋁合金轉(zhuǎn)子具有彈性好、重量輕、易加工和成本低的優(yōu)勢。

 

　　2 雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材料

　　噴油雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材料

　　雙螺桿壓縮機(jī)發(fā)展初期，外國人主要用易切削鋼制作噴油雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。當(dāng)中國人大量買進(jìn)英國的螺桿轉(zhuǎn)子專用銑床后，覺得中國的球墨鑄鐵不論是切削性能，還是加工量都優(yōu)于易切削鋼轉(zhuǎn)子，而且成本較低，因而國內(nèi)噴油螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)而多普遍采用球墨鑄鐵制作。由于我國稀土元素豐富，稀土球墨鑄鐵技術(shù)成熟，球墨鑄鐵轉(zhuǎn)子就成為中國特色的螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。

　　噴油雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在油氣兩相物混合狀態(tài)下工作。在工作中，由于氣力和液力聯(lián)合作用，油氣被均勻的噴射到壓縮機(jī)各基元容積的同時(shí)，也噴撒到轉(zhuǎn)子和機(jī)體表面，形成保護(hù)層，并且高速流動(dòng)的空氣和潤滑油又把轉(zhuǎn)子表面的微小粒子沖刷干凈。雖然球墨鑄鐵表面不如鋼制轉(zhuǎn)子表面細(xì)密，但仍能勝任轉(zhuǎn)子的功能。

　　螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子工作的可靠性程度是由軸承的精度保證的，現(xiàn)在看來，鋼制轉(zhuǎn)子和球墨鑄鐵轉(zhuǎn)子幾乎沒有很大差別。

　　對于大型螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子，人們還是傾向于用鋼制轉(zhuǎn)子，覺得鋼制轉(zhuǎn)子的可靠性還是好一些。

　　干螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材料

　　由于人們需要更可靠更干凈的壓縮氣體，而噴油螺桿壓縮機(jī)加上壓縮氣體精密過濾的做法仍不能完全取代干壓縮機(jī)。后來，由于可靠性和維修期的差異，人們從不放棄到部分恢復(fù)各類干壓縮機(jī)。

　　干螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子和噴油壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子又有不同，由于干螺桿壓縮機(jī)的價(jià)格高，轉(zhuǎn)速高，壓縮介質(zhì)復(fù)雜，因而普遍用不銹鋼制作干壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。

　　為了增強(qiáng)轉(zhuǎn)子的抗磨和抗腐蝕，不同的干壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子表面有不同的防腐涂層或鍍層。以期增加其抗磨性和防腐性能。隨著防腐涂層技術(shù)的不斷進(jìn)步，防腐涂層的性能也得到進(jìn)一步強(qiáng)化，不同的壓縮機(jī)制造商采用了不同的涂層或鍍層。

　　涂層有化學(xué)涂層和燒結(jié)涂層兩種，而真空鍍鈦是更為先進(jìn)的鍍層工藝。

　　鍍層雖然很薄，但仍需要拋光。不同的制造商采用不同的拋光工藝，大多數(shù)應(yīng)用人工輔助機(jī)械拋光，加工中心拋光，化學(xué)物理拋光性能更佳，也有用靜電拋光的，大批量的零件則采用先進(jìn)的熱處理拋光工藝。

　　水潤滑雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材料

　　目前推出的水潤滑雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子材料多數(shù)為不銹鋼，沒有發(fā)現(xiàn)其它材料的水潤滑雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。當(dāng)然機(jī)體也是不銹鋼材質(zhì)。

 

　　3 單螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材料

　　不同的單螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子材料不同。

　　噴油單螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材料

　　國內(nèi)噴油單螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子普遍用易切削鋼和球墨鑄鐵制作，星輪片用碳素纖維強(qiáng)化的聚醚醚酮制作。

