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我国单螺杆压缩机的发展历程与进展

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我国单螺杆压缩机的发展历程与进展

发布日期:2015-06-25 09:35 来源:http://www.yydalong.com 点击:

    我国经济持续高速发展,给压缩机制造业带来商机的同时,也提出了更高的要求。不少国际知名压缩机厂商入驻中国市场,给我国压缩机制造业带来了前所未有的压力。在机遇与挑战并存的形势下,如何快速提高我国压缩机制造技术水平,创立我们拥有完全自主知识产权的民族品牌,已成为当务之急。本文从单螺杆压缩机制造技术的进展方面来回顾我国单螺杆压缩机的发展历程与进展。与大家共勉。

    从1975年至今,单螺杆压缩机在我国经历了从低潮逐步进展到正常状态一个曲折的过程。目前,单螺杆这种结构型式的潜在优点已显露出来,被市场认同接受,成为容积式压缩机市场上颇受关注的机型。

    30多年来,在单螺杆压缩机发展的历程中曾遇到和解决过许多方面的技术问题,而提高星轮片寿命是贯穿全过程的突出主题。

    星轮片寿命与材质、润滑、结构设计以至基础理论研究等都有关系,且与蜗杆与星轮片的制造技术关系最为密切,可以说星轮片寿命是随着蜗杆与星轮片的制造技术的进展而提高的。因此制造技术就成为发展单螺杆压缩机的首要前提与核心技术。制造技术中首先是蜗杆与星轮片加工的专用机床。解决专机的途径:可以从国外引进购买、或从国内购买、或自行设计等。其中,引进或购买专用机床是捷径。70年代后期至80年代初曾试图从国外引进购买,先后曾与辛麦恩、美国CP公司数次洽谈,终由于技术封锁而未成。国内不少机床厂和专用机床研究所都不愿意承接委托设计制造。因此在当时解决专机的途径只能是自行设计。

    回顾单螺杆压缩机30多年的发展历程,大体分为两个阶段。

    一、第一阶段1975年至1988年

    1975年北一通首先开始研制单螺杆空压机,76年试制出9立方单螺杆空压机。

    1978年以来西安交大压缩机教研室一些教师开始对单螺杆压缩机进行诸多方面的深入研究,上海704所介绍了美海军装备部门对单螺杆空压机的评价,并做了喷水内冷单螺杆空压机的研制与试验。北一通数次与单螺杆发明人辛麦恩、美国CP公司直面交流、谈判引进、及国外考察等。所有这些使有关研制人员对单螺杆技术加深了了解、提高了认识。

    在这一阶段,先后研制单螺杆压缩机产品的厂家有四川(简阳)空分设备厂,浙江温岭化机厂,武汉空压机厂,苏北冷冻机厂等厂家。各厂在研制样机的数年中都努力做了许多有益的工作,而且有的样机性能数据还很不错。但未见商品问世。在这一阶段只有北一通9立方空压机一种产品勉强为市场接受,并成为商品持续生产销售。总结其原因最主要的是对蜗杆、星轮片的制造技术的认识不够深入以及如何解决制造技术问题存在的差异所致。

    首先,对单螺杆压缩机制造技术的认识。这里有一个认识过程,首先是对包扩对机器结构特性的重视,之后才发现制造技术其实是关键。如星轮片寿命与多种因素密切相关,如浮动星轮结构,啮合副材质匹配,动力润滑等,特别是啮合副型线很重要。啮合副型线就是单螺杆压缩机的星轮齿侧与蜗杆槽壁接触配合的几何曲面型线,从事单螺杆压缩机的研制人员始终关注型线,寻求接触应力小(接触线长、接触线分散),磨损小(磨损分散、易形成油膜),接触良好,泄漏少的型线。毋庸置疑,探讨啮合机理,研究并改进啮合型线是至关重要的。然而,对于发展单螺杆压缩机产品而言,制造出较好的型线也是重要的,而且是最现实的。经过失败与坎坷才能感悟,只有经历才能逐步成熟。从事单螺杆的研制人员碰到困难,经历困惑才不同程度地认识到解决加工方法、刀具及设备更为实际、更加迫切。这是发展单螺杆压缩机产品的首要前提。多年来把解决蜗杆、星轮片的制造技术作为主要课题或主要课题之一。

