螺桿與式滑片式空壓機

　　1
　　滑片式空壓機與螺桿式
　　空壓機的技術對比
　　2
　　前言：
　　目前，在國內中、低壓的空氣市場中，傳統(tǒng)的活塞機雖然購買價格較
　　低，但由于其可靠性低、能耗大、維修量高所帶來的巨額后續(xù)支出已經逐漸淡出
　　市場。新型的空壓機主要包括：滑片式空壓機和螺桿式空壓機（分為單螺桿和雙
　　螺桿）兩種。其中螺桿式空壓機進入國內市場較早，已經占據(jù)了一定的*。
　　滑片式空壓機技術含量較高，在領域具備生產能力的廠家較少，因此進入國
　　內市場較晚，仍然處在概念傳播的階段。但由于其超長的壽命、良好的可靠性、
　　優(yōu)異的排氣質量、zui高的效率和zui少的維護正在迅速趕超其它同類產品，必將成
　　為新型壓縮機的市場主流。
　　3
　　1.0 可靠性的對比
　　影響可靠性的主要因素
　　1.1 壓縮機地核心部件－主機的對比
　　影響因素 具體影響
　　零部件數(shù)目 l 零部件，尤其是運動部件數(shù)目越少，可靠性越高
　　運動速度 l 運動速度越低，可靠性越高
　　運動形式 l 運動形式越簡單，可靠性越高
　　工作應力 l 應力形式越簡單，受力越小，可靠性越高
　　加工裝配要求 l 加工裝配要求越低，越容易達到，可靠性越高
　　材質壽命 l 材質壽命越長，可靠性越高
　　滑片機主機
　　雙螺桿機主機
　　單螺桿機主機
　　運動部件數(shù)目 l  1 個轉子 l  1 對陰陽轉子 l  1 個螺桿，2 個星
　　形輪
　　運動速度 l  1000-1500rpm l  1500-3000rpm
　　運動形式 l 單純回轉運動 l 陽轉子驅動陰轉
　　子進行嚙合
　　l  螺桿驅動2 個星
　　形輪進行嚙合
　　加工、裝配要求 l 加工要求很高，但
　　不需要設備
　　l 裝配簡單易行
　　l  必須使用設備加工，要求十分嚴格：
　　l  裝配復雜，要求十分嚴格
　　材質壽命 l 所有運動部件使
　　用壽命都在10 萬
　　小時以上
　　l  壽命2-4萬小
　　時
　　l  軸承壽命5 萬小
　　時
　　l 星形輪屬于易損
　　件，5百到2千小
　　時更換
　　4
　　1.2 受力的對比
　　軸承失效是困擾螺桿機，尤其是雙螺桿機的主要問題之一，即便選用名
　　牌軸承，2－4 萬小時也必須更換。主機受力大、受力形式復雜是導致雙螺
　　桿機軸承失效的直接原因；單螺桿機在受力平衡方面有所改良，但作用有限；滑
　　片機由于從原理上避免了軸向力從而使得軸承問題得以*解決。
　　比較內容 滑片機 雙螺桿機 單螺桿機
　　受力種類 l  只受徑向力 l  軸向力與徑向力均存在
　　軸承形式 l   l 滾動軸承
　　軸承數(shù)量 l  2 個 l  5-9 個 l  6－10 個
　　加工裝配要求 l  易于加工裝配 l 加工裝配要求十分嚴格
　　軸承壽命 l  10 萬小時 l  2－4 萬小時 l  5 萬小時以內
　　圖1－1滑片機受力分析 圖1－2雙螺桿機受力
　　分析
　　圖1－5 滑片機的滑動軸承
　　圖1－4 螺桿機的滾動軸承
　　圖1－3 單螺桿機受力
　　分析
　　5
　　1.3 轉速的對比
　　增加轉子轉速可以提高排氣量。但轉速過高，磨損會加大，能量損失也隨之
　　增加，從而壓縮機負荷增大，運動部件壽命減短。因此通過提高轉速來增大排氣
　　量是一種非常不合理的方式。
　　通過設計原理分析，我們知道：主機的有效吸入容積和容積效率是影響排
　　氣量大小的zui主要因素，這也決定了螺桿機與滑片機轉速的不同。
　　小結：
　　通過本節(jié)的詳細對比可見，滑片機運動部件少，運動形式簡單，轉速低，受
　　力簡單易平衡，從原理上*消除了軸承失效問題，在可靠性方面大大超出螺桿
　　機。
　　比較內容 滑片式壓縮機 螺桿式壓縮機
　　有效吸入
　　容積
　　l  有效吸入容積較大
　　l  達到相同的排氣量其轉速可明
　　顯降低
　　l 有效吸入容積較小
　　l 達到相同的排氣量只能靠增加
