離心壓縮機和各種螺桿機轉(zhuǎn)子都用什么材料制造？有什么講究

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，螺桿壓縮機和離心壓縮機的轉(zhuǎn)子材料現(xiàn)今有了很大進步和變化，作者對此做過一些研究試驗，此文略談一二。

離心壓縮機轉(zhuǎn)子多用不銹鋼制作，但在氫電池汽車上的離心空壓機卻有人采用鋁合金制作轉(zhuǎn)子，而與此接近的汽車增壓器卻普遍用不銹鋼制作轉(zhuǎn)子。

由于氫電池汽車上的離心空壓機體積要求更小，轉(zhuǎn)速要求更高，人們覺得使用高強度鋁合金制作轉(zhuǎn)子更為合適。

對這種離心壓縮機來說，減小轉(zhuǎn)子振動是非常重要的，這種壓縮機的最大轉(zhuǎn)速高達14.4萬轉(zhuǎn)/分鐘或16萬轉(zhuǎn)/分鐘。用鋁合金制作的轉(zhuǎn)子，由于不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力，與相同尺寸的不銹鋼制作轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力比較會減小2倍，也就是用鋁合金制作的轉(zhuǎn)子由于相同不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力只有相同尺寸不銹鋼轉(zhuǎn)子離心力的三分之一，由此產(chǎn)生的振動會大大減輕。這是鋁合金轉(zhuǎn)子優(yōu)于其它材料轉(zhuǎn)子難得的優(yōu)點。

對于小型離心空壓機來說，這種鋁合金轉(zhuǎn)子具有彈性好、重量輕、易加工和成本低的優(yōu)勢。

雙螺桿壓縮機發(fā)展初期，外國人主要用易切削鋼制作噴油雙螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子。當中國人大量買進英國的螺桿轉(zhuǎn)子專用銑床后，覺得中國的球墨鑄鐵不論是切削性能，還是加工量都優(yōu)于易切削鋼轉(zhuǎn)子，而且成本較低，因而國內(nèi)噴油螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)而多普遍采用球墨鑄鐵制作。由于我國稀土元素豐富，稀土球墨鑄鐵技術(shù)成熟，球墨鑄鐵轉(zhuǎn)子就成為中國特色的螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子。

噴油雙螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子在油氣兩相物混合狀態(tài)下工作。在工作中，由于氣力和液力聯(lián)合作用，油氣被均勻的噴射到壓縮機各基元容積的同時，也噴撒到轉(zhuǎn)子和機體表面，形成保護層，并且高速流動的空氣和潤滑油又把轉(zhuǎn)子表面的微小粒子沖刷干凈。雖然球墨鑄鐵表面不如鋼制轉(zhuǎn)子表面細密，但仍能勝任轉(zhuǎn)子的功能。

螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子工作的可靠性程度是由軸承的精度保證的，現(xiàn)在看來，鋼制轉(zhuǎn)子和球墨鑄鐵轉(zhuǎn)子幾乎沒有很大差別。

對于大型螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子，人們還是傾向于用鋼制轉(zhuǎn)子，覺得鋼制轉(zhuǎn)子的可靠性還是好一些。

由于人們需要更可靠更干凈的壓縮氣體，而噴油螺桿壓縮機加上壓縮氣體精密過濾的做法仍不能完全取代干壓縮機。后來，由于可靠性和維修期的差異，人們從不放棄到部分恢復(fù)各類干壓縮機。

干螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子和噴油壓縮機轉(zhuǎn)子又有不同，由于干螺桿壓縮機的價格高，轉(zhuǎn)速高，壓縮介質(zhì)復(fù)雜，因而普遍用不銹鋼制作干壓縮機轉(zhuǎn)子。

為了增強轉(zhuǎn)子的抗磨和抗腐蝕，不同的干壓縮機轉(zhuǎn)子表面有不同的防腐涂層或鍍層。以期增加其抗磨性和防腐性能。隨著防腐涂層技術(shù)的不斷進步，防腐涂層的性能也得到進一步強化，不同的壓縮機制造商采用了不同的涂層或鍍層。

涂層有化學(xué)涂層和燒結(jié)涂層兩種，而真空鍍鈦是更為先進的鍍層工藝。

鍍層雖然很薄，但仍需要拋光。不同的制造商采用不同的拋光工藝，大多數(shù)應(yīng)用人工輔助機械拋光，加工中心拋光，化學(xué)物理拋光性能更佳，也有用靜電拋光的，大批量的零件則采用先進的熱處理拋光工藝。