    综观双螺杆压缩机的发展历程,似乎制造技术也是其发展的首要前提:众所周知,国内外双螺杆压缩机是伴随着开发新型线、恰当的匹配齿数而不断发展与提高的。型线至关重要,有关研究人员不难在这方面达到共识。同时人们也知道,国内外双螺杆压缩机,因为有了高精度的数控转子加工铣床(磨床),已经使一般的多种型线的加工变得比较容易实现了,而且能够达到一定的精度、产品被市场认同。加工转子齿形的铣刀经过二、三十年的努力到1985年左右得以完善。在这样的前提下,双螺杆压缩机才得以发展,人们才得以把精力转移到型线开发研究与齿数匹配方面来。

    在国内1960年左右开始研制双螺杆直至1985年国内各制造厂引进购买专用机床后才形成批量生产。由双螺杆压缩机的发展也可以看出制造技术是双螺杆能否成为工业产品的前提,也是其核心技术之一。

    其次,如何解决蜗杆、星轮片制造技术问题存在着差异。

    许多研制单螺杆压缩机的单位大多是采用普通车床滚齿机等简单改装配制组合刀具进行加工,由于这类改装机床本身精度低,传动链长,刚性差以及组合刀具误差大等原因,其加工质量较差,难以成为商品。北一通则选择了设计加工专用机床。1975年样机设计刚开始,制造技术的探索同步启动,特别是第一代蜗杆及星轮片专机较快的进展到第二代专机,解决了机床运转可靠性,提高了机床刚度,也适当的提高了机床精度,使星轮片寿命达到了一定水平,才使单螺杆这种结构型式的空压机得以保留在压缩机市场中。回顾起来第一、二代专机,基本上解决了蜗杆的加工方法、刀具及机床(精度还不太高)。星轮片则是仿型法加工,误差大。

    在这一阶段,为数不多的厂、校有关科技人员不怕技术封锁,锲而不舍坚韧地探索,积累了许多教训和经验,使我国单螺杆压缩机成为商品,制造技术和产品水平虽然处于初期低级阶段,但仍能被用户接受。十几年中不断吸取单螺杆机实际使用的经验与教训,针对问题,不断改进,从而推动我国单螺杆技术缓慢地发展并逐步趋于成熟,为我国单螺杆技术进一步发展与商品生产打下了基础。

    二、第二阶段1989年至2005年

    这一阶段的前期,有关人员又进行了多方面的改进(例如定压比热力设计、喷油雾化、变径设计、密封、主机结构、油气分离直至各系统)。

    特别注重了对蜗杆、星轮片材质的改进:蜗杆的材质从铜改为铝合金、铸铁再改进为球铁。星轮片材质从第一阶段筛选的普通酚醛树脂层压板改进为酚醛树脂、环氧树脂加玻璃纤维,而且玻璃纤维又从平直改为交叉编织。

    在壳体的制造技术方面又有新进展,创造了在普通铣床上加工壳体星轮孔的加工方法,即:双圆柱无间隙定心,误差放大后观测,逐步调整趋近理想位置的加工方法。基本实现了蜗杆星轮中心距±0.01的要求。

    在此前期,设计制造完成了第三代加工蜗杆、星轮片专机。这两种专机加工范围大,能加工多种规格,为增加品种创造了条件,机床精度有所提高,刀具上也有改进。首先是蜗杆专机传动链的精度提高,特别注意了末端件的传动比尽量增大,衰减长传动链的误差,同时也注意到尽量提高末端件的精度。其次,提高了星轮片半自动加工专机的分度精度,有关专业厂制造的鼠牙分度盘精度满足不了要求,自行设计制造了鼠牙分度盘对磨机,使两鼠牙盘在专业厂分度精度的基础上,再进行互相研磨而成,大大提高了分度精度。同时模版、刀具材质结构都有改进。

