螺杆压缩机国产化技术设计分析
【买空压机网】20世纪30年代，瑞典工程师Alf Lysholm在对燃气轮机进行研究时，希望找到一种作回转运动的压缩机，要求其转速比活塞压缩机高得多，以便可由燃气轮机直接驱动，并且不会发生喘振。为了达到上述目标，他发明了螺杆压缩机。
在理论上，螺杆压缩机具有发明者所需要的特点，但由于必须具有非常大的排气量，才能满足燃气轮机工作的要求，螺杆压缩机并没有在此领域获得应用。尽管如此，Alf Lysholm及其所在的瑞典SRM公司，对螺杆压缩机在其它领域的应用，继续进行了深入的研究。
1937年，Alf Lysholm在SRM公司研制成功了两类螺杆压缩机试验样机，并取得了令人满意的测试结果。1946年，位于苏格兰的英国James Howden公司，第一个从瑞典SRM公司获得了生产螺杆压缩机的许可证。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，从事螺杆压缩机的生产和销售。最先发展起来的螺杆压缩机是无油螺杆压缩机，1957年喷油螺杆空气压缩机投入了市场应用，1961年又研制成功了喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机。通过随后持续的基础理论研究和产品开发试验，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，螺杆压缩机的优越性能得到了不断的发挥。
人机料法环测是工业企业管理中的六个要素，包括：
1、人(Man)：操作者对质量的认识、技术熟练程度、身体状况等，是团队最宝贵的资源。对于企业来说，不仅需要领袖型人才为技术掌舵，更需要建立延续发展的人才机制。
2、机器（Machine）：机器设备、测量仪器的精度和维护保养状况等。
3、材料（Marterial）：材料的成分、物理性能和化学性能等。
4、方法（Method）：生产工艺、设备选择、操作规范等。研发系统的创新，设计计算软件开发与应用（图例：SCCAD）
5、测量（Measurement）：测量时采取的方法是否标准、准确等。
6、环境（Environment）：工作地的温度、湿度、照明和清洁条件等。
螺杆压缩机基础理论、设计方法及实际应用：
1.转子型线设计；2.几何特征计算；3.热力性能计算；4.工作过程数学模拟；5.转子受力计算；6.刀具刀型计算；7.典型零件设计；8.主机结构设计；9.机组系统设计。
螺杆压缩机是一种容积式压缩机，它通过一对相互啮合的螺旋形转子来压缩气体。其设计理论主要包括以下几个方面：
1.转子设计：螺杆压缩机的转子是其核心部件，其设计需要考虑转子的几何形状、齿形、螺旋角等参数。通过对转子的设计，可以提高压缩机的压缩效率和稳定性。（1.转子型线设计；2.几何特征计算）
2.（1）气体热力学：螺杆压缩机的设计需要考虑气体的热力学性质，如压力、温度、体积等。通过对气体热力学性质的分析，可以确定压缩机的压缩比排气温度等参数。
（2）流体力学：螺杆压缩机的压缩过程中涉及到气体的流动，因此需要考虑流体力学的因素。通过对气体流动的分析，可以确定压缩机的排气量、排气压力等参数。（3.热力性能计算；4.工作过程数学模拟）
3.机械设计：螺杆压缩机的机械设计需要考虑到转子的受力情况、轴承的寿命、密封件的可靠性等因素。通过对机械设计的优化，可以提高压缩机的可靠性和使用寿命。（5.转子受力计算；6.刀具刀型计算；7.典型零件设计）
4.控制系统：螺杆压缩机的控制系统需要考虑到压缩机的运行状态、排气压力、排气温度等参数。通过对控制系统的设计，可以实现压缩机的自动控制和保护。（8.主机结构设计；9.机组系统设计）
一、螺杆机的构成
以喷油螺杆压缩机为例，机组系统包含：电动机、联轴器、压缩机、气路系统、油路系统、容积流量调节系统、冷却系统、分离系统、隔音罩总成以及控制系统。
二、国内螺杆主机近十多年结构上的发展
(1)单级螺杆压缩主机
·七大件：进气端盖、进气轴承座、压缩汽缸、排气轴承座、排气端盖、阴转子、阳转子。
·六大件：密封端盖、进气轴承座、压缩汽缸、排气端盖、阴转子、阳转子。
结构的变化：不仅降低了采购原材料成本，还降低了加工、装配等成本，提高了产品的装配精度。
(2)两级垂直螺杆压缩主机
·单电机垂直双极
·双电机垂直双极
(3)两段水平螺杆压缩主机
·单电机水平双极
·双电机水平双极
(4)永磁一体螺杆压缩主机
·单极永磁一体
·双极垂直一体
·双极水平一体
螺杆空压机单级压缩和双级压缩的区别：
1、单级压缩
螺杆压缩机单级压缩主要是指一台螺杆压缩机完成全部压缩的过程。在这种情况下，压缩机将气体吸入，将其压缩并将其排气到下一个阶段。这个过程被认为是单级压缩。
