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壓縮機網 >雜志精華>正文

國內外渦旋空氣壓縮機新議

   【壓縮機網】上世紀不少人就已在渦旋壓縮機領域耕耘,美國人的渦旋空氣壓縮機已經做的相當不錯。當時,國內也一度掀起渦旋空氣壓縮機熱,全國有數個獨立的渦旋空氣壓縮機研究課題組和多處合作研發單位都在研發試制渦旋空氣壓縮機,但是好像總是得不到期望的效果。渦旋空氣壓縮機屢經幾度興衰,現在仍然有人在追求渦旋空氣壓縮機,有的和國外的公司合作生產,有的自己研發,謀求渦旋空氣壓縮機在中國大力發展。
  30年前,渦旋壓縮機已進入冰箱空調領域,其技術、加工設備、材料和水平等已卓有成效,作者則不贅述制冷用渦旋壓縮機的原理和有關知識。
  有些單位的人剛開始搞渦旋空氣壓縮機,搞了幾臺樣機,覺得渦旋空氣壓縮機并沒有那么神秘。過去進入渦旋空氣壓縮機的投資人多是小型和微型企業,現在出現了一個新動向,就是除了小型和微型企業外,有一些中型或大型壓縮機制造商也參與其中,甚至有人在搞單機2.6立方米/分鐘的渦旋空氣壓縮機。
  其實,渦旋空氣壓縮機有其自身的優勢,也有競爭的難度:
  1.渦旋空氣壓縮機不解決吸氣潔凈化問題,其性能和可靠性就無從保證;
  2.大中型空氣壓縮機制造商為了擴充自己的產品種類,可能試探性的投入渦旋空氣壓縮機,即使投資效果不佳,也不會傷筋動骨。而其他投資人的損失程度就會因人而異;
  3.沒有可靠的適合于渦旋壓縮機的高精度加工中心,大批量生產渦旋空氣壓縮機就不現實。
  4.采用名牌高可靠性軸承是渦旋空氣壓縮機的不二選擇,因此帶來的成本上升因素也不可避免;
  5.高可靠性渦旋空氣壓縮機的適宜材質研究有待突破,此問題不解決的話,渦旋空氣壓縮機的推廣就很難見效。
  縱觀各種試銷和在銷的渦旋空氣壓縮機,單機最大功率為5.5千瓦和5馬力兩種,制造商采用并聯方式,拼湊成5.5、11、16、22、33、44千瓦和5、10、15、20、30、40馬力等功率級的成品渦旋空氣壓縮機組,在市場上屢見不鮮。
  美國和日本渦旋空氣壓縮機搞得不錯,他們把制冷渦旋壓縮機移植成空氣壓縮機,成為整個渦旋壓縮機的一個分支。
  國內渦旋空氣壓縮機制造商也都想擴充自己的產品種類,只有少數企業把渦旋空氣壓縮機作為自己的主攻方向。
  壓縮機企業與國外渦旋壓縮機公司合作進行渦旋空氣壓縮機開發是近幾年才開始的。合資合作生產渦旋空氣壓縮機效果不錯,借助于國外壓縮機公司多年渦旋空氣壓縮機技術的積累,打包引進技術、設備、整機、零部件等,到積木式生產。國外公司把認為可以轉讓的產品、技術通過整機引進貼牌等在國內銷售;有的進口部分零部件組裝產品機組,進而提供加工中心及圖紙、程序,逐步轉移到合作方,達到合資生產的目的,這也是一種國產化的趨勢。
  對此,作者也有一些看法和觀點。
 
  1.渦旋壓縮機適合作為小規格制冷壓縮機用
  渦旋壓縮機作為小規格制冷壓縮機是很好的,其主要原因在于制冷渦旋壓縮機的工質是閉式循環。渦旋制冷壓縮機的吸氣非常潔凈,不會因為有固體顆粒進入渦旋盤而損壞渦旋面之慮。諸如:丹佛斯、HITACHI、COPELAND等都做到很好。
  渦旋空氣壓縮機就不一樣了,除非進氣口非常干凈,最好是無塵環境,吸氣過濾器非??煽?,而且過濾精度在亞微米級,采用三級或可靠兩級過濾。
  但即使在吸氣過濾正常情況下,空氣壓縮機吸進去的微?;覊m,亦會集聚在渦流區,不一定什么時候就會掉出來,進入壓縮機渦旋盤,而損傷渦旋面。
  渦旋盤的損壞有兩種情況:
  一種是渦旋盤嚴重磨損,產生周向漏氣和軸向漏氣,效率嚴重下降;
  另一般表現為能聽到壓縮機內部明顯的金屬撞擊聲,這是渦旋盤被擊碎后的金屬碎片相互撞擊或與壓縮機殼體撞擊的聲音。
  渦旋盤的損壞是不可修復的。
 
