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概述

長子螺桿空壓機工程螺桿空壓機，電機功率37KW，工作原理是由螺桿在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，實現螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。空壓機的進氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉子的槽與陽轉子齒被主電機驅動而旋轉。原空壓機的主電機運行方式為星三角降壓起動。作程序為：輸入啟動信號，控制系統接通啟動器線圈并打開斷油閥，空壓機在卸載模式下啟動，這時進氣閥處于關閉位置，而放氣閥打開以排放油氣分離器內的壓力。等降壓數秒后空壓機開始加載運行，系統壓力開始上升。如果系統壓力上升到壓力開關上限值0.8Mpa，即起跳壓力，控制器使進氣閥關閉，油氣分離器放氣，壓縮機空載運行，直到系統壓力跌到壓力開關下限值0.6Mpa后，即回跳壓力下，控制器使進氣閥打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機打開，油氣分離器放氣閥關閉，壓縮機滿載運行。

原理： 

長子螺桿空壓機工程螺桿式壓縮機由兩個轉子組成（“凸形轉子”和“凹形轉子”），它們都是以螺紋狀為主的圓裂片（葉片），并且在密封的罩殼中，兩個轉子是互相平行嚙合的。  在外殼的兩端，都各有軸承支撐著這兩個轉子，這樣它們在旋轉時就不會互相碰撞了。而且它們互相之間、以及它們和外殼之間都保持了一個小間隙。 

軸承和轉子內艙之間分別配備了油罩和軸密封設備，這樣可防止潤滑油進入內艙或者進入壓縮氣體的泄漏氣體中而流到外面。 

為了保持轉子的相關位置在確切的點上，必須在轉軸末端安裝一個精密*的定時齒輪。按照以上所述，轉子之間、以及轉子和外殼之間要保持一定的間隙，為避免金屬與金屬碰撞，所以不要向壓縮艙供給潤滑油。 

因此，這種螺桿式壓縮機的重要特征，就是它的氣體是*無油的。  現在的轉子輪廓還使用了不對稱型，且都有凸面。 

凸形轉子和凹形轉子具有相同的外徑，但是它們的葉片分別是4片和6片，而且凸形轉子的節距圓是在葉片的根部，而凹形轉子的節距圓是在葉片的頂部。因此，由此可斷定，凸形轉子的旋轉速度比凹形轉子的旋轉速度快1.5倍。凸形轉子和凹形轉子是互相嚙合的。 

對凸形轉子而言，分別與轉子中心線相對的三個未嚙合葉片之間的空間幾乎是對稱的。  因此，由氣壓產生的力幾乎是直接朝者中心點的。 

另一方面，在嚙合部分的密封點的兩側，會產生不同的壓力，同時由于氣壓還會產生阻力。而這個阻力的工作方向與旋轉方向相反，這就必須使用轉矩力來轉動轉子以抵抗這個阻力。 

在凹形轉子這邊，嚙合點是在葉片的頂部，同時所有的氣壓幾乎都直接朝著轉子的中心。所以對凹形轉子而言，由氣壓產生的抗轉矩力是非常小的。 

換句話說，凹形轉子好像是凸形轉子的轉動密封，而且由壓縮氣體產生的轉矩力幾乎全都施加到了凸形轉子上。  可以說，作用在凹形轉子上的轉矩力僅與轉子的軸承損耗和旋轉損耗。 

因此，當凸形轉子驅動轉軸時，使用定時齒輪僅僅是為了決定凸形轉子和凹形轉子的位置。通過定時齒輪，從凸形轉子向凹形轉子傳送的動力大約為總輸入的1/10，這樣定時齒輪就是在輕負載下進行工作的。因此，定時齒輪的耐用性就增加了。

故障分析及解決辦法 1.陰陽轉子咬死的分析及對策  從故障現象分析，陰陽轉子全部在嚙入和嚙出的zui小點及在A-A點出現了問題（見圖），這個總間隙的設計出廠值是0.18mm。首先懷疑轉子內是否進入雜質，并沒有認識到轉子之間的嚙合間隙是否過小，但是，解體后發現在螺桿間隙的zui小處A-A點有磨損跡象。根據廠家檢修規范，陰陽轉子在嚙入、嚙出點的實際間隙c上間隙和下間隙總共0.18mm，實行運行中間隙小于1/2總間隙，因而很容易使陰陽螺桿接觸而咬死。