　　轉速
　　容積效率 l  容積效率高，氣體回流量小
　　l  不必提高轉速也能保證排氣量
　　l 泄漏點較多，效率低
　　l 不增加轉速，其排氣量無法保證
　　轉速 l  每分鐘1000－1500 轉 l 每分鐘1500－3000 轉
　　6
　　2.0 效率的對比
　　2.1 容積效率的對比
　　容積效率＝實際產氣量/理論產氣量
　　在壓力差的作用下，壓縮空氣會從高壓腔向低壓腔回流（內泄漏），這是影
　　響容積效率的zui主要因素。這種回流主要表現(xiàn)為以下三個方面 ：
　　一、沿定子內表面的泄漏
　　比較內容 滑片式壓縮機 螺桿式壓縮機
　　裝配形式 l 滑片被離心力甩出，與
　　定子內壁主動密封，無
　　間隙
　　l 雙螺桿：為防止接觸，轉子和定子間
　　必須留有足夠的間隙
　　l 單螺桿：轉子、星形輪與定子間都必
　　須留有足夠的間隙
　　氣體回流 l 油膜密封穩(wěn)定，內泄漏
　　可能性極小
　　l 油膜不能*密封間隙，回流量較大
　　吸氣口
　　排氣口
　　圖2－1 雙螺桿機轉子與機殼布置 圖2－2 滑片機轉子與定子布置
　　7
　　二、沿端面的泄漏
　　比較內容 滑片式壓縮機 螺桿式壓縮機
　　氣體回流 l 端面間隙不變，油膜密封保
　　證沿端面無泄漏
　　l 排氣口的余隙增大，意味著
　　泄漏無法避免
　　成因 l 強大的軸向推力
　　排氣口余隙
　　吸氣口余隙
　　圖2－3 雙螺桿機轉子與端蓋密封 圖2－4 滑片機轉子與端蓋密封
　　- 8 -
　　三、余隙容積（泄漏三角形）
　　“泄漏三角形”是指在螺桿式壓縮機中，轉子在嚙合時其形線造成的一個空
　　隙。高壓空氣會通過此空隙向低壓區(qū)回流，而且無法通過密封。
　　這是由螺桿式壓縮機轉子的幾何型線帶來的一個典型技術問題，*地消除
　　它是不可能的。
　　滑片式壓縮機中不存在“泄漏三角形”。
　　圖2－7 滑片的潤滑與密封
　　圖2－5 陰陽轉子嚙合
　　圖2－6 泄漏三角形
　　必須指出，隨著運行時間的增
　　加，磨損無法避免。由于螺桿機是
　　依靠陽轉子驅動陰轉子進行工作
　　的，所以磨損較大，導致各種泄漏
　　隨之增大，排氣量下降。
　　滑片機*可能發(fā)生磨損的
　　部件是滑片。滑片的末端是一個R
　　弧，通過油膜與定子密封，磨損極
　　小。即便滑片發(fā)生了輕微磨損，在
　　離心力作用下的自補償功能仍可
　　以保證滑片與定子的良好密封，因
　　此排氣量始終如一。
　　- 9 -
　　2.2 傳動效率的對比
　　滑片機全部采用彈性聯(lián)軸器傳動，理論上沒有能損失，實際效率也可以
　　保證在99％以上。為保證高轉速，螺桿機多數(shù)采用齒輪傳動，某些機型因為結
　　構設計或降低成本的原因采用了比較落后的皮帶傳動方式。
　　齒輪傳動結構圖
　　圖2－10 齒輪傳動結構
　　小結：
　　電費是空壓機用戶zui大的投資，所占比例超過80％。因此，在效率上微小
　　的提升都會給用戶帶來切實的收益。與雙螺桿機相比，滑片機在效率方面的優(yōu)勢
　　十分突出，真正符合壓縮空氣成本zui低原則，在長期的使用中必將為用戶帶來巨
　　大的經濟效益。
　　彈性聯(lián)軸器 齒輪 皮帶
　　傳動效率 99％以上 96％－98％ 94％－96％
　　安全性 高 低 高
　　維護 基本免維護 維護量很大，費用高 定期維護、2 千到1
　　萬小時更換
　　圖2－8 彈性聯(lián)軸器
　　圖2－9 皮帶傳動結構
　　- 1 0 -
　　3.0 維護性能的對比
　　影響維護性能的具體因素分析：
　　維護費用＝ 三濾更換費用＋潤滑油更換費用＋油氣系統(tǒng)檢修費用
　　＋傳動系統(tǒng)檢修費用＋控制系統(tǒng)檢修費用＋主機檢修費用
　　組成部分 影響因素 具體影響
　　維護量 l  零部件數(shù)量
　　l  維護周期
　　l  零部件數(shù)量越少，維護量越少
　　l  維護周期越長，維護量越少
　　維護難度 l  設備內部結構