  2.渦旋壓縮機的加工特點與主要加工設備
  渦旋壓縮機渦旋盤主要的加工特點是:精度高,其尺寸精度為0.001mm,比活塞壓縮機螺桿壓縮機高一個數量級。
  現在渦旋壓縮機多使用立式鏜銑加工工藝,主要技術參數多為:
  主軸轉速為200~2000rpm,主軸錐孔:HSK-A63;主軸功率(30分鐘續):15/11kW;
  主軸扭矩(25%ED連續):45.7/31.1N.m
  XYZ行程mm:X650/Y450/Z350;XYZ直線軸快移速度m/min:20/20/20
  工作臺規格mm:750/450;控制軸數:3軸3聯動
  X/Y定位精度(全行程,帶光柵)mm:±0.001;
  X/YZ重復定位精度(全行程,帶光柵)mm:±0.0010。
  國內也有用其它類似加工工藝生產渦旋盤的制造商,但其精度不可能低于0.001毫米。
  現在用于加工渦旋盤先進的加工中心已采用4軸聯動;
  先進的加工中心主軸轉速達到140000rpm,真正做到削鐵如泥。
  渦旋空氣壓縮機的加工中心加工精度為0.001mm,X/Y定位精度為:±0.001mm;X/YZ重復定位精度:±0.0010mm。其精度如此高的原因在于:保證渦旋盤的尺寸精度才能保證可靠性和性能要求;另一原因在于銑刀循環重復切削,加工面不會出現接刀痕跡,才能保證渦旋面的精度,表面完整光滑。
  國外加工中心企業把加工中心賣給自己的用戶,一般會把客戶需要的部分產品圖紙、線型、程序及配套刀具打包出售給客戶。這樣,加工中心企業多賣了錢,購買加工中心的客戶也得到了部分需要的技術,盡快形成生產力,占領市場,達到雙贏或兩全其美的目的。
 
  3.渦旋盤的加工中心宜采用臥軸加工
  作者一直呼吁:高精度加工中心被認為是加工渦旋盤的關鍵設備。上世紀有人在漢中專門研制了渦旋加工工藝,后來在加工過程中,出現切屑搞傷渦旋盤底面的現象。當然,用壓縮空氣強化吸出或吹出切屑并非不可能。
  但是,作者還是認為,渦旋盤的加工中心用臥軸加工中心會更巧妙,切屑容易用壓縮空氣吹出,不至于因為加工過程中產生的切屑而劃傷渦旋面,而影響加工精度,這樣就可以大幅度保護重要的渦旋盤底面,降低廢品率,提高加工效率。
  當然具有4軸聯動加工中心(具有聯動的臥軸)會更好,會更適合于加工渦旋盤。
  而Boston digital com的高精度加工中心是5軸聯動,有一個聯動的園坐標,可以精確加工回轉曲面,可以加工離心壓縮機葉輪、螺桿壓縮機轉子,加工渦旋盤更不在話下,主軸轉速達到140000rpm。
 
