单螺杆空压机专用加工机床解析

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shunlico

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发表于 2012-7-11 08:54 |只看该作者 |倒序浏览

单螺杆空压机专用加工机床解析

　　作为通用机械压缩机产业的后起之秀—单螺杆空压机，具有寿命长、效率高、运转噪音低、体积小等一系列优点，并广泛应用于机械、般舶、石油、化工、轻纺等行业口单螺杆压缩机由两个星轮和一个螺杆组成，其中每个星轮有11齿，螺杆有6个槽。工作时由螺杆带动星轮转动，螺杆和星轮转速比为11:6，螺杆和星轮齿形轮廓复杂，目前的专用机床便用五座标数控机床才能加工。

　　早期星轮是便用专用机床加工出来的，目前星轮在国内已有直接压铸成型的零件出售，已不需要机床加工星轮。使用五座标数控机床虽可以加工螺杆，但数控机床价格昂贵、编程复杂，目前国内使用厂家很少口但可以肯定使用多轴数控机床铣削、磨削加工方式是今后发展方向。

　　本文介绍的机床是指为加工单螺杆特殊设计的专用机床。单螺杆专用机床定比传动机构，差动、旋转进给机构已被许多厂家广泛应用，所采用技术和结构大致相同口本文仅从下面几个方面介绍国内现有单螺杆专用机床布局和结构不同之处。

　　单螺杆空压机专用加工机床的布局

　　空气压缩机排气量的大小决定了星轮、螺杆直径的大小和啮合中心距的大小，因此螺杆直径不同一机床的主轴与刀具的回转中心也不同口为满足加工不同直径的螺杆，目前国内单螺杆加工机床的布局大致有以下几种方案。

　　第一种：机床的主轴与刀具回转中心的中心距为固定式
　　机床的主轴与刀具回转中心的中心距为固定式，中心距不可调整。加工几种直径的螺杆就需要几种中心距规格不同的机床。
　　优点;机床的结构简单。
　　缺点;每种机床只能加工一种规格的螺杆，当市场上某种规格的压缩机螺杆需要量大时，造成一合机床加工，其它机床闲置。

　　第二种：机床的主轴箱为可回转式
　　机床可根据加工螺杆直径的大小在加工前把主轴箱旋转一个角度。这种主轴箱能够回转的机床是对上述第一种机床在便用方法上的改进，与第一种机床的结构基本相同。
　　优点;机床的结构简单，能适应多种规格螺杆的加工。
　　缺点1：主轴箱旋转后主轴回转中心线与刀具回转中心线间的距离不易精确侧量。
　　缺点2：主轴箱旋转后主轴前端面与刀具的回转中心线间的距离减少，因此加工较大直径的螺杆受到限制。

　　第三种：机床的主轴箱为横向移动式
　　主轴箱底部与底座之间布置有矩形滑动导轨，主轴箱移动的方向垂直于主轴回转中心线并垂直于刀具回转中心线。主轴箱的动力通过花键轴传给底座内的刀具进给机构。

　　根据加工螺杆直径的大小，在加工前用手轮丝杠进给机构把主轴箱移动到适当位置，然后用螺钉将主轴箱固定在底座上。主轴箱的移动距离可用光姗尺检侧，位置误差上正负0.005mm

　　采用主轴箱可横向移动的一个机床就可以加工直径Φ95～Φ385mm之间任何一种规格的螺杆。
　　由于加工Φ95～Φ385mm直径的螺杆，造成主轴前端面与刀具回转中心线间的距离差值过大，因此在实际应用时设计成两种规格的机床，一个机床加工Φ95～Φ205mm直径的螺杆，另一个机床加工Φ180～Φ385mm直径的螺杆。
　　优点;机床能适应多种规格螺杆的加工，每种规格的螺杆不需要配备相应的加工机床。
　　缺点;机床的结构和机床的装配较前二种机床复杂一机床的造价也较前二种机床高。

螺杆紧缩机经过半个多世纪的开发应用，在技术上得到了很大的开展。其中又以喷油螺杆空气紧缩机的应用开展最快、最普遍。在空气动力用的紧缩机范畴，作为同是容积式紧缩机的螺杆空压机，其综合运转经济性已被事实证明，比习气运用的往复式空压机来得更优越。虽然如此，作为越来越普遍运用的螺杆空压机，依然耗费着大量的能源，仍是许多企业中的用电大户。因而，如何进一步改善螺杆机械的性能，特别是降低螺杆空压机的运转能耗，仍是当前研发的严重课题。

螺杆空气紧缩机的节能途径

自从螺杆机械降生，螺杆转子的型线，阅历了屡次的变革。随着计算机技术的开展，人们已能开发目前所认识的多种高效率的型线。世界上制造螺杆空压机的厂商，也都能运用所谓的第三代高效率的型线。同样，对整个螺杆空压机系统的研讨和应用，也已大致类同。要在短期内，从螺杆机械上获取可观的节能则显得更为艰巨。同时，从能耗角度上讲，用户更关怀的不是空压机轴功率的能耗比，而是输入功率的能耗比。为此，人们把节能的潜力关注在空压机的运转上。

