Desarrollo y aplicación de compresores monotornillo
1. Principio de funcionamiento y características El compresor de un solo tornillo (ver Figura 1) se compone principalmente de un tornillo de seis cabezas, dos ruedas de estrella de once dientes y el cuerpo. La estructura es simple, el volumen es pequeño y el peso es 1/6 más ligero que el pistón. Hay doce tiempos de succión y escape en una revolución del tornillo. Cuando el tornillo funciona a alta velocidad, la pulsación del flujo de aire es pequeña y el desplazamiento es grande. Debido a la instalación simétrica de la rueda de estrella, la fuerza sobre el tornillo está completamente equilibrada (ver Figura 2), la vibración es pequeña y el ruido es más de 10 dB menor que el del tipo de doble tornillo. Debido al equilibrio de tensiones del tornillo único, la presión máxima de una compresión es mayor que la del tornillo doble, ahorra más energía que el tornillo doble, el tamaño del rodamiento no está limitado por el tornillo doble y la vida es más larga. Cuando el compresor funciona a alta velocidad, el gas comprimido generará una gran cantidad de energía térmica, por lo que es necesario inyectar aceite u otros líquidos (agua, refrigerante líquido, etc.) para enfriar. Los compresores de un solo tornillo generalmente usan lubricación líquida, pero se pueden dividir en lubricación líquida, como lubricación con aceite, lubricación con agua y refrigerante. A diferencia de las condiciones de trabajo de los compresores de tornillo donde se produce deformación por flexión, los compresores de un solo tornillo pueden funcionar dentro de un espacio de trabajo pequeño debido al equilibrio completo de las fuerzas del tornillo, con pequeñas fugas y una alta eficiencia volumétrica. Cuando el inyector funciona en un espacio pequeño, la pérdida de cizallamiento viscoso causada por el aceite provocará un aumento de la potencia específica. Los productos que desarrollamos tienen una alta eficiencia volumétrica y la capacidad de reducir la potencia específica cuando operan en espacios pequeños.
2. Visión general en el extranjero En la actualidad, Japón, Estados Unidos, Reino Unido, Francia, Países Bajos y otros países producen compresores de un solo tornillo basados en la tecnología introducida por la empresa francesa Hofert. 1) La máquina británica de refrigeración (aire acondicionado) de un solo tornillo, Hall Company, cambió el tipo dividido a un tipo integral, lo que mejoró la rigidez y precisión de toda la máquina, e instaló una tubería de entrada de aire para reducir la pérdida viscosa del aceite. y mejorar la eficiencia de la entrada de aire. El rendimiento del refrigerador (aire acondicionado) de un solo tornillo con inyección de aceite es mejor que el del refrigerador (aire acondicionado) de doble tornillo, pero el nivel es más bajo que el de Japón. La empresa japonesa Daikin produce refrigeradores de un solo tornillo. En comparación con los refrigeradores de doble tornillo originales producidos por Daikin Company, la eficiencia de carga completa es del 25% y la eficiencia de carga parcial es del 40%. En la década de 1980, la compañía japonesa Mitsubishi creó su propia tecnología de procesamiento y ensamblaje de alta precisión para producir refrigeradores (acondicionadores de aire) de un solo tornillo sin aceite que reducen la pérdida viscosa del aceite y ahorran un 5% más de energía que los refrigeradores de un solo tornillo con inyección de aceite. refrigeradores de tornillo (acondicionadores de aire) Ahora el nivel se ha mejorado aún más. El rendimiento de los grandes refrigeradores de un solo tornillo (acondicionadores de aire) sin aceite ha alcanzado o superado a los refrigeradores de turbina (acondicionadores de aire) más caros pero que ahorran energía, convirtiéndose en los mejores refrigeradores (acondicionadores de aire) contemporáneos y la dirección de desarrollo de los refrigeradores (acondicionadores de aire). acondicionadores). Las perspectivas del mercado son buenas y actualmente sólo se puede producir en Japón. El costo es mucho menor que el del tipo turbina, pero el precio es mayor. Los refrigeradores de un solo tornillo (acondicionadores de aire) tienen un alto valor agregado y buenos beneficios económicos, económicos y sociales. 