    以上这些进展使单螺杆制造技术又提高了一大步,星轮片寿命随之也显著地提高了。单螺杆产品能进一步被市场认可与接受。在这样制造技术和产品水平的情况下,国内单螺杆空压机制造业出现了前所未有的新局面。单螺杆空压机产品的品种规格快速增多、生产厂家不断增加。除北一通外,先后出现了乐雁、飞和、施耐德、浪潮、长沙惠湘、阜新金昊、江汉石油第三机械厂等单螺杆空压机生产厂。2000年后又出现正力、上海佳力士(乐雁)、上海普渡等厂。此外,重庆压缩机厂、常德压缩机厂等也曾组装过。虽然涌现出这么多厂家,由于上海飞和等厂的共同努力,把多种规格的单螺杆空压机产品广泛的推向市场,并成功地打开了市场,所以其中不少生产厂的销售量仍能以较大幅度逐年上升,特别是1998年后上升势头强劲。

    在这一阶段的中期,上海飞和集团汇集了压缩机、机床设计、精密测量仪设计等各行业专家,经过几年努力,首先实现了向大直径蜗杆、星轮片制造技术的跨越,自行设计完成了第四代加工专机,从而向市场推出了大排量单螺杆压缩机。继而,飞和集团成功的自行设计完成第五代专机,即高精度数控蜗杆加工专机和高精度数控星轮片加工专机,在单螺杆制造技术上实现了重大突破。这个突破主要体现在以下两个方面:

    1.星轮齿两侧曲面加工方法,从仿型法进展到滚切法。

    由于是几何展成,从理论上消除了仿型误差,使蜗杆槽两侧曲面与星轮齿两侧曲面这一特殊的直廊环面蜗杆付共轭。从而制造出最佳齿形,实现最好的型线接触,大大提高了星轮片寿命、容积效率及性能指标。这种滚切法与同时加工三个齿的星轮滚刀相比优点明显,仅加工一个齿,切削力小,刀具简单,容易刃磨,刀刃锋利,切削平稳,星轮齿侧精度高,是星轮片制造技术一大进展。

    2.专用机床的设计由原来的传动关系、强度及刚度设计进展到专用机床的精度设计。

    第五代专机设计中完全着重于专机的精度。多年来我们认识到提高专用机床的精度,特别是传动精度至关重要,它决定着蜗杆槽与星轮齿的分度精度。传动精度高、分度误差就小。6个蜗杆槽、11个星轮齿的分度误差不容小视。蜗杆槽的分度误差会使星轮片旋转不均匀,加速或减速旋转意味着有旋转加速度和作用于槽侧面与齿侧面之间的附加作用力,从而使星轮齿在槽内震颤或颤动。蜗杆高速旋转(大直径蜗杆外圆的线速度可达60米/秒左右),这种震颤可能造成极大的危害。如果分度误差小、附加力小,震颤微小,浮动星轮的橡胶圈弹性阻尼作用尚可有效抑制(控制)。如果分度误差大,附加作用力大,震颤大,浮动星轮则没有能力有效抑制。蜗杆(侧面)与星轮片(侧面)之间附加作用力就会随震颤增大而增大,最终导致啮合付的油膜遭到破坏,星轮齿快速磨损,严重时会使浮动星轮橡胶圈损坏以致星轮片齿折断等。

    由此可见蜗杆及星轮片的分度精度是决定星轮片寿命的最重要的因素。蜗杆和星轮片的分度精度又取决于专机的传动精度。因此在专机设计前着重对这种专机的各种不同传动元件组成的专机传动链的传动精度进行来了计算、分析与对比,通过分析对比可以认识到影响机床传动精度的末端元件传动比、精度、传动链长短等诸多因素的各自的重要度。最后择优采用,实现了专机具有高的传动精度。