另一方面，依据美国能源部2002年的调研报告，各国空压机运用的负载率简直不可能超越90%（图1）。因而，空压机要运转节能，除了满载时，输入的能耗比要低，而且在局部负载和无负载时也要节能。就此而言，对螺杆空压机的气量调理提出了更高的请求。

通常调理螺杆空压机气量有三种办法：

（1）进时令流调理。

（2）改动转子有效长度调理。

（3）改动转子转速调理。

从节能角度讲，改动转子转速调理是最有效的。为此，人们想到了变频电机，当然它比固定转速的其他调理办法要节能。但是，由于通常的变频电机在转速降落时，会惹起电机功率要素和效率的降落，依据测试它比传统空压机在相同的功率下产气量会降落10%~15%。因而，它还不是最理想的驱动机。而且，通常的电机还不能频繁地启、停。在此，螺杆空压机要耗费25%~30%的空载功率。于是人们等待着一种新的驱动电机的呈现。

一种新的螺杆空压机变速驱动电机

为了满足螺杆空压机运转中的节能，必需有一种高效率变转速的驱动电机。当空压机满负荷运转时，电机能高效运转；当空压机处于局部负载时，电机能随气量改动转速，并仍坚持高的效率；当空压机不需求负载时，电机能无限制地启、停，将能耗降为零。这就是美国英格索兰公司同世界著名电气制造商，共同开发的一种HPM混合永磁电机。

HPM混合永磁电机同普通三相异步电机相比，在构造上有如下不同：1）电机定子的绕阻非整体式绕制，而是分为8~12组镶装在电机的定子座里。2）电机转子的矽钢片上分别镶装着几条永磁铁（见图2）。由于永磁铁的存在，使电机定子上的电磁线圈在定子和一排排永磁铁之间产生了强大的电磁力，磁通量被增加三倍，从而使同功率下电机的长度可缩短至1/3。因而，电机的转子可省去支承，悬挂在任何被驱动的转子轴上。

混合永磁电机同普通的三相变频电机相比，在性能上有如下的特性：

（1）变速范围大。在整个变速范围，电机的效率及功率要素简直不变。
（2）电机可无限制地起、停。不会形成电机温升增高，电流增大。
（3）电机冷却效果和运转牢靠性好。

这是由于磁力强度的增大，使电机定子与转子之间的间隙增大了一倍，大大改善了冷却效果。

英格索兰NIRVANA螺杆空气紧缩机

美国英格索兰公司应用HPM混合永磁电机来驱动喷油和无油螺杆空压机，开发了NIRVANA系列新一代节能型螺杆空压机。由于篇幅的限制，本文仅引见NIRVANA喷油螺杆空压机的特性。

NIRVANA喷油螺杆空压机同普通喷油螺杆空压机相比，驱动局部的构造被大大简化。

运用HPM混合永磁电机的NIRVANA喷油螺杆空压机，其电机的定子是用法兰同螺杆主机的机壳面联接，而电机的转子是悬挂在螺杆主动转子的轴上。因而，它省去了电机的轴承、密封。从整个传动安装上看，又省去了传统齿轮箱、齿轮以及联接的同心度请求。所以，除了机组传动效率高，还令用户快乐的是省去了日常费事的定期改换电机轴承光滑油脂的维护。

运用HPM混合永磁电机要在运转中节能，还要借助于一套完好的控制系统。NIRVANA空压机也停止了优化设计。它将电机的变速控制、软启动控制以及空压机的常规运转和维护控制，全部整合在一同，用模块化集成于机箱内一个低压控制柜内。不但操作维护便当，而且运转牢靠。每台空压机相当于有80套电子齿轮，可按用户实践用气的气量和压力，自动完成优化控制。当空压机负载率低于25%时，空压机不需求空载运转耗费电能，而可直接停机，将能耗降为零。一旦系统压力低于设定压力，空压机又会自动软启动。

另外，NIRVANA喷油螺杆空压机同普通变频空压机还有一点不同，当转速降低，气量减少时，它能完成喷油量的调理，使活动损失更小，更节能。

NIRVANA喷油螺杆同普通喷油螺杆测试性能比拟如下（图4），假如按空压机通常状况下，均匀负载率为70%计算，NIRVANA空压机可降低22%～30%能耗。所以，NIRVANA能够说是目前唯一真正意义上具有调速变频驱动的螺杆空压机。

多台螺杆空压机的节能运转

对大多数用户来讲，出于对用气的思索，在紧缩站房内，常常会运用多台空压机。从运转节能思索，除了应用多台空压机来调理用气负荷外，最理想的办法是选其中一台为节能型调速螺杆空压机，来用作局部负载时的调理，这样不但初次投资增加不多，而且日后的运转更节能。下面是一个实践用气的配置。

IRN-75是NIRVANA调速节能型螺杆空压机，气量是3.7～13m3/min。