　　水潤滑單螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材料

　　近年來，水潤滑單螺桿壓縮機(jī)較廣泛的用于制藥、食品、飲料、紡織等行業(yè)。不同的制造商出于不同的考慮，采用不銹鋼和銅合金制作轉(zhuǎn)子，由于水潤滑單螺桿壓縮機(jī)價(jià)格較高，制造商采用哪種材料的轉(zhuǎn)子都會(huì)取得好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然不同材料的轉(zhuǎn)子適配一定配方的星輪片主要為強(qiáng)化的聚醚醚酮材料，水潤滑單螺桿壓縮機(jī)的星輪片材料與噴油單螺桿壓縮機(jī)不同。

　　水潤滑單螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體和轉(zhuǎn)子材料是匹配的，轉(zhuǎn)子材料硬度較高，機(jī)體材料的鑄造流動(dòng)性更好一些。

 

　　4 螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)體溫度分析

　　正確分析螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)體的溫度變化，有助于更合適的選擇轉(zhuǎn)子材料。

　　轉(zhuǎn)子工作溫度與機(jī)體工作溫度

　　螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在正常工作循環(huán)中，轉(zhuǎn)子表面各點(diǎn)溫度在吸氣溫度和排氣溫度之間不斷變化，周而復(fù)始，其平均溫度基本符合吸氣溫度和排氣溫度的中間值。

　　螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體溫度狀況會(huì)因機(jī)器種類不同而不盡相同，但是基本符合吸氣端溫度低（接近吸氣溫度），排氣端溫度高（接近于排氣溫度）的規(guī)律。

　　實(shí)際上在正常工作中，轉(zhuǎn)子的平均溫度溫度低于機(jī)體溫度。

　　盡管機(jī)體受相聯(lián)管道、法蘭的約束，但與此相對應(yīng)的仍是轉(zhuǎn)子熱膨脹小于機(jī)體的熱膨脹。此規(guī)律與人們的感覺有差異。此規(guī)律就決定了螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)體匹配是安全的。

　　螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與機(jī)體在不同工種階段的溫度變化

　　螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子溫度和機(jī)體溫度在起動(dòng)，正常工作和開始停機(jī)時(shí)，會(huì)發(fā)生較大變化。

　　螺桿壓縮機(jī)在起動(dòng)過程中的溫度

　　螺桿壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)，單元容積的氣體或氣液開始受到壓縮，溫度急劇上升，氣體或氣液與壓縮溫度劇升是一種分子狀態(tài)變化，溫度瞬時(shí)升高或即時(shí)升高，毫無延遲。而作為受熱的轉(zhuǎn)子和機(jī)體是固體，有不同的熱阻，溫度有不同方式的升高。轉(zhuǎn)子受熱充分，溫度會(huì)先于機(jī)體升高。機(jī)體因結(jié)構(gòu)決定，熱阻大，溫度上升慢于轉(zhuǎn)子，但是轉(zhuǎn)子的平均溫度仍不會(huì)超過機(jī)體溫度。這種狀態(tài)持續(xù)零點(diǎn)幾秒或數(shù)秒后，壓縮機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

　　螺桿壓縮機(jī)正常工作溫度符合“轉(zhuǎn)子工作溫度與機(jī)體工作溫度”規(guī)律

　　這是一個(gè)較為穩(wěn)定的溫度狀態(tài)，在此狀態(tài)，螺桿壓縮機(jī)不大容易出故障，除非壓縮機(jī)吸進(jìn)超允許的固體顆粒或軸承突然損壞導(dǎo)致。

　　螺桿壓縮機(jī)在開始停機(jī)時(shí)的溫度

　　螺桿壓縮機(jī)在開始停機(jī)時(shí)，排氣端的高壓高溫氣流會(huì)立即倒流至吸氣端，轉(zhuǎn)子吸氣端表面的溫度立即升高到低于并接近于排氣溫度，機(jī)體溫度則變化不大，趨近于平均溫度，形成了吸氣端轉(zhuǎn)子與機(jī)體瞬間的極小間隙。

　　對單螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣端不做修理的話，在停機(jī)時(shí)就有可能發(fā)生抱機(jī)。

 

　　5 高強(qiáng)度鋁合金適合制作轉(zhuǎn)子

　　對螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)體溫度的分析，利于對螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子材料有較全面的認(rèn)識。作為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子材料易切削鋼、球墨鑄鐵、不銹鋼、銅合金等可以用部分其它材料替代。