(1)溫高升高所引起的轉子的熱膨脹，陰陽轉子的直徑為400mm，材質為 SUS405,材料熱膨脹系數11，在運行中轉子溫升大約升高50—60°，轉子本身由于運行時溫度升高，會產生熱膨脹，因而造成轉子之間的間隙 A-A和B-B的減少。 

(2)轉子在運行過程中的臨時性彎曲，轉子直徑為400mm,而支撐軸承部位的軸徑只有100mm, 而軸承之間的跨距有2000mm,這樣轉子在運轉過程中，由于受到徑向氣體力的作用，產生一個很小的臨時性彎曲，也會使轉子之間的間隙進一步減少，而且也會引起轉子的震動，當轉子的震動達到一定幅值時，轉子碰擦，使設備出現問題。 

上述兩種原因，轉子在運行時陰陽螺桿的實際總間隙比設計值要小，這樣使設備處于一個不穩定的狀態，很容易造成轉子接觸而咬死，這就是說制造商在陰陽轉子之間的間隙設計值偏小。為了保證設備能夠平穩運行，*的辦法就是放大陰陽螺桿的嚙合間隙，于是我參照國產MLG386螺桿壓縮機，把間隙從0.18放大到0.25mm(A-A),放大陰陽螺桿總間隙，不會使壓縮的焦爐氣的內泄量增加，因為內泄漏是靠陰陽螺桿上的密封筋起作用，所以，放大間隙不會影響整個壓縮機功效的負面影響，對螺桿的陰陽轉子的A-A面進行修磨，在修磨時充分保證嚙合面的型線和表面粗糙度，zui后測定陰陽轉子zui大總間隙為0.27mm.

工作原理 

螺桿壓縮機的工作循環可分為吸氣過程（包括吸氣和封閉過程）、壓縮過程和排氣過程。隨著轉子旋轉每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環，為簡單起見我們只對其中的一對齒進行研究。

螺桿空壓機的構成 

一臺噴油螺桿空壓機組主要由主機和輔機兩大部分組成，主機包括螺桿空壓機主機和主電機，輔機包括進排氣系統、噴油及油氣分離系統、冷卻系統、控制系統和電氣系統等。 

在進排氣系統中，自由空氣經過進氣過濾器濾去塵埃、雜質之后，進入空壓機的吸氣口，并在壓縮過程中與噴入的潤滑油混合。經壓縮后的油氣混合物被排入油氣分離桶中，經一、二次油氣分離，再經過zui小壓力閥、后部冷卻器和氣水分離器被送入使用系統。 

在噴油及油氣分離系統中，當空壓機正常運轉時，油氣分離桶中的潤滑油依靠空壓機的排氣壓力和噴油口處的壓差，來維持在回路中流動。潤滑油在此壓差的作用下，經過溫控閥進入油冷卻器，再經過油過濾器除去雜質微粒后，大多數的潤滑油被噴入空壓機的壓縮腔，起到潤滑、密封、冷卻和降噪的作用；其余潤滑油分別噴入軸承室和增速齒輪箱。噴入壓縮腔中的那一部分油隨著壓縮空氣一起被排入油氣分離桶中，經過離心分離絕大多數的潤滑油被分離出來，還有少量的潤滑油經過濾芯進行二次分離，被二次分離出來的潤滑油經過回油管返回到空壓機的吸氣口等低壓端。

①潤滑油的作用： 

冷卻作用 作為冷卻劑，它可有效控制壓縮放熱引起的溫升； 潤滑作用 作為潤滑劑，它可在轉子間形成潤滑油膜；密封作用 作為密封劑，它可填補轉子與殼體以及轉子與轉子之間的泄漏間隙。  降噪作用 噴入的油是粘性流體，對聲能和聲波有吸收和阻尼作用，一般噴油后噪聲可降低10～20dB(A)。

