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网】对于压缩空气系统中的空压机设备来说，它们不生产空气，只是空气的搬运工。空压机设备通过消耗能量把压力势能低的空气搬运到压力势能高的压缩空气，同时产生热量，这就是空压机主机的作用。在当今，绝大部分空压机设备都是双螺杆空压机。因此，对于压缩空气系统与设备的从业者来说，了解双螺杆空压机主机的基本知识是十分必要的。
“双螺杆空压机主机基本知识”是上善气体工作室教学课程《压缩空气技术与应用指南》中的一个章节，通过学习和了解“双螺杆空压机主机基本知识”，无论是设计、制造、销售还是服务，都有非常大的帮助。同时，也可以作为更全面了解螺杆空压机的教材。
本文将分章节（双螺杆jdb电子游戏平台网站
主机简介、双螺杆jdb电子游戏平台网站
主机热力学计算、双螺杆jdb电子游戏平台网站
主机性能阐述、双螺杆jdb电子游戏平台网站
主机影响因数），采用通俗易懂的方式，让大部分压缩空气系统与设备的从业者能真正了解双螺杆jdb电子游戏平台网站
主机基本知识。为了行文方便，本文将把双螺杆jdb电子游戏平台网站
主机简称为螺杆jdb电子游戏平台网站
主机或主机。
一、双螺杆jdb电子游戏平台网站
主机简介
1.1螺杆空压机发展历史
1934年，瑞典皇家理工学院的Alf Lysholm教授是第一个设计出螺杆空压机及其转子齿型的人。
1946年，英国James Howden公司，第一个从瑞典SRM公司获得了生产螺杆式空压机的许可证。随后，欧洲、美国和日本的多家公司也陆续从瑞典SRM公司获得了这种许可证，从事螺杆式空压机的生产和销售。
1957年，喷油螺杆式空压机面世，才进一步改进了之前螺杆式空压机的缺点，因此得到广泛的应用。
1961年，研制成功喷油螺杆制冷jdb电子游戏平台网站
和螺杆工艺jdb电子游戏平台网站
。
之后至今，通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的成功开发，螺杆式空压机的优越性能得到了不断的发挥，现已成为空压机最主要的机型。世界上较著名的螺杆空压机品牌有：
阿特拉斯·科普柯(Atlas Copco)-（瑞典），阿特拉斯·科普柯集团成立于1873年，总部位于瑞典斯德哥尔摩，世界五百强企业，员工四万余名，遍布86个国家，长期位于汤姆逊鲁托斯全球创新100强公司之列，是以创新著称的全球jdb电子游戏平台网站
技术的领导者；是全球最大jdb电子游戏平台网站
供应商，产业覆盖整个空气动力系统。中国工厂位于江苏省无锡市。阿特拉斯·科普柯一直致力于螺杆空压机主机研发和生产，成为世界上螺杆空压机主机研发和生产最大的供应商，由于其产品链齐全，产品各项均衡是最大的优点，市场占有率最高。
凯撒（KAESER）-（德国），KAESER KOMPRESSOREN为家族企业，是压缩空气产品和服务的世界领先制造商和供应商之一。Kaeser在1919年成立时是一家机械加工厂，目前在德国已拥有两座制造工厂。公司在世界各地的员工约为6000人，公司在德国科堡（巴伐利亚州北部）和格拉（图林根州）生产其产品。产品以杰出的可靠性、能量效率、成本效率和易于维护为特征，所有这些特征帮助Kaeser成就了其领先地位。中国成立凯撒空压机（上海）有限公司，位于上海市莘庄工业区。凯撒螺杆机堪称空压机的“劳斯莱斯”，属于不是想买就能买得到的产品。
英格索兰(Ingersoll Rand)-（美国），公司成立于1871年，全球多元化产业领导者，跨国集团品牌，世界著名品牌，为全球五百强企业之一。其气动工具系统全球领先，旗下品牌有Club Car、英格索兰(Ingersoll Rand)、冷王(Thermo King)和特灵(Trane)，纽交所上市公司，公司总部位于美国北卡罗来纳州戴维森。中国工厂位于江苏省苏州市吴江区。通过收购多家主机厂，英格索兰拥有丰富的螺杆空压机产品组合。
寿力(Sullair)-（美国），1965年成立于美国印第安纳州密歇根市，全球知名jdb电子游戏平台网站
企业之一，其产品主要覆盖军工、纺织、医药等行业，其移动螺杆空压机具备较高市场竞争力，2017年空压机业务被日本日立全资收购。中国工厂位于江苏省苏州市。寿力螺杆空压机主机以皮实耐用闻名，注重机器可靠性。