目前推出的水潤滑雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子材料多數(shù)為不銹鋼，沒有發(fā)現(xiàn)其它材料的水潤滑雙螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子。當然機體也是不銹鋼材質(zhì)。

不同的單螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子材料不同。

國內(nèi)噴油單螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子普遍用易切削鋼和球墨鑄鐵制作，星輪片用碳素纖維強化的聚醚醚酮制作。

近年來，水潤滑單螺桿壓縮機較廣泛的用于制藥、食品、飲料、紡織等行業(yè)。不同的制造商出于不同的考慮，采用不銹鋼和銅合金制作轉(zhuǎn)子，由于水潤滑單螺桿壓縮機價格較高，制造商采用哪種材料的轉(zhuǎn)子都會取得好的經(jīng)濟效益。當然不同材料的轉(zhuǎn)子適配一定配方的星輪片主要為強化的聚醚醚酮材料，水潤滑單螺桿壓縮機的星輪片材料與噴油單螺桿壓縮機不同。

水潤滑單螺桿壓縮機的機體和轉(zhuǎn)子材料是匹配的，轉(zhuǎn)子材料硬度較高，機體材料的鑄造流動性更好一些。

對螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子和機體溫度的分析，利于對螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子材料有較全面的認識。作為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子材料易切削鋼、球墨鑄鐵、不銹鋼、銅合金等可以用部分其它材料替代。

高強度鋁合金油氣筒的材料強度可以做到不低于優(yōu)質(zhì)碳素鋼。零件的加工表面光潔，螺紋孔光亮圓滑，比球墨鑄鐵好得多。

以上分析不難看出高強度鋁合金有某些方面的優(yōu)越性，難怪高檔汽車發(fā)動機演變?yōu)槿X發(fā)動機，從而也就容易理解螺桿壓縮機使用鋁合金轉(zhuǎn)子的可能性。

由于轉(zhuǎn)子受力與機體不同，各點溫度不同，因而壓縮機制作轉(zhuǎn)子的鋁合金材料應(yīng)與制作機體的鋁合金材料正確匹配，鋁合金的牌號（成分）和熱處理也不同；轉(zhuǎn)子的鋁合金硬度應(yīng)較高，綜合強度也較高。

作者在雙螺桿空氣壓縮機上，開發(fā)過鋁合金油氣筒。2002年前，德國有一家公司生產(chǎn)2m3/min的鐵路車輛制動用螺桿空壓機，其油氣筒是鋁合金材質(zhì)。而國內(nèi)一家公司生產(chǎn)2.4～3m3/min的鐵路車輛制動用螺桿空壓機缺乏鋁合金油氣筒材料和工藝，而油氣筒是鋼焊接件。鋼焊接件油氣筒重量大，易生銹，不太適合鐵路車輛配套，在無可取代的情況下，勉強使用罷了。

作者在該公司發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象后，建議領(lǐng)導(dǎo)批準研制鋁合金油氣筒借以替代鋼制油氣筒。經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)研究批準后，作者選用一種特殊高強度鋁合金作為油氣筒的材料。從設(shè)計上，為充分體現(xiàn)鋁合金油氣筒的優(yōu)點，作者與其他工程師一起用有限元方法對油氣筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低應(yīng)力集中，幾經(jīng)反復(fù)，完成圖紙設(shè)計后，經(jīng)批準投入樣品試制。

在樣品試制的基礎(chǔ)上，對鋁合金油氣筒樣品進行耐壓試驗，作者做到在4倍工作壓力水壓試驗下，油氣筒完好無損，無泄漏現(xiàn)象（壓力容器一般要求進行2倍工作壓力水壓試驗）。

當時，鐵道部電動機車引進專家組組長汪仕章老先生（老先生參與過我國最早引進4臺阿爾斯通電動機車，在寶成鐵路寶雞至風(fēng)州段往返，以運行替代兩臺或三臺蒸汽機車）看到試壓情況后，較感欣慰，經(jīng)他們研究，認為可以裝車試驗。裝車試驗告一段落后，經(jīng)確認，又批準進行中試。在中試基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)入正式配套。

在此基礎(chǔ)上，作者為該公司開發(fā)了動車、輕軌、地鐵專用的鋁合金油氣筒螺桿空壓機，該公司至今一直在使用作者研發(fā)的產(chǎn)品。