　　高強(qiáng)度鋁合金油氣筒的材料強(qiáng)度可以做到不低于優(yōu)質(zhì)碳素鋼。零件的加工表面光潔，螺紋孔光亮圓滑，比球墨鑄鐵好得多。

　　以上分析不難看出高強(qiáng)度鋁合金有某些方面的優(yōu)越性，難怪高檔汽車發(fā)動(dòng)機(jī)演變?yōu)槿X發(fā)動(dòng)機(jī)，從而也就容易理解螺桿壓縮機(jī)使用鋁合金轉(zhuǎn)子的可能性。

　　由于轉(zhuǎn)子受力與機(jī)體不同，各點(diǎn)溫度不同，因而壓縮機(jī)制作轉(zhuǎn)子的鋁合金材料應(yīng)與制作機(jī)體的鋁合金材料正確匹配，鋁合金的牌號（成分）和熱處理也不同；轉(zhuǎn)子的鋁合金硬度應(yīng)較高，綜合強(qiáng)度也較高。

 

　　6 作者做過的試驗(yàn)與開發(fā)

　　作者在雙螺桿空氣壓縮機(jī)上，開發(fā)過鋁合金油氣筒。2002年前，德國有一家公司生產(chǎn)2m3/min的鐵路車輛制動(dòng)用螺桿空壓機(jī)，其油氣筒是鋁合金材質(zhì)。而國內(nèi)一家公司生產(chǎn)2.4～3m3/min的鐵路車輛制動(dòng)用螺桿空壓機(jī)缺乏鋁合金油氣筒材料和工藝，而油氣筒是鋼焊接件。鋼焊接件油氣筒重量大，易生銹，不太適合鐵路車輛配套，在無可取代的情況下，勉強(qiáng)使用罷了。

　　作者在該公司發(fā)現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象后，建議領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)研制鋁合金油氣筒借以替代鋼制油氣筒。經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)研究批準(zhǔn)后，作者選用一種特殊高強(qiáng)度鋁合金作為油氣筒的材料。從設(shè)計(jì)上，為充分體現(xiàn)鋁合金油氣筒的優(yōu)點(diǎn)，作者與其他工程師一起用有限元方法對油氣筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低應(yīng)力集中，幾經(jīng)反復(fù)，完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)后，經(jīng)批準(zhǔn)投入樣品試制。

　　在樣品試制的基礎(chǔ)上，對鋁合金油氣筒樣品進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，作者做到在4倍工作壓力水壓試驗(yàn)下，油氣筒完好無損，無泄漏現(xiàn)象（壓力容器一般要求進(jìn)行2倍工作壓力水壓試驗(yàn)）。

　　當(dāng)時(shí)，鐵道部電動(dòng)機(jī)車引進(jìn)專家組組長汪仕章老先生（老先生參與過我國最早引進(jìn)4臺阿爾斯通電動(dòng)機(jī)車，在寶成鐵路寶雞至風(fēng)州段往返，以運(yùn)行替代兩臺或三臺蒸汽機(jī)車）看到試壓情況后，較感欣慰，經(jīng)他們研究，認(rèn)為可以裝車試驗(yàn)。裝車試驗(yàn)告一段落后，經(jīng)確認(rèn)，又批準(zhǔn)進(jìn)行中試。在中試基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)入正式配套。

　　在此基礎(chǔ)上，作者為該公司開發(fā)了動(dòng)車、輕軌、地鐵專用的鋁合金油氣筒螺桿空壓機(jī)，該公司至今一直在使用作者研發(fā)的產(chǎn)品。

 

　　7 螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子磨合劑

　　要使螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子更可靠，新機(jī)一次成功，作者推薦過道康寧公司的機(jī)械快速磨合劑。在螺桿壓縮機(jī)組裝時(shí)，在轉(zhuǎn)子和機(jī)體的易摩擦部位涂覆少量的這種磨合劑，可以在出廠試驗(yàn)初起動(dòng)時(shí)，防止意外拉傷，非常合理劃算。作者研發(fā)的抗磨修復(fù)劑在這方面更有有獨(dú)特的作用。

 

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