　　l  零部件尺寸與形式
　　l  結構越簡單，維護越容易
　　l  零部件尺寸越小、重量越輕、形式越簡單，
　　維護越容易
　　比較內容 滑片式壓縮機 螺桿式壓縮機
　　三濾更換 l 三濾尺寸小，更換容易
　　l 三濾壽命長：油濾可反復使用，
　　油分芯壽命1 萬小時
　　l  三濾尺寸大，更換難度大
　　l  三濾壽命相對較短：油濾2－4
　　千小時，油分芯5－6 千小時
　　潤滑油更換 l 油量僅為螺桿機的1/2 l  油量大，費用高
　　油氣系統(tǒng)檢修 l  95％以上的管路和閥門內置，
　　外部僅余4 根管路，檢修量少
　　l  所有管路和閥門外置，接頭處
　　易泄漏，檢修量大
　　傳動系統(tǒng)檢修 l 日常免維護，基本不發(fā)生費用 l  皮帶2 千－1 萬小時更換，張
　　緊系統(tǒng)需定期維護
　　l  齒輪傳動需定期檢修，檢修量
　　大，費用高
　　控制系統(tǒng)檢修 l  PLC 系統(tǒng)自帶電器元件檢測功
　　能，檢修方便
　　l  儀表控制系統(tǒng)檢修量大，檢修
　　不方便
　　主機檢修 l 軸承終生免維護
　　l 排氣量始終如一，主機免維護
　　l 不存在抱死現(xiàn)象
　　l  軸承需定期更換，一般雙螺桿
　　機2－4 萬小時，單螺桿機5
　　萬小時以內，費用很高
　　l  雙螺桿機一般3 年左右排氣量
　　開始明顯下降，需大修調整；
　　單螺桿機星形輪屬于易損件，
　　需定期更換
　　l  軸承失效、潤滑油積炭等多種
　　原因都可能導致主機抱死，一
　　旦抱死，必須采用設備維
　　修，現(xiàn)場無法進行
　　- 1 1 -
　　結束語：
　　滑片式壓縮機從誕生至今已有近80 年的歷史，其間經歷了從設計到加工的
　　數(shù)次革命，技術上已趨于，在歐美眾多的企業(yè)中得到了廣泛的應用。然而在
　　國內的空壓機市場上，她無疑還是一個新事物，仍然處在概念傳播的階段。沈陽
　　偉納通用設備有限公司將她引進國內市場，目的是為迅速發(fā)展的民族工業(yè)盡
　　一份綿薄之力。我們有理由堅信：憑借著她超凡的性能和我們不懈的努力，未來
　　的新型空壓機市場必然會成為滑片式壓縮機的天下！
　　- 1 2 -
　　附錄：空壓機選型的*準則——壓縮空氣成本zui低原則
　　客戶購買空壓機和相關后處理設備的zui終目的是組建空壓系統(tǒng)，制造出符合
　　要求的壓縮空氣用于生產。因此，壓縮空氣成本zui低原則就成為了判定壓縮機性
　　能的*準則，即：在一定的生產環(huán)境下，生產出同等體積、同等質量壓縮空氣
　　的成本zui低。
　　上圖是綜合了國內外數(shù)百家企業(yè)的空壓站調研數(shù)據(jù)之后得出的壓縮空氣成
　　本分析圖。調研機型為：4KW~250KW的往復式、螺桿式、滑片式和少量其它形
　　式的空氣壓縮機；工作條件為：單機每天工作12 小時，連續(xù)工作10 年。
　　從圖中可見，在長達10 年的持續(xù)投入中，電費占到了80 以上的份額，遠遠
　　超過設備購買的比例；而設備的正常維護和意外事故（包括：非常規(guī)維修和停產
　　損失）所占的比例也都接近于設備購買的比例。從技術角度分析以上數(shù)據(jù)，用戶
　　在壓縮空氣上zui大的三項投資，即：電費、正常維護費用和意外事故帶來的費用
　　分別對應了空壓機的三項綜合技術指標：效率、維護性能和可靠性。
　　從上述分析可見，用戶在選擇空壓機時單純地比較設備價格或形式并無實際
　　意義，而應該依據(jù)壓縮空氣成本zui低原則，重點考察設備地效率、維護性能和可
　　靠性這三項技術指標。（可靠性是設備正常工作的基礎，應優(yōu)先考慮）
　　顯而易見，可靠性越高、效率越高、維護性能越好的空壓機必將成為用戶的
　　。
　　圖2－1 壓縮空氣成本分析
　　設備購買7%
　　正常維護5%
　　意外事故5%
　　其他費用1%
　　電費 82%
　　電費