昆西（Quincy）-（美国），从1920年开始就一直致力于压缩空气技术创新，专业制造并销售比较高品质的空气jdb电子游戏平台网站
及真空泵。产品广泛应用于全球制造业、医疗和气候控制系统，及任何需要使用安全可靠气源的产业。主机转子由昆西公司独立精心设计制造，采用超大直径的转子，机械有较高可靠性和耐久性。昆西螺杆机主要在一些行业渗透率比较高，特别是注重固定资产保值的行业。
GD（美国），GD全名为GardnerDenver，是美国上市公司，成立于1859年，被福布斯评为“最健康的公司之一”，是全球1000强。它的大型喷油螺杆机市场占有量很不错。2020年与英格索兰工业集团合并。大型螺杆主机非常强劲，许多国内空压机企业大型螺杆机最初都是进口该品牌主机。
格素（Geso systems）-（英国），1871年成立于英国伦敦，主要产业为军工产品、电子产品、空气系统产品，该集团由英国马可尼与英国BAC气体公司合并于英国BAE公司。中国工厂设在上海市金山区。格素在国内普通市场不多见，主要应用在节能螺杆jdb电子游戏平台网站
技术、真空应用技术、空气动力研发，空气分离技术、制氢技术新能源应用等系统工程领域。在欧洲和英联邦国家较多见。
康普艾(Compair)-（英国），公司总部位于英国雷迪奇的康普艾（英国）有限公司是康普艾公司的全球总部。其滑片式jdb电子游戏平台网站
（Hydrovane）世界闻名。工厂位于上海市松江区。康普艾经历多次并购，目前是英格索兰旗下品牌之一。
神钢（KOBELCO）-（日本），该公司在1905年创立于日本神户市，世界五百强企业之一，是日本第三大钢铁联合企业，以钢铁制造业、锻造起家，是一家以钢铁、机械、工程、房地产等多个领域。其无油jdb电子游戏平台网站
享誉行业，中国工厂在上海市嘉定工业区。
日立（HITACHI）-（日本），日立jdb电子游戏平台网站
工厂位于日本国土浦市，工厂成立于1927年，集“工程技术能力”“物件的生产制作能力”以及“现场能力”于一体。其无油空压机从活塞-螺杆-离心，在全世界都被认可。日立空压机就像其他日立产品一样，已经成为引领日本以及世界的jdb电子游戏平台网站
制造商。2003年南京日立产机有限公司正式在中国生产螺杆空压机。
中国的螺杆空压机发展晚一点，60年代中期开始由国家规划，空压机国企开始仿制；80年代开始研制，国有企业为主；90年代，外资、合资登台；2000年后，空压机民企开始崛起，螺杆式空压机的各种新技术不断出现，加工精度不断提高，而且辅助设备也日趋完善。特别是螺杆主机国产化和自主研发生产，带动了中国螺杆空压机产量已经位居全球第一。
1.2螺杆空压主机工作原理
螺杆空压主机工作分四个步骤:
吸气过程：电机驱动阳转子，阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间大，外界的空气充满其中；当转子的进气侧端面转离了壳之进气口时，在齿沟间的空气被封闭在阴阳转子与机壳之间，完成吸气过程。见图3-A
压缩过程：在吸气结束时，阴阳转子齿峰与机壳形成的封闭容积随着转子角度的变化而减少，并按螺旋状移动，此为“压缩过程”。见图3-B
压缩气体喷油过程：在输送过程中，容积不断减少，气体不断被压缩，压力提高，温度升高，同时，因气压差而变成雾状的润滑被喷入压缩腔，从而达到压缩、降低温度密封和润滑的作用。见图3-C
排气过程：当转子之封闭齿峰旋转到与机壳排气口相遇时，被压缩的空气开始排放，直到齿峰与齿沟的吻合面移至排气端面，此时齿沟空间为零，即完成排气过程。见图3-D
1.3螺杆空压机主机结构
主机是螺杆式空气jdb电子游戏平台网站
的心脏部件，由阴、阳转子、机壳、轴承和吸、排气端盖等零部件组成，其性能直接影响整机运行的经济性及寿命。
1.4螺杆空压机主机要求
①设计先进成熟，加工精度高；
②噪音低，刚性好；
③转速合理，效率高，排气量稳定；
④轴承选用好，精度高，寿命长。
1.5螺杆空压机主机型线
螺杆空压机主机中，最关键的是一对相互啮合的转子，转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线称为转子型线。如图5中1、2。
1.5.1螺杆空压机主机型线发展
第一代转子型线：对称圆弧型线，诞生于1930年左右。
优点：易设计、制造和测量。
缺点：泄露三角区面积大。