2) Compresor de un solo tornillo para procesos El rendimiento integral del compresor de un solo tornillo, especialmente su buena confiabilidad y fácil control por computadora, es especialmente adecuado para el flujo de procesos, utilizado para la recolección y transporte de gas natural comprimido, desgasificación de vetas de carbón, inyección de gas en tierra, Compresión de gases ácidos, presurización de turbinas de gas, recuperación de vapor y gases diversos en diversos procesos de producción química. La American Dresser-Rand Company compró una vez máquinas de ensamblaje de tornillos y ruedas de estrella a la compañía japonesa Mitsui Seiki, pero la producción se interrumpió. 3) Compresor de aire de tornillo único con inyección de aceite Este producto tiene la mayor producción y la aplicación más amplia entre los compresores de tornillo. Su nivel es el más alto entre los japoneses Mitsui Seiki Co., Ltd. La empresa empezó a producir compresores en los años 30. Después de la introducción de los compresores de un solo tornillo en la década de 1970, se desarrollaron máquinas herramienta de alta precisión para tornillos y ruedas de estrella, se dominó la tecnología de procesamiento y ensamblaje, se adoptó todo el cuerpo de la máquina y los productos se controlaron mediante computadoras. Además de producir compresores monotornillo, también suministramos tornillos, ruedas de estrella o motores principales a fabricantes europeos, americanos y japoneses para la producción de compresores monotornillo. Aunque el precio de los compresores de un solo tornillo con inyección de aceite es más alto que el de los compresores de doble tornillo en el mercado internacional, todavía representan el 50% de la cuota de mercado. 4) Compresor de aire de un solo tornillo con chorro de agua. La demanda de aire comprimido en medicina, alimentos, electrónica, nuevos materiales y productos de alta tecnología ha aumentado y la conciencia ambiental ha aumentado, lo que ha resultado en una mayor demanda de compresores de aire sin aceite. . El compresor de un solo tornillo con inyección de agua evita la contaminación del aceite y puede proporcionar aire comprimido limpio (el aire ya contiene agua. Al mismo tiempo, reduce en gran medida la pérdida por corte viscoso causada por la inyección de aceite y el efecto de ahorro de energía es particularmente). bueno; producido por la empresa estadounidense Grimeyer Schmidt. El compresor de un solo tornillo con inyección de agua, establecido en la década de 1990, ahorra un 20% de energía que los compresores de doble tornillo con compresión de dos etapas. La demanda de compresores monotornillo con inyección de agua aumenta día a día. Después de realizar extensos experimentos con más de una docena de compresores, la Marina de los EE. UU. cree que los compresores de un solo tornillo son los mejores compresores para submarinos y otros barcos, y que los compresores sin aceite de alta presión son la única opción. El precio del compresor de un solo tornillo con inyección de agua es mucho más alto que el del compresor con inyección de aceite, pero sus beneficios económicos, beneficios sociales y perspectivas de mercado son muy prometedores. Los compresores de un solo tornillo para diversos fines tienen un rendimiento excelente, un mercado amplio y buenos beneficios.
La patente de invención para compresores monotornillo de alto precio ha expirado y algunos países están intensificando la investigación y el desarrollo.