②zui小壓力閥的作用  保證zui低的潤滑油循環壓力；  作為止回閥，以避免在空壓機停機或無負荷情況下，供氣管線內的壓縮空氣回流到機組內； 

保證油氣分離器濾芯前后有一定的壓差，以免剛開機時濾芯前后壓差過大造成擠破的現象。

③溫控閥的作用  維持潤滑油溫高于壓力露點溫度以上，以免空氣中的水份析出。

④油氣分離桶的作用  作為初級油氣分離的裝置，它可將直徑大于1μm的油滴采用機械碰撞法被有效地分離出來； 作為空壓機潤滑油的儲油器； 

作為油氣分離器濾芯的支撐體，該濾芯可將直徑1μm以下的油滴先聚結為直徑更大的油滴，然后再分離出來。

滑片式壓縮機開機調試方法    

一．檢查壓縮機安裝就位是否平整牢固，整個壓縮空氣系統布置是否合理

注意： 

1. 壓縮機排氣口處需裝一個截止閥，但禁止安裝止回閥；

2. 壓縮機排氣口處接管禁止縮小口徑； 

3. 壓縮機冷卻空氣排風管禁止縮小口徑，且盡量縮短排風管長度；

4. 建議壓縮機排氣口接管的zui低處安裝自動疏水器；

5. 盡量將儲氣罐安裝在壓縮機與后處理設備之間；

6. 干燥機和管道過濾器應加裝旁通管路，以利于檢修。   

二． 檢查壓縮機外觀和內部零件是否有明顯損壞，油位是否正常；  

三．檢查壓縮機電源進線的線徑和自動空氣開關是否符合該型號壓縮機的要求， 電源進線接線端子是否緊固（如有必要請重新緊固接線端子）；  

注意：  客戶如果選用熔斷器，則其必須加裝斷相保護器！  

四．打開壓縮機排氣口處的截止閥；  

五．合閘送電，檢查進線電壓是否符合壓縮機的要求，三相電源是否正常，壓縮 機內部控制變壓器設定是否符合進線電壓（如果需要，請斷電重新設定）；   

六．檢查電子定時器設定值是否與該壓縮機相符；  

七．啟動壓縮機，檢查主電動機的旋轉方向，如果轉向錯誤，必須立即用緊急停 機按鈕關停壓縮機；      

注意：  若轉向錯誤，則即使運行時間很短（約2秒）也會使壓縮機受到嚴重損壞或間接損壞。  

八．正式啟機，檢查壓縮機的溫度和壓力顯示狀態；按客戶要求重新設定伺服閥 和壓力開關的動作值，運行30分鐘后停機，檢查是否有油、氣漏泄，油位是否正常；   九．重新啟動壓縮機，調整運行壓力在工作壓力附近，運行一小時，檢查運行溫 度是否正常，同時培訓客戶有關壓縮機運行保養的基本常識

螺桿空壓機的油氣分離器元件有多種稱呼，如油氣分離 器、油細分離器、油精分離器等，業內一般簡稱其為油分。油分都是有壽命的，因為在它分離機油和壓縮空氣的同時，雜質也滯留在它的過濾材料上，堵塞過濾微孔，致使阻力過大，空壓機耗電量增加，不利于節能減排，所以當油分堵塞到一定壓差值后需要更換。   

一體機設計中的電機溫升問題

目前的一體式螺桿主機，電機直接安裝在螺桿機頭的吸氣伸軸端。業內很多人，提出了一體機電機溫升的質疑，認為電機直接與螺桿機頭做成一體，螺桿機頭的溫度會傳遞到電機側，導致電機散熱差、溫升高。對于此類觀點，依據本公司實際的設計與應用狀況，做如下幾點說明：