第二代转子型线：以点、直线、摆线等组成齿曲线不对称型线。产生于1960年左右。
优点：泄露三角区面积只有之前的1/10。
要求：设计、制造和测量难度加大。
第三代转子型线：采用圆弧、椭圆、抛物线等曲线不对称型线。上世纪90年代开始流行至今。
优点：转子齿面由“线”密封改变成“面”密封；明显提高密封效果，容易形成油膜和减少齿面磨损。
要求：设计、制造和测量更加精细。
几种第三代螺杆线型简介：
1.5.2螺杆空压机主机型线四大要素
（1）接触线：阴阳转子啮合时，两个转子齿面相互接触而形成的空间曲线。（见图8-10）
要求：连续，封闭，越短越好。
（2）泄露三角型：转子接触线的顶点通常不能达到阴阳转子气缸孔的交线，在接触线的顶点和机壳的转子气缸孔之间的空间曲边三角形。（见图8-5）
要求：越小越好
若啮合线顶点的位置距离阴阳转子齿顶圆的交点W越远，则说明泄露三角形面积越大。
（3）封闭容积：如果在齿间容积开始扩大时，不能立即开始吸气，就会产生吸气封闭容积（见10-3）
要求：越小越好
（4）齿间面积：齿间容积在转子端面上的投影（见图10阴影6和9）
要求：面积越大，容积越大。图11为各种型线面积利用率Cn：
1.5.3螺杆空压机主机转子型线设计原则
①应满足啮合定律的共轭型线；②应形成长度较短的连续接触线；③应形成较小面积的泄露三角形；④应使封闭容积较小，否则功耗增加，效率降低，噪音增大；⑤应使齿间面积尽量大，大的齿间面积使泄露份额相对变小，提高效率；⑥重量轻，刚性好；⑦具有良好的工艺性；⑧便于加工制造。
线型设计要求：①轴向气密性和横向气密性高；②接触线长度尽量短；③面积利用系数大；④减少和避免漏气三角形；⑤重量轻，刚性好；⑥良好的工艺性。
1.6螺杆空压机主机加工
螺杆空压机主机加工主要分转子加工和机壳加工：
（1）转子除了需要加工轴承位和驱动轴外，最核心的就是加工型线，通常需要专用铣床和铣刀粗加工成形，再用五轴联动转子磨床将型线磨削出来，通过三坐标测量仪进行检验和配对。见图12。
（2）机壳通过铸造成型，再用加工中心按图纸要求加工。
1.7螺杆空压机主机材料
机壳采用球墨铸铁QT500,具有强力学性能，抗拉强度大，塑性和韧度高。耐磨性和减震性好，缺口敏感性小，切削加工性能好等。
转子采用45#钢或40cr，它具有抗拉强度、屈服强度及淬透性高，表面淬火后可作负荷和及耐磨性较高等特性。
1.8螺杆空压机主机受力分析
双螺杆主机受力主要来自轴向和径向。
轴向力：主要由气体压力产生(见图16黄圈)；排气端止推轴承来承受轴向力
Fa=Fgsd-Fgas+Fgaa-Fgea
径向力：主要由气体压力和斜齿轮产生(见图16蓝圈)；
Fdr=Fgar+Fger
由图17转子受力我们可以知道：
阴、阳转子的排气端径向力大于吸气端径向力，同时阴转子的径向力大于阳转子的径向力；阳转子的轴向力大于阴转子的轴向力，阳转子的转矩远远大于阴转子的转矩。
轴承要求：
考虑受力情况，各轴承寿命一致。主要采用SKF、FAG，也有用NSK。
1.9螺杆空压机主机密封
螺杆空压机主机密封主要由：排气端（油封）+吸气端机壳轴伸端（气封）组成。
螺杆空压机主机密封要求：
①必须是最有效、最可靠和长寿的；
②它是由带反螺纹的油封C和二道不锈钢制气封B组成；
③这些油封和气封与轴保持最小的间隙但不接触，其密封效率和可靠性及寿命远胜过一般的迷宫式密封或机械密封；
④在油封和气封之间开有泄漏小孔E，保证万一密封损坏时仍能提供绝对无油的压缩空气，见图18。
<注：本文未完待续，更多精彩见下期！>
作者简介
梁柳生，高级工程师，1990开始从事空压机行业工作；有在国企、合资及外企工作经历，其中22年在AC集团工作。先后从事过空压机及后处理设备的产品设计、产品工艺、生产管理、产品质量跟踪服务等及全国销售总监，并有在欧洲学习和工作的经历。2017年创办上善气体工作室，专业从事压缩空气系统研究，行业精益生产管理及销售的培训工作
国家标准JBT10526-2005《一般用冷冻式压缩空气干燥器》第一起草人
全国jdb电子游戏平台网站
标准化技术委员会委员
来源：本站原创
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“双螺杆空压机主机基本知识”是上善气体工作室教学课程《压缩空气技术与应用指南》中的一个章节，通过学习和了解“双螺杆空压机主机基本知识”，无论是设计、制造、销售还是服务，都有非常大的帮助。同时，也可以作为更全面了解螺杆空压机的教材。