3. Descripción general de China BeiTong BeiTong es el primer fabricante de compresores de un solo tornillo en China. En 1976 se desarrolló un prototipo, pero la vida útil del par engranado era de sólo unas pocas docenas de horas. La fábrica no ha podido avanzar en tecnologías clave durante mucho tiempo. Una vez llegó a un acuerdo técnico completo con la empresa estadounidense CP para introducir compresores de un solo tornillo, pero luego Estados Unidos rescindió el contrato unilateralmente. Beiyitong sólo recibió prototipos de productos y dibujos incompletos (faltaban los dibujos más importantes de tornillos y ruedas de estrella). Desde entonces, la fábrica ha hecho muchos esfuerzos para introducirlo, pero hasta ahora ha sido en vano. La fábrica de maquinaria química Wenling y la fábrica de refrigeradores de North Jiangsu cooperaron sucesivamente con la Universidad Xi'an Jiaotong para desarrollar compresores de un solo tornillo, pero no pudieron resolver la tecnología de procesamiento del par de malla durante mucho tiempo y abandonaron el trabajo de investigación. La fábrica de compresores de aire de Wuhan cooperó con la Universidad Xi'an Jiaotong para desarrollar un compresor de aire de un solo tornillo con inyección de combustible, que fue un proyecto clave de la Comisión Nacional de Ciencia y Tecnología en 1986. Además, el compresor de aire de un solo tornillo con inyección de agua marina 704 es un proyecto clave de la Comisión de Ciencia, Tecnología e Industria para la Defensa Nacional y se desconoce su estado de desarrollo. Otras unidades nacionales van a Beitong para transferir tecnología y producir prototipos a trabajadores jubilados, pero el nivel es inferior al de Beitong. Tecnología clave La mayor dificultad en la producción de compresores de un solo tornillo es la tecnología clave, es decir, el diseño de parámetros y la optimización del tornillo y la rueda de estrella, y la precisión del perfil de los dientes de las dos superficies de los dientes engranados (precisión de mecanizado y precisión de ensamblaje). ). Resolviendo estos dos problemas, se pueden producir en masa compresores de un solo tornillo para diversos fines. 1. Optimización de parámetros del tornillo y la rueda de estrella Cuando la rueda de estrella engrana con el tornillo, además de un bus recto Q en la superficie del diente de trabajo de la rueda de estrella, hay otra línea de contacto del yugo formada por la envoltura secundaria. Estas líneas de contacto instantáneo corresponden al ángulo de rotación efectivo φ de los dientes del engranaje estrella dentro de un cierto intervalo, formando una superficie curva continua S. La superficie curva S está por encima de la mitad del bus q y por debajo de la otra mitad del bus q. una gran parte de la superficie curva S, sólo en un cierto momento, es decir, en un cierto ángulo de rotación φ, el tornillo de avance está en contacto con el yugo de la rueda de estrella. Después (o antes) de hackear la entidad tornillo, interrumpiéndola. Esta parte de la superficie S no está disponible. La forma y las características de la superficie S están estrechamente relacionadas con la configuración de los parámetros del par de malla. Lo que estamos enfrentando es un problema de "optimización", y su "función objetivo" es cómo maximizar el intervalo disponible en la superficie S dentro del rango del ángulo de rotación efectivo, aumentando así el área de engrane de la superficie del diente del engranaje estrella. Prolonga eficazmente la vida útil del par engranado. 2. Máquinas herramienta especiales de alta precisión Las máquinas herramienta especiales de alta precisión son equipos indispensables para procesar tornillos y ruedas de estrella de alta calidad. Son la clave de todo el proyecto y el foco del bloqueo de China por parte de países extranjeros. En el pasado, algunos expertos creían que los requisitos de precisión para las cadenas de transmisión especiales de los aviones eran demasiado altos y no podían cumplirse a nivel nacional. En la actualidad, con la aplicación generalizada de los servosistemas CNC, es posible fabricar máquinas especiales compuestas por la cadena de transmisión más corta y componentes de transmisión de ultra alta precisión. 3. La envolvente lineal de las herramientas de corte extrañas es el único perfil de los compresores de un solo tornillo. La superficie del diente de este tornillo no se puede desarrollar y no se puede mecanizar mediante esmerilado. El único método de procesamiento viable es utilizar una fresa de dedo para el mecanizado de desbaste y el torneado para el acabado. El procesamiento de ruedas en estrella ha sido un problema sin resolver en China durante más de 20 años. Ahora hemos resuelto este problema teórica y prácticamente. Al diseñar la rueda en estrella, el área de contacto del par de engrane dentro de todo el rango del ángulo de engrane debe aumentarse tanto como sea posible. Calculamos las coordenadas tridimensionales de la superficie de los dientes del engranaje estrella y sus características diferenciales de vecindad de primer y segundo orden, y diseñamos una máquina de afeitar de alta eficiencia que puede mecanizar superficies precisas de los dientes del engranaje estrella sin errores teóricos.