  4.渦旋盤的材料
  渦旋盤的常用材料有鑄鐵、鑄銅和鋁合金等?,F在多用變形鋁及鋁合金。其牌號為:4032。
  4032鋁合金是美國標準的變形鋁及鋁合金,多國引用或采用其標準。
  高強度鋁合金渦旋盤適用金屬模壓力鑄造。4032鋁合金的熱線脹系數大,高溫強度高,高溫耐蝕性良好。4032鋁合金用于加工鍛造活塞。鑄造性能和加工性能好。主要用于生產航空鍛件和活塞,這種鋁合金有較好的力學性能;但尺寸穩定性教差,在此情況下,為防止拉缸、抱缸,被迫放大配缸尺寸間隙。用高強度鋁合金的渦旋盤偶件,由于線膨脹系數接近,前述類似缺陷的影響很小。
  4032-T6狀態在室溫狀態下的典型力學性能:屈服強度—315MPa、抗拉強度—380MPa、伸長率—9%
  其化學成分為:
  鋁 Al(最小值):余量
  硅 Si:11.0~13.5
  鐵 Fe:≤1.0
  銅 Cu:0.05~1.3
  錳 Mn:—
  鎂 Mg:0.8~1.3
  鉻 Cr:≤0.10
  鎳 Ni:0.50~1.3
  鋅 Zn:≤0.25
  鈦 Ti:—
  未指定的其它元素:每種:≤0.05;合計:≤0.15
  另一種高強度鋁合金是ZL114A。
  ZL114A是我國標準的鑄造鋁合金,也適合于制作渦旋盤,由于還加入了Mn、Ti和微量的Be,使該合金有優良的鑄造性能,較好的耐蝕性、氣密性,高的強度和好切削加工性能,即使是加工螺紋孔,粗糙度也很好。其焊接性能一般。適合鑄制形狀復雜、承受重大負荷的動力結構件(如飛機發動機的結構件、水、油、葉輪等),要求氣密性較好和在較高溫度下工作的零件。
  主要采用金屬型和砂型鑄造,也可采用壓鑄。
  ZL114A抗拉強度σb (MPa):≥310(330),伸長率 δ5 (%):≥3,硬度 :≥95(5/250/30)HBS
  作者作過ZL114A的機械性能,其抗拉強度為330N/mm,延伸率9.0%
  其化學成分為:
  鈦 Ti:0.10-0.20
  鈹 Be :0.04~0.07
  鋁 Al :余量
  錳 Mn:≤0.1(雜質)
  鎂 Mg:0.45-0.75(雜質)
  鈦 Ti:0.1-0.2(雜質)
  鈦+稀土 Ti+Zr:≤0.20(雜質)
  錫 Sn :≤0.01(雜質)
  鉛 Pb:≤0.03(雜質)
  注:雜質總和:(砂型鑄造)≤0.75;(金屬型鑄造)≤0.75
  ZL114A適合于制作靜盤,和4032制作動盤配合使用是一種好的偶件材料配比,這兩種不同的材料配合會提高其綜合耐磨損性能。
  渦旋盤的合金鑄件一般用金屬膜壓力鑄造。其高強度鋁合金成分嚴格,成本較高。處理融化鋁合金的技術、設備和鑄造機械有一定專業要求,鋁合金鑄造專業技術人員會熟窨該技術。開始時,鑄件成品率可能不高,經過技術改進試驗,成品率會提高到滿意的程度。
 
  5.渦旋盤的研磨與拋光
  渦旋空氣壓縮機的正常線速度為2m/sec左右。對渦旋空氣壓縮機來說,渦旋盤的研磨與拋光尤為重要。
  a 在渦旋空氣壓縮機裝配時,對其渦旋盤宜進行研磨和拋光,提高其表面質量,使其能更適合協調工作;
  b 用渦旋盤偶件在低速狀態下,附以磨合劑進行自研磨是一種不錯的方法;
  c 采用特制的PEEK材質的渦旋盤與4032材質的渦旋盤變速對研,可以提高渦旋盤的表面質量;
  d 用端面刻有容納拋光劑紋路的指銑刀形狀的金屬園棒,在拋光劑的參與下拋光渦旋盤底面,用以提高渦旋盤底面的光潔度;
  e 對渦旋盤進行研磨后應進行拋光,避免研磨過程中產生附著在渦旋盤表面的固體微粒;
  f 拋光過程中,在表面涂覆一定的納米級的特殊抗磨修復劑不僅能提高表面質量,在渦旋盤表面還會形成一薄層金屬陶瓷,強化渦旋盤的抗磨損性能。
  在上述的數種措施中,作者認為采用彈性浮動研磨效果更佳,彈性浮動的拋光更具有意想不到的效果。
  對渦旋盤的研磨與拋光后,徹底的清洗是必要的。
  經過上述處理的渦旋盤和不經處理的渦旋盤截然不同。
  國外有很多名牌機械、工具等,包括壓縮機,他們的產品零件不僅材質特殊,技術精湛,外表也是無可挑剔的,猶如工藝品般光滑閃亮,使人愛不釋手,更具有好的適用性和可靠性。

來源:本站原創

標簽: 渦旋空氣壓縮機  

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