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1934年，瑞典皇家理工学院的Alf Lysholm教授是第一个设计出螺杆空压机及其转子齿型的人。
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1957年，喷油螺杆式空压机面世，才进一步改进了之前螺杆式空压机的缺点，因此得到广泛的应用。
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英格索兰(Ingersoll Rand)-（美国），公司成立于1871年，全球多元化产业领导者，跨国集团品牌，世界著名品牌，为全球五百强企业之一。其气动工具系统全球领先，旗下品牌有Club Car、英格索兰(Ingersoll Rand)、冷王(Thermo King)和特灵(Trane)，纽交所上市公司，公司总部位于美国北卡罗来纳州戴维森。中国工厂位于江苏省苏州市吴江区。通过收购多家主机厂，英格索兰拥有丰富的螺杆空压机产品组合。
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GD（美国），GD全名为GardnerDenver，是美国上市公司，成立于1859年，被福布斯评为“最健康的公司之一”，是全球1000强。它的大型喷油螺杆机市场占有量很不错。2020年与英格索兰工业集团合并。大型螺杆主机非常强劲，许多国内空压机企业大型螺杆机最初都是进口该品牌主机。
格素（Geso systems）-（英国），1871年成立于英国伦敦，主要产业为军工产品、电子产品、空气系统产品，该集团由英国马可尼与英国BAC气体公司合并于英国BAE公司。中国工厂设在上海市金山区。格素在国内普通市场不多见，主要应用在节能螺杆jdb电子游戏平台网站 技术、真空应用技术、空气动力研发，空气分离技术、制氢技术新能源应用等系统工程领域。在欧洲和英联邦国家较多见。
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中国的螺杆空压机发展晚一点，60年代中期开始由国家规划，空压机国企开始仿制；80年代开始研制，国有企业为主；90年代，外资、合资登台；2000年后，空压机民企开始崛起，螺杆式空压机的各种新技术不断出现，加工精度不断提高，而且辅助设备也日趋完善。特别是螺杆主机国产化和自主研发生产，带动了中国螺杆空压机产量已经位居全球第一。
1.2螺杆空压主机工作原理
螺杆空压主机工作分四个步骤:
吸气过程：电机驱动阳转子，阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间大，外界的空气充满其中；当转子的进气侧端面转离了壳之进气口时，在齿沟间的空气被封闭在阴阳转子与机壳之间，完成吸气过程。见图3-A
压缩过程：在吸气结束时，阴阳转子齿峰与机壳形成的封闭容积随着转子角度的变化而减少，并按螺旋状移动，此为“压缩过程”。见图3-B
压缩气体喷油过程：在输送过程中，容积不断减少，气体不断被压缩，压力提高，温度升高，同时，因气压差而变成雾状的润滑被喷入压缩腔，从而达到压缩、降低温度密封和润滑的作用。见图3-C
排气过程：当转子之封闭齿峰旋转到与机壳排气口相遇时，被压缩的空气开始排放，直到齿峰与齿沟的吻合面移至排气端面，此时齿沟空间为零，即完成排气过程。见图3-D
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1.4螺杆空压机主机要求
①设计先进成熟，加工精度高；
②噪音低，刚性好；
③转速合理，效率高，排气量稳定；
④轴承选用好，精度高，寿命长。
1.5螺杆空压机主机型线
螺杆空压机主机中，最关键的是一对相互啮合的转子，转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线称为转子型线。如图5中1、2。
1.5.1螺杆空压机主机型线发展
第一代转子型线：对称圆弧型线，诞生于1930年左右。
优点：易设计、制造和测量。