    上述两种高精度专机用飞和自行设计制造的机床传动精度测量仪(经国家计量局标定精度为3”)检测其传动精度比以前的专机精度提高了10多倍。

    上述两种高精度专机上海飞和集团拥有完全自主的知识产权,是国内现有各单螺杆空压机生产厂中唯一能拥有能自行设计制造高精度专机的厂家。

    现在国内有两类高精度蜗杆加工专机及星轮片加工专机。

    第一类高精度加工专机,就是曾在许多期刊上登载的文章中所提的“中国专机”。文章作者自称“独家拥有”;“直至目前仍是中国唯一拥有”的“中国专机”。实际情况是并非其独家拥有,飞和集团也有同样的“中国专机”。

    第二类高精度加工专机是飞和集团根据蜗杆、星轮片具体结构、按直廊环面蜗杆啮合付的特点所制定的加工方法及加工特点而自行设计的(飞和独家拥有完全自主的知识产权)。

    这两类高精度专机,虽然都是高精度的,但是后者设计得更好、更合理:

    自行设计的专用机床能体现其专用特性,其基本特征是“量体裁衣”,可以最大限度地实现设计和加工的需求和提高加工效率。可选择最新最好的机构及机床配套零部件,并设计成数控机床。

    飞和自行设计的专机与“中国专机”相比:主轴刚度好、加工范围宽,刀具进给机构合理提高了进给刚度和精度,主轴转速及进给速度是无极变速,在显示屏上能直接看出,加工过程中可随时调整进给速度,既不用手工操作,也无需停车来改变进给量。除上、下工件外,加工过程为全自动控制,生产效率高。由于采用湿切屑更符合环保要求。

    目前飞和集团在加工高精度蜗杆、星轮片方面从刀具、工艺装备、专用机床直至检测仪器等已完整齐备。这是制造技术的坚实基础,为提高星轮片寿命提供了保障。从实际生产销售方面来看飞和集团早已成为中国单螺杆压缩机的主导企业。而且由于生产销售的数量多,积累了更多的各种经验,只有经历了才更成熟。综上所述,飞和的单螺杆技术已经处于成熟状况。但是技术的发展是无止境的,不断创新与超越仍是飞和永远的追求。

    在这一阶段中后期,由于单螺杆制造技术有了重大突破,星轮片材质也进行了第三次改进,采用了更好的材质。设计技术也更加成熟,使得单螺杆压缩机得以更好更快的发展。到目前为止国内现有单螺杆空压机品种规格已相当齐全,产品的规格范围甚至超出了国外产品,且其综合性能指标已具有国际先进水平。只要我们立志改革与创新,努力探索单螺杆压缩机的机理,深入掌握其设计技术,特别是不断改进与提高制造技术。在我国现有的条件下,就能造出高水平(国际水平)的单螺杆压缩机。这一方面受益于中国已成为世界制造业中心,而且也受益于大家30多年来对单螺杆压缩机技术的辛勤探索。我们相信在不久的将来,中国的单螺杆压缩机将被国人与世界完全接受与认可。

    综上所述,30多年来单螺杆压缩机的发展经历了一个曲折而又不均衡的过程,前十几年是艰难探索,缓慢进展,制造技术和产品性能都处于初期低级水平。后十几年特别是后十年左右单螺杆压缩机发展迅速,设计技术更加成熟,测试手段基本完备,品种规格齐全,制造技术(加工方法、刀具、专机)实现了重大突破,达到国际先进水平,某些产品也具有国际先进水平,并已有了单螺杆空压机的行业标准,可以说我国单螺杆空压机技术已经成熟。在这30多年经历中单螺杆压缩机在我国从无到有,从低水平跨越到高水平,这是所有厂、校、院所研制人员锲而不舍坚韧探索的结果。

    不过我们也应该清醒看到目前单螺杆压缩机为单级压缩的空压机、尚有不少可应用的领域等待研发,任重道远,发展空间广阔。从事单螺杆的企业、科研院校及科技人员还需继续努力,探索创新,为我国单螺杆压缩机进一步的发展再创辉煌。


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