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螺桿壓縮機摩擦形態求真探討

 螺桿壓縮機摩擦形態求真探討
 
 
  【壓縮機網】對于雙螺桿壓縮機和單螺桿壓縮機的滾動與滑動摩擦問題,人們眾說紛紜,有人說:雙螺桿兩轉子之間是滾動摩擦,單螺桿壓縮機轉子與星輪之間是滑動摩擦……
  為了正確的認識滑動與滾動摩擦,我們不妨分析兩個物體的摩擦形態。兩個物體的摩擦形態有三種:滾動摩擦、滑動摩擦和滾滑摩擦。
  滾動摩擦是相對運動的摩擦偶件不斷地變換接觸點(例如球軸承)或接觸線(例如滾柱軸承),而且其接觸點的線速度相同,形成無滑動的滾動摩擦。
  滑動摩擦是相對運動的摩擦偶件有一件不斷的變換接觸點(例如氣缸);而另一件的接觸點不變化(例如活塞上的某點),也就是說相對滑動的一摩擦偶件的接觸點相對位置不變;而另一摩擦偶件的接觸點在一直變化,形成滑動摩擦。滑動摩擦是物體沿著另一物體表面滑動時所產生的摩擦。
  滾滑摩擦是指由于兩個零件嚙合而形成的摩擦。兩個互相嚙合的物體(例如齒輪、雙螺桿、單螺桿與星輪),當嚙合點位于節圓直徑上時,瞬時線速度相等,此時摩擦是滾動摩擦;當嚙合點偏離節圓直徑時,一個零件的瞬時線速度增大,另一個零件的瞬時線速度減小,由于嚙合點兩零件瞬時線速度不同,形成了基于滾動摩擦附加滑動摩擦的滾滑動摩擦。由于嚙合點的位置周期性的發生變化,這種滾滑動摩擦的數據會發生周期性的交替變化。
 
  1.雙螺桿壓縮機
  雙螺桿壓縮機兩轉子是定傳動比嚙合,一對嚙合的螺桿其節圓直徑是固定的,當接觸點位于節圓直徑時,兩個轉子接觸點的線速度相同,此時兩轉子的運動是純滾動。
  當接觸點離開節圓直徑時,兩個轉子接觸點的線速度就發生了變化,當陽轉子與陰轉子的接觸點位于陰轉子節圓一側某一點時,其陰轉子接觸點的瞬時線速度小于陽轉子接觸點的線速度。此時陰轉子的瞬時運動是滾動,而陽轉子的瞬時運動是滾動+滑動。同樣,當陽轉子與陰轉子的接觸點位于陽轉子節圓一側某一點時,其陽轉子接觸點的瞬時線速度小于陰轉子接觸點的線速度,此時陽轉子的瞬時運動是滾動,而陰轉子的瞬時運動是滾動+滑動。
  當一個轉子嚙合點在齒尖時,另一個轉子的嚙合點必然在齒根,位于齒尖此時轉子滑動分量與滾動分量的比值最大,也就是滑動摩擦最大。
  雙螺桿壓縮機的型線水平,不僅體現在泄漏三角形的大小,也體現在型線的流暢與否。流暢的型線不會產生干涉帶,差的型線會產生干涉帶,影響螺桿的性能和可靠性,這種干涉會增加螺桿的磨損。干涉帶多發生在螺桿齒高的中部,在分解主機換軸承時,會發現螺桿的型面有寬度不同的干涉帶。
  齒高中部呈現干涉帶原因在于,齒高中部是兩螺桿節圓區域及附近區域,此處基本是純滾動區域,沒有和很少有滑動摩擦,基本沒有磨損;離開這部分區域,開始有滑動摩擦,相對于上述區域會有磨損發生,出現干涉帶減小趨勢,因而出現齒高中部呈現干涉帶的現象。
  沒有其它措施時,雙螺桿壓縮機在這種情況下會因滑動摩擦大而無法正常運轉。
  雙螺桿壓縮機的發明人就想辦法克服這種滑動摩擦,發明出無油雙螺桿壓縮機和噴油雙螺桿壓縮機。
  無油雙螺桿壓縮機的兩轉子并不接觸,其相對位置是由同步齒輪保證的,不接觸也就沒有摩擦。
  噴油雙螺桿有大量的潤滑油被噴人壓縮氣體介質,并被帶人兩轉子表面,起到冷卻、潤滑、密封、降噪和凈化的作用。噴油雙螺桿壓縮機沒有同步齒輪,由陽轉子直接帶動陰轉子旋轉。噴油雙螺桿壓縮機必須噴油,失油的噴油雙螺桿壓縮機轉子由于摩擦作用,很快就會由于焊接而粘牢發生“抱機”事故。
 