缺点：泄露三角区面积大。
第二代转子型线：以点、直线、摆线等组成齿曲线不对称型线。产生于1960年左右。
优点：泄露三角区面积只有之前的1/10。
要求：设计、制造和测量难度加大。
第三代转子型线：采用圆弧、椭圆、抛物线等曲线不对称型线。上世纪90年代开始流行至今。
优点：转子齿面由“线”密封改变成“面”密封；明显提高密封效果，容易形成油膜和减少齿面磨损。
要求：设计、制造和测量更加精细。
几种第三代螺杆线型简介：
1.5.2螺杆空压机主机型线四大要素
（1）接触线：阴阳转子啮合时，两个转子齿面相互接触而形成的空间曲线。（见图8-10）
要求：连续，封闭，越短越好。
（2）泄露三角型：转子接触线的顶点通常不能达到阴阳转子气缸孔的交线，在接触线的顶点和机壳的转子气缸孔之间的空间曲边三角形。（见图8-5）
要求：越小越好
若啮合线顶点的位置距离阴阳转子齿顶圆的交点W越远，则说明泄露三角形面积越大。
（3）封闭容积：如果在齿间容积开始扩大时，不能立即开始吸气，就会产生吸气封闭容积（见10-3）
要求：越小越好
（4）齿间面积：齿间容积在转子端面上的投影（见图10阴影6和9）
要求：面积越大，容积越大。图11为各种型线面积利用率Cn：
1.5.3螺杆空压机主机转子型线设计原则
①应满足啮合定律的共轭型线；②应形成长度较短的连续接触线；③应形成较小面积的泄露三角形；④应使封闭容积较小，否则功耗增加，效率降低，噪音增大；⑤应使齿间面积尽量大，大的齿间面积使泄露份额相对变小，提高效率；⑥重量轻，刚性好；⑦具有良好的工艺性；⑧便于加工制造。
线型设计要求：①轴向气密性和横向气密性高；②接触线长度尽量短；③面积利用系数大；④减少和避免漏气三角形；⑤重量轻，刚性好；⑥良好的工艺性。
1.6螺杆空压机主机加工
螺杆空压机主机加工主要分转子加工和机壳加工：
（1）转子除了需要加工轴承位和驱动轴外，最核心的就是加工型线，通常需要专用铣床和铣刀粗加工成形，再用五轴联动转子磨床将型线磨削出来，通过三坐标测量仪进行检验和配对。见图12。
（2）机壳通过铸造成型，再用加工中心按图纸要求加工。
1.7螺杆空压机主机材料
机壳采用球墨铸铁QT500,具有强力学性能，抗拉强度大，塑性和韧度高。耐磨性和减震性好，缺口敏感性小，切削加工性能好等。
转子采用45#钢或40cr，它具有抗拉强度、屈服强度及淬透性高，表面淬火后可作负荷和及耐磨性较高等特性。
1.8螺杆空压机主机受力分析
双螺杆主机受力主要来自轴向和径向。
轴向力：主要由气体压力产生(见图16黄圈)；排气端止推轴承来承受轴向力
Fa=Fgsd-Fgas+Fgaa-Fgea
径向力：主要由气体压力和斜齿轮产生(见图16蓝圈)；
Fdr=Fgar+Fger
由图17转子受力我们可以知道：
阴、阳转子的排气端径向力大于吸气端径向力，同时阴转子的径向力大于阳转子的径向力；阳转子的轴向力大于阴转子的轴向力，阳转子的转矩远远大于阴转子的转矩。
轴承要求：
考虑受力情况，各轴承寿命一致。主要采用SKF、FAG，也有用NSK。
1.9螺杆空压机主机密封
螺杆空压机主机密封主要由：排气端（油封）+吸气端机壳轴伸端（气封）组成。
螺杆空压机主机密封要求：
①必须是最有效、最可靠和长寿的；
②它是由带反螺纹的油封C和二道不锈钢制气封B组成；
③这些油封和气封与轴保持最小的间隙但不接触，其密封效率和可靠性及寿命远胜过一般的迷宫式密封或机械密封；
④在油封和气封之间开有泄漏小孔E，保证万一密封损坏时仍能提供绝对无油的压缩空气，见图18。
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作者简介
梁柳生，高级工程师，1990开始从事空压机行业工作；有在国企、合资及外企工作经历，其中22年在AC集团工作。先后从事过空压机及后处理设备的产品设计、产品工艺、生产管理、产品质量跟踪服务等及全国销售总监，并有在欧洲学习和工作的经历。2017年创办上善气体工作室，专业从事压缩空气系统研究，行业精益生产管理及销售的培训工作
国家标准JBT10526-2005《一般用冷冻式压缩空气干燥器》第一起草人
全国jdb电子游戏平台网站 标准化技术委员会委员
来源：本站原创
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