首先，電機溫升主要依賴于特定工況下的電機設計，筆者所在公司的一體式螺桿主機用永磁電機，是針對一體式結構和空壓行業的運行工況進行的特殊設計，如充裕的服務系數考慮，并經過了詳細的測試確認，不同于市場上運用的通用型永磁電機設計，實際運行時電機溫升狀況良好。對于直接將市場上通用型永磁電機的定、轉子直接安裝在螺桿機頭端部的組裝方式，建議進行比較詳盡的測試，以確認該永磁電機是否適合空壓機特定的結構和工況。圖1為一臺一體式螺桿主機在溫升平衡情況下的溫度分布。由圖可見，即使在溫度平衡條件下，電機端的外殼溫度也不過在40℃左右。其次，對于螺桿主機本身，其壓縮空氣從吸氣端到排氣端，是一個壓力逐步增大的過程，相應的溫度也是一個逐步遞增的過程。通常狀況下，吸氣口的溫度接近氣溫，而控制排氣溫度的風機一般設定在大約85℃，所以排氣端的油氣混合物溫度限定在85℃左右，所以電機端的溫度不應超過此值。一臺螺桿單機頭產品在溫升平衡情況下的溫度分布情況，排氣端zui高溫度74.8℃，而電機端的zui高溫度也僅有60℃左右。

綜合以上分析可以看出，永磁電機直接安裝在螺桿機器的吸氣伸軸端，螺桿自身的溫升對電機的溫度影響并不大。所以，業內某些電機公司對該結構提出溫升高及永磁體的退磁問題，只是自己的臆斷

防護等級問題

螺桿壓縮機應用于比較廣泛的場合，有些應用場合環境比較差，環境中粉塵、雜質比較多。如果螺桿空壓機自身的防護做的不到位，對于IP23防護等級的一體式螺桿主機，在吸風冷卻時，粉塵、雜質等容易隨著冷卻風進入電機內部，帶磁性的粉塵或雜質會吸附在永磁電機的轉子表面，累積到一定程度，會堵塞氣隙，zui終導致電機無法運行。所以，針對特定的使用場合，本公司也設計了相應的產品，推出IP54防護等級的一體式螺桿主機，

該結構*將冷卻風道移至電機外部，與市場上的IP54電機冷卻方式類同，但同時又秉承了本公司一體式螺桿主機無軸承結構的特點優勢。

永磁一體機與控制的匹配問題

永磁驅動一體式螺桿主機，在使用過程中，與控制的匹配經歷了選擇、磨合及相互調整，zui終達到了比較理想的匹配。當前的市場是一個性能與成本同等競爭的環境，單一的追求性能或單一的追求低價，是無法俘獲用戶的青睞。基于筆者所在公司的使用經驗，做以下兩方面的話題探討。其一是轉速的選擇：對于一體式螺桿主機，基于其調頻的控制因素、電機的無軸承結構因素，在電機轉速的設計上具備了更寬的選擇，各大廠家對于設計轉速高和設計轉速低，各執一詞。復盛空壓機設計高轉速，從電機設計角度，可以獲得更高的電機效率，從使用角度，采用直驅聯接替代目前市場上的皮帶機，避免了皮帶結構帶來的一系列缺陷，如效率損失，節能約1-2%、皮帶壽命差，皮帶結構帶來的軸向力等。雖然螺桿一體機運行噪音相對于低速略高，但只要空壓機系統能做良好的隔音措施，影響并不大。設計低轉速，從電機的震動與噪音角度，應該比較低，但其缺陷主要是需要較大的機頭實現同等排氣量；

其二是控制系統的選擇：目前空壓機行業競爭日趨激烈，對于永磁電機用變頻器功率選擇，希望也能實現與電機同檔。對于這樣的要求，變頻器廠家也在努力調整應對，但就這樣的要求，我們認為存在以下問題需要考慮。假設，一臺37kW的永磁電機驅動的空壓機，依據如下公式分析。在設計時，假設電壓取值為340V，設計的額定電流為74A，小于37kW變頻器的電流允許值，實現了同檔匹配的目的，但該機器安裝到客戶使用現場后，可能會出現如下情況。一種狀況：如該使用企業在用電高峰期，電網出現下差浮動，電機輸入電壓降低，要繼續維持37kW的輸出，只能采用提升電流來滿足，電流的長時間增加，zui終導致變頻器保護，空壓機不能正常工作；另外一種狀況：當該空壓機使用了較長時間后，濾網壓差變大，提供同等空氣用量的情況下，電機功率增大，由于電壓沒有上升空間，只能通過電流的增加來實現，也會出現變頻器保護情況。在這里需要說明的一點，空壓機的使用是壓力恒定，而壓力體現在電機驅動上，為恒轉矩輸出。對于永磁電機，轉矩大致可以線性地對應到電流，所以當出現濾網的壓差過高時，對于同檔配置變頻器的情況，可能會出現因電流過高出現變頻器保護，而該故障是無法通過降低轉速來解決的。