  2.單螺桿壓縮機
  單螺桿壓縮機的摩擦比較復雜,蝸桿和星輪的軸線互相垂直,不像雙螺桿那樣兩轉子軸線互相平行。單螺桿壓縮機蝸桿與星輪是定傳動比嚙合,蝸桿與星輪的節圓直徑是固定的,當接觸點位于節圓直徑時,蝸桿與星輪接觸點的線速度相同,此時蝸桿與星輪運動是純滾動。
  當接觸點離開節圓直徑時,蝸桿與星輪接觸點的線速度就發生了變化,位于節圓直徑星輪側某一點時,其蝸桿接觸點的瞬時線速度大于星輪接觸點的線速度。此時蝸桿的瞬時線速度大,而星輪的瞬時線速度小,呈現星輪的摩擦狀態是滾動,而蝸桿的摩擦是滾動加滑動形態。
  同樣,當轉子與星輪的接觸點位于蝸桿節圓一側某一點時,其蝸桿接觸點的瞬時線速度則小于星輪接觸點的瞬時線速度。此時蝸桿的瞬時運動是滾動,而星輪接觸點的瞬時運動是滾動+滑動。
  當蝸桿的嚙合點在齒尖時,星輪的嚙合點必然在齒根,此時蝸桿的滑動分量與滾動分量的比值最大,也就是滑動摩擦最大。
  好的嚙合付是首要條件,互不干涉是單螺桿嚙合付必須遵循的原則,誠然,制造中的微量誤差使實際嚙合付與理論上的嚙合付有一定差異。在型面上的某處會有微點接觸,或某處接觸面有微量不均布,經開機后其磨損是必然的。在較短的時間內使嚙合付干涉處被磨去,呈現出與理論嚙合付相吻的型面,即為磨合期,粗糙度小的單螺桿壓縮機很容易磨合。在此期間內,嚙合付漸漸由稍差轉化為較好的嚙合付,最終為互不干涉的嚙合付。此后在很長的時間內嚙合付磨損越來越微量,直至不再磨損。
  蝸桿與星輪的不干涉在于嚙合時,星輪型線對蝸桿型線干涉的不斷退讓,形成第二、第三、第四……條接觸線。
  學者們對直線包絡嚙合副的星輪齒側理論型面進行了多方研究,為單螺桿壓縮機星輪齒型面的設計提供了理論依據,使單螺桿壓縮機的摩擦狀況有了進一步的改善,促進了單螺桿壓縮機的發展。
  由于人們對單螺桿空氣壓縮機的摩擦形式看法不同,雖然普遍認為單螺桿壓縮機有摩擦,但是人們也有不同的看法:
  其一:人們認為單螺桿空氣壓縮機最大做到60立方米/分鐘,不像雙螺桿壓縮機可做到很大;
  其二:雖然有些壓縮機供應商也認為單螺桿壓縮機還有摩擦(相對于雙螺桿壓縮機來說摩擦小),但是有的單螺桿生產商的產品卻很少更換星輪片,更不用說更換蝸桿了;
  其三:由于單螺桿壓縮機的摩擦特性決定,單螺桿壓縮機適合制作單級壓縮比高的壓縮機;兩級微油單螺桿壓縮機的排氣壓力可以做到4.0MPa,而雙螺桿壓縮機要三級壓縮才行,而用于軍工的艦船單螺桿壓縮機做得更高。
 
  3.水潤滑螺桿壓縮機
  雙螺桿壓縮機和單螺桿壓縮機的滾動與滑動摩擦狀況不同,反映在水潤滑螺桿壓縮機上,出現了差異。
  單螺桿水潤滑壓縮機
  由于單螺桿壓縮機有獨特的滾動與滑動摩擦特性,加之其軸承軸向很小,型線的多條接觸線變換,使螺桿水潤滑壓縮機的磨損很小,因而得到廣泛應用。不同生產商的單螺桿壓縮機在型線、材料和加工細節方面各有特點,呈現在應用場合就表現不同。有的單螺桿水潤滑壓縮機在很長的時間內嚙合付磨損越來越微量,直至不再磨損。
  當然,同樣規格的單螺桿空壓機由于水潤滑的摩擦力大,密封性差,但其冷卻性能好,因而反映在性能方面稍有差距。據制造商提供的數據看來,同水平的水潤滑單螺桿空壓機在0.8MPa110kW工況氣量為微油單螺桿空壓機的0.965,可以說是相當不錯了。
  雙螺桿水潤滑壓縮機
  一般都有同步齒輪,人們也想把雙螺桿壓縮機做成無同步齒輪的水潤滑壓縮機,但是一直沒有取得成功。
  作者認為,雖然噴油雙螺桿壓縮機軸承軸向負載大,轉子滾滑摩擦性能也不差,所以,解決了機體和轉子的材料和配比問題,沒有同步齒輪的雙螺桿水潤滑壓縮機也是可行的。
 
  4.單、雙螺桿壓縮機摩擦類型的差異
  不得不說,單雙螺桿壓縮機摩擦類型的差異是由它們的轉子軸線決定的,因為雙螺桿壓縮機的兩轉子軸線是平行的,而單螺桿壓縮機轉子軸線是相互垂直的,這就決定了它們的摩擦差異。其瞬時滾滑動的比例構成也較為復雜,摩擦特性對其不同嚙合線的依賴不同,好的型線的嚙合線摩擦小、壽命長,在軸承不失效和潤滑冷卻的情況下,其螺桿轉子或星輪的壽命會很長,甚至會無限長。
  除了螺桿壓縮機的型線因素外,其加工技巧有時也起很大作用,作者拜訪過幾個壓縮機制造商,其中有一個制造商印象較深,他們幾乎沒有抱機事件,星輪片的壽命也非常好。作者在免為其難的情況下,讓他們隨便拿一種螺桿給我看看,發現他們的轉子有一些特殊的加工技巧,雖然沒能做得最好,但是很有特點,對避免抱機和延長星輪片壽命很有裨益。
 
  小結
  1.雙螺桿壓縮機和單螺桿壓縮機的摩擦類型是不同的兩種滾滑動摩擦,并非是雙螺桿兩轉子之間是滾動摩擦,單螺桿壓縮機轉子與星輪之間是滑動摩擦那么簡單;
  2.現在看來,人們對水潤滑單螺桿壓縮機的接觸線研究是成功的,改善了單螺桿壓縮機的摩擦磨損狀況,好的單螺桿壓縮機星輪片幾乎不磨損;
  3.解決了機體和轉子材料和配比問題以及其它問題,不設同步齒輪的雙螺桿水潤滑壓縮機是可行的;
  4.單螺桿壓縮機解決了摩擦問題,更適用于中壓壓縮機和艦船用高壓空壓機
 

標簽: 螺桿壓縮機摩擦  

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