《空壓機培訓100課》連載，以問答的形式将空壓機行業需要用到的知識歸納總結，呈現給大家。本課程文章均為原創創作或整理。如需轉載請注明來源本号，謝謝！

上一課：空壓機100課之012-2：我國螺杆壓縮機的自強奮鬥曆程（下）

雖然單螺杆和雙螺杆僅一字之差，很容易讓人聯想到系出同門，讓人誤以為單螺杆與雙螺杆是“近親”。但實際上這兩種類型的壓縮機無論在原理還是結構上都有非常明顯的不同。隻是在成套後的結構、布局和工作流程上，大體相同。而且在産品的應用範圍上高度重疊，互為競争機型。

北一通曾經在中美蜜月期引進美國CP公司（芝加哥風動）的單螺杆技術，據說并未得真傳，而我國的單螺杆技術大多源自北一通。在八卦一句就是，單螺杆可高壓，因其靜音優秀，可用于潛艇，故出于一些你懂得的原因，單螺杆隻能靠自己來提升技術水平了。在國内單、雙螺杆的競争中，就噴油機來說單螺杆已落下風，但在無油水潤滑方面卻大放異彩。

單螺杆壓縮機的雛形來自于蝸杆傳動裝置，1960年，法國人辛麥恩（B.Zimmem）在此基礎上提出了單螺杆的具體結構。1962年試制出第一台樣機，該機轉速為5000r/min，功率7.46kW，經受了1000小時以上的壽命考驗。

單螺杆壓縮機，故名思議，相對于雙螺杆壓縮機，單螺杆壓縮機隻有一根螺杆，其螺杆同時與兩個或兩個以上的星輪齧合。螺杆型面、星輪端面、螺杆兩端蓋闆共同圍成若幹封閉容積，實現氣體的壓縮。

螺杆和星輪根據其外形可分為圓柱形（C）和平面形（P），這兩種類型可組合成四種形式的單螺杆壓縮機：CP型、PC型、PP型、CC型。

CP型是最常見的單螺杆壓縮機形式，我們在以下的講解中也僅以此種形式的單螺杆壓縮機為例。

CP型單螺杆壓縮機的結構：由一個圓柱螺杆和兩個對稱分布的平面齒輪組成齧合副，裝在機殼内。螺杆螺槽、機殼(氣缸)内壁和星輪齒構成封閉容積。

機殼上除了進、排氣口外，與雙螺杆機類似，還開有噴液口，将油、水或制冷液噴入工作腔内，起到密封、冷卻、潤滑的作用。

單螺杆壓縮機的螺杆一般具有6個螺槽，星輪有11個齒，相當于6個氣缸，兩個星輪同時與螺槽齧合，因此，單螺杆壓縮機相當于一台6缸雙作用的活塞機，螺杆每旋轉一周相當于12個氣缸在工作。