原系統工況存在的問題

1、主電機雖然星三角降壓起動，但起動時的電流仍然很大，會影響電網的穩定及其它用電設備的運行安全。

2、浪費電能達25%以上

主電機時常卸載運行，屬非經濟運行，電能浪費嚴重。我們對空壓機的主機運行數據進行抄錄：運行總時間為20000小時，其中加載時間11000小時，卸載時間為9000個小時，主機的功率為75KW，加載電流為65A，卸載電流為30A（實際消耗功率為 15KW），根據我們經驗與初步計算，此臺空壓機浪費電能達25%以上，現在我們以20%浪費計算，37ＫＷ ×　8０％（負荷率）×25％（浪費）×24小時×３０天＝5328度電節電改造方案：

1、節能原理及效果我們知道，用調整電機轉速的方法同樣可以調整供氣量。由于空壓機基本上屬于恒轉矩負載，用調整電機速速的方法調整供氣量能使電機的輸出功率基本與轉速（供氣量）成正比關系，達到很好的節電效果。

復盛空壓機節電器具有矢量控制功能，可使電機在低速時也能提供滿足負載需要的轉矩。同時，復盛空壓機節電器的自動節能模式，可使電機在滿足負載轉矩要求下以zui小電流運行，達到更好的節電效果：

（1）、出氣口釋放閥全部關閉，取消用出氣口釋放閥調節供氣量方式，以避免由此導致的電能浪費。代之以復盛空壓機節電器轉速來調整氣體流量，使電機輸出的功率與流量需求基本上成正比關系，始終使電機高效率工作，以達到明顯的節電效果。

（2）、利用復盛空壓機節電器的節能模式，可使電機在輕載時以率運行，減少不必要的電能損耗；

（3）、根據嚴格的EMS標準，高效的PWM復盛空壓機節電器使用高速低耗的IGBT，降低諧波失真和電機的電能損失。

（4）、可使電機起動、加載時的電流平緩上升，沒有任何沖擊；可使電機實現軟停，避免反生電流造成的危害，有利于延長設備的使用壽命；避免因電流峰值帶來的電力公司的罰款；

（5）、采用復盛空壓機節電器控制系統后，可以實時監測供氣管路中氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持恒定，提高生產效率和產品質量；

（6）、由于電機在高效率狀態下運行，功率因數較高，降低了無功損耗，節約了大量電能。

（7）、保存原釋放閥系統，在必要時可參加調節，增強系統的可靠性。總之，采用恒壓供氣智能控制系統后，不但可節約電力費用，延長壓縮機的使用壽命，并可實現"恒壓供氣"的目的，提高生產效率和產品質量。

四、空壓機節能改造方案設計原則

根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，空壓機改造后系統應滿足以下要求：

電機變頻運行狀態保持儲氣罐出口壓力穩定，壓力波動范圍不能超過±0.02Mpa

系統應具有節電和市電兩套控制回路。

系統具有開環和閉環兩套控制回路。

根據空壓機的工況要求，系統應保障電動機具有恒轉矩運行特性一。

為了防止非正弦波干擾空壓機控制器，節電器輸入端應有抑制電磁干擾的有效措施。

在用氣量小的情況下，節電器處在低頻運行時，應保障電機繞組溫度和電機的噪音不超過允許的范圍。

四、改造方案原理

由節電器，壓力變送器、電機、螺旋轉子組成壓力閉環控制系統自動調節電機轉速，使儲氣罐內空氣壓力穩定在設定范圍內，進行恒壓控制。

反饋壓力與設定壓力進行比較運算，實時控制節電器的輸出，從而調節電機轉速，使儲氣罐內空氣壓力穩定在設定壓力上。