单级压缩的主要优点是结构简单，维护成本相对较低。但这种类型的空气压缩机的压缩范围有限，只能压缩到一个特定的压力。当需要高压空气时，这种压缩机就无法满足要求。因此，许多压力需求较高的应用需要使用双级压缩。
2、双级压缩
螺杆空压机双级压缩由两个部分组成，每个部分都有一个螺杆压缩机。在第一个部分，气体被压缩到一个相对较低的压力，然后被输送到第二个部分。在第二个部分，气体被压缩到所需的最终压力，并被输送到下一个系统。
双级压缩相对于单级压缩的主要优点是它可以用更少的功率完成更高程度的压缩。这是由于双重压缩将两个压缩机的能力相结合，而单级压缩只有一个压缩机。
同时，双级压缩可以处理更大的流量，也就是说，可以在更短的时间内完成对气体的压缩，提高了生产效率。但这种类型的螺杆空压机结构相对复杂，成本也相对高一些。
永磁变频压缩机和工频螺杆压缩机的区别：
1.工作原理不同
永磁变频压缩机和工频螺杆压缩机的工作原理不同。永磁变频压缩机利用永磁同步电机来提供动力，将空气压缩到所需的压力。而工频螺杆压缩机则利用两个螺杆相对旋转的原理，将气体逐渐压缩到所需的压力。
2.动力系统不同
永磁变频压缩机和工频螺杆压缩机的动力系统也不同。永磁变频压缩机采用永磁同步电机，通过变频器调节转速，控制压缩机的输出。而工频压缩机则通过电机带动螺杆相对旋转，提供压缩机的动力。
3.使用效率不同
相比之下，永磁变频压缩机的使用效率更高。由于采用永磁同步电机作为动力源，可以实现高效的能源利用，有效节约电费。而且在负载波动较大的情况下，永磁变频压缩机能够及时响应调节，确保压缩机的稳定运行。而工频螺杆压缩机在负载波动较大时，需要调整压缩机的转速，响应较慢。
4.能耗成本不同
永磁变频压缩机由于具有较高的能源利用效率，因此其能耗成本相对较低。而工频螺杆压缩机则需要较高的能源消耗，能耗成本较高。
5.噪音不同
永磁变频压缩机比螺杆压缩机产生的噪音更低。在永磁同步电机的帮助下，它们运行时比工频螺杆压缩机更加平稳，振动更小，噪音也相应较低。
从机组的结构上简述：使用永磁电机作为动力源，与螺杆主机直连，省去了中心托架、联轴器等配件，缩小了动力系统的整体尺寸并提高了装配精度，因此机组的整体设计尺寸也随之减小（隔音罩总成等）。
三、主要零部件的发展
（1）机体：设计结构的优化，机体材料的优化。（详见本文第二节）
（2）转子：设计结构的优化，从圆柱体转子毛坯至螺杆毛坯。
（3）轴承：轴承选型的优化，从依赖于NSK、FAG、SKF至国产化的替代
（4）密封：
·轴封：从依赖于圣戈班（Saint-Gobain）至国产化的替代。
·端面密封：从O型圈、纸垫密封、胶水密封等优化。
（5）传动结构：从皮带、齿轮、直连至永磁一体机的发展。
四、加工机床、工艺、检测设备及工具的发展
（1）加工机床：
·螺杆铣床：QH229半自动铣床、2AC铣床、5AC铣床至自行研发专业螺杆铣床。
·螺杆磨床：德国KAPP磨床、英国Holroyd至自行研发专业螺杆磨床。
·CNC：从依赖于进口设备至国产设备的替代。
（2）加工工艺：随着工业4.0的发展，加工工艺的优化，机械手的普及替代了人工，提高了自动化程度。
（3）检测设备、工具：
·三坐标测量仪的普及，保证了机壳与螺杆转子的可靠性。如：三丰（Mitutoyo）、蔡司（Zeiss）、海克斯康（Hexagon）。
·检测工具：专业检测工具的创新等。如：螺杆啮合台，奇数齿外径千分尺。
五、核心技术的发展
（1）对称圆弧型线：应用于初期的螺杆压缩机；
（2）不对称型线：以瑞典SRM型线系列为主导；
（3）80年代后第三代转子型线：GHH（5：6）型线、X、Sigma(5：7)、日立型线和SRM-D-a、b等型线；
（4）各公司又开发自己的专利型线。
其它产品的发展：无油螺杆鼓风机、螺杆真空泵、双螺杆移动空气压缩机、离心机、涡旋机、冷媒压缩机、车载压缩机、喷水单螺杆压缩机、制氧制氮工艺压缩机等。
To be designed in China：Screw compressors
以中国航天技术为榜样，电车发展的普及趋势为动力，压缩机行业在中国速度带领下将呈现这样的发展趋势：应用细分、两极化、高效、节能、环保、智能化、系统化、信息化、核心技术开发、机器人应用、模块化设计等，通过综合实力提升竞争力。
路漫漫其修远，相信未来的中国：一定可以从Made in China成为Designed in China！让Designed in China成为民族骄傲！
笔者从业经验有限，浅谈之处有不妥和错误之处恳请批评、指正、指导！文章最后，想向行业的前辈们、老师们、同行们请教三个问题：
1.中国螺杆机走出国门的同时，多久的将来会在全球有核心竞争力？
2.双螺杆喷水压缩机的难点？
3.螺杆转子的型线会不会标准化？
以上为正文!
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