動力傳到螺杆軸上，由螺杆帶動星輪旋轉。

氣體(工質)由吸氣腔進入螺槽内，經壓縮後通過排氣孔口和排氣腔排出。星輪的作用相當于往複活塞壓縮機的活塞，當星輪齒在螺槽内相對運動時，

封閉容積逐漸減小，氣體受到壓縮。

工作過程：

①吸氣過程：螺杆螺槽在星輪齒尚未齧入前與吸氣腔相通，處于吸氣狀态，當螺杆轉到一定位置，星輪齒将螺槽封閉，此時吸氣過程結束。

②壓縮過程：吸氣過程結束後，螺杆繼續轉動，随着星輪齒沿着螺槽推進，封閉的工作容積逐漸減小，實現氣體的壓縮過程，當工作容積與排氣孔口相通時，壓縮過程結束。

③排氣過程：當工作容積與排氣孔口連通後，随着螺杆繼續轉動，被壓縮氣體由排氣孔口輸送至排氣管，直至星輪齒脫離螺槽為止。

優點：

①結構合理，具有理想的力平衡性。這一點在所有結構的壓縮機中表現尤為突出。

作用于螺槽内的氣體，軸向負荷必然抵消，再由于星輪的對稱配置，作用于螺杆上的徑向力也相互抵消，因此螺杆不受任何軸向和徑向的不平衡力。

故由此帶來第二個特點。

②噪音低、振動小。因為單螺杆壓縮機的力平衡性好，因此振動小，無需基礎。星輪材質采用複合材料，再加上壓縮腔噴液潤滑，又無增速齒輪，因此噪音也小。

③單機容量大，無餘隙容積。單螺杆壓縮機工作時，螺杆上的每一個螺槽在一轉中均被使用兩次，使螺槽空間得以充分利用，因此，與其它回轉式壓縮機來說，尺寸可以更小。

此外，螺槽的深度向排氣端方向變淺，直至排氣時為零，因此，在理論上不存在餘隙容積。

缺點：

①運動部件較多。單螺杆空壓機有三個旋轉軸，而且螺杆和行星齒輪的剛性相差較大，運動中受熱膨脹系數不同，易變形不均勻，因而相互齧合精度難以保證。

②行星齒輪的材料需進一步改善。行星齒輪作為單螺杆壓縮機的核心部件之一，其主要作用是起密封作用。另外運轉過程中的受熱膨脹，以及受到的剪切力和機械磨擦力，使其必須膨脹系數小且兼顧剛性和耐磨性，如何盡快找到一種強度高、膨脹度小且耐磨的材料成為各廠家需要解決的又一大問題。

③齧合副型線優化以及專用加工設備。型線的持續優化需要市場以及加工設備的支持，目前來看，這方面的難度不小。

①力平衡性

單螺杆：螺杆承受的徑向、軸向力氣體力自動平衡，行星齒輪承受的氣體力，要求行星齒輪具有足夠的強度和剛性；

雙螺杆：螺杆轉子承受較大的徑向力和軸向力，要求螺杆轉子具有足夠的強度和剛性，最終需由軸承承受較大負荷。

單螺杆的星輪、雙螺杆的軸承，是我國這兩大機型的桎梏。這兩個因素僅僅靠行業内解決無異于天方夜譚，還需要我國從材料到機床到工藝的整體技術水平的提升，方能有解。

②噪音和振動

單螺杆：力平衡性好，噪音和振動均小，一般為60~68dB(A)；

雙螺杆：力平衡性差，轉子齧合時有高頻噪音，一般為64~78dB(A)。

③可靠性

單螺杆：星輪為易損件，因為材料問題，國産星輪通常隻有幾千小時壽命，如将其視為消耗品，則無其它可靠性的問題；

雙螺杆：因軸承負荷大，大多數螺杆機大修時間為2~5萬小時，需更換軸承且價值較高。

④加工設備

單螺杆：目前單螺杆加工設備國内極難獲得，故國内大多使用通用機床加工，産品質量不穩定，精度和效率上欠佳；

雙螺杆：已經有成熟的轉子加工批量生産設備（銑床、磨床等）且已引進到國内。

⑤效率

基本上雙螺杆和單螺杆都各說各的效率高。從國标對噴油單、雙螺杆做了合并按統一的能效标準執行，由此可以推斷出，兩者的效率其實是差不多的。主要取決于某廠或某型的材料、精度和工藝。

單螺杆：在1500~3000r/min效率最高；

雙螺杆：在3000~6000r/min效率最高；

客觀來說，從性能持久性上來說，目前的單螺杆還無法和雙螺杆媲美（說的是普遍現象），主要是因為星輪磨損的問題，牽涉到材質和加工精度（目前還是我國的痛）。

如果僅僅講新機時的效率，不講性能持久，那活塞機的效率已經足夠高了。然而...

⑥易于制造

單螺杆：基本型的制造難度不高，而生産高性能的機型對設備和材料要求很高；

雙螺杆：在國内沒有引進螺杆專用加工設備之前，無論從質還是量上，差距都非常大，故彼時雙螺杆生産企業大多是進口機頭再組裝，售價高企。故目前市場上的單螺杆制造企業大多是那時候發展起來的。

⑦維護、維修

單螺杆：基本型的維護維修難度也不大，高性能的機型仍需廠家維修。

雙螺杆：雙螺杆的維護非常簡單，同時因為雙螺杆的大範圍使用，主機的大修技術人才越來越多，目前已經不再需要返廠或廠家支持了。

⑧适用範圍

單螺杆：由于螺杆受力完全平衡，單螺杆能在高壓下工作，适合用于高排氣壓力的場合。振動小噪音低對軍用意義非凡。而且單螺杆轉子與星輪是接觸式密封，更容易實現低轉速下的無油。

雙螺杆：由于轉子剛度和軸承負荷的限制，雙螺杆隻能用于中低壓場合，動力用、制冷和氣體輸送，一般低于4.5MPa。由于雙螺杆轉子間無油潤滑下無法直接齧合，所以需要很高的轉速（通常在1萬轉以上），且效率較低，尤其對軸承是巨大的考驗。

《013課》完

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