4. Tecnología de procesamiento y tecnología de ensamblaje La tecnología de procesamiento es el núcleo de la tecnología de compresores de un solo tornillo. Una vez que lo dominemos, podremos desarrollar aviones especiales de alta precisión que no dependan de las importaciones. Por lo demás, máquinas especiales de alta precisión también pueden producir compresores de alta calidad. Por muy alta que sea la precisión del mecanizado, si el montaje no es correcto todos los esfuerzos anteriores serán en vano. La precisión del procesamiento y del montaje se centra en el engranaje de las superficies de los dientes. En ausencia de rodaje, el par de engrane debe lograr el engrane simultáneo de todas las superficies de los dientes en el área de engrane, y el área de engrane total de cada superficie del diente no debe ser inferior al 90%. Uso del producto y mercado Los compresores de aire de un solo tornillo se utilizan principalmente en el petróleo, la industria química, la energía, el transporte, la maquinaria, la metalurgia, la minería, la construcción, la medicina, la alimentación y otros campos. Como herramientas neumáticas, accesorios neumáticos, control automático, medición de precisión, chorro de arena, pintura en aerosol, transporte neumático de materiales a granel (cemento, carbón pulverizado, polvo, etc.). ),etc. Entre ellos, los compresores de un solo tornillo sin aceite pueden proporcionar energía limpia y ahorrar energía, y la demanda del mercado aumenta día a día. Los compresores de tornillo único se utilizan para comprimir diversos gases distintos del aire y se utilizan principalmente en procesos de producción química. También se utiliza en el transporte de gas natural y gas natural. Los compresores de un solo tornillo son el mejor tipo de máquinas de refrigeración (aire acondicionado) y también se utilizan en importantes aplicaciones militares, como submarinos y lanzamientos de misiles. En los países desarrollados occidentales, los compresores de tornillo han reemplazado básicamente a los compresores de pistón, con una cuota de mercado de casi el 80%. Atlas de Suecia produce aproximadamente 65.438+08.000 compresores de doble tornillo cada año, e I-R de Estados Unidos produce aproximadamente 9.000 unidades cada año. El tornillo nacional de 1986 representa sólo el 2%, aproximadamente el 30% en los últimos años, y el potencial de mercado es enorme. Como se mencionó anteriormente, los empresarios extranjeros y taiwaneses han aprovechado la tecnología y otros aspectos para apoderarse del mercado chino, y las ventas son buenas. Sin embargo, los fabricantes nacionales tienen bajas ventas. La situación de las ventas es un secreto comercial y es difícil de recopilar, pero se puede ver en la capacidad de producción de Liuzhou Dafu Machinery Co., Ltd.; La capacidad de producción anual (empresa conjunta chino-italiana) es: 5.000 compresores de doble tornillo, con un valor de producción de más de 200 millones de yuanes. Se estima que la capacidad de producción anual de compresores de aire de doble tornillo en todo el país es de más de 20.000 unidades. En 2002, el valor de producción de los compresores de tornillo producidos por Shanghai Fusheng Company alcanzó 654,38+5 mil millones de yuanes, y el valor de producción de la fábrica de compresores de aire Ingersoll Rand alcanzó los 500 millones de yuanes.
Con el rápido desarrollo de la economía nacional, la demanda de compresores de un solo tornillo aumentará día a día. Algunos puntos para explicar: Los compresores de un solo tornillo son productos que requieren mucha tecnología y mano de obra. Es rentable utilizar tecnología importada y tornillos y ruedas de estrella subcontratados para producir máquinas completas. Nuestro país utiliza su propio conjunto completo de tecnología para producir, la calidad no es inferior a la de países extranjeros y la ventaja de precio es obvia. Una vez que se abra el mercado internacional, la producción y los beneficios serán aún más considerables, lo que puede impulsar el desarrollo de industrias relacionadas, como la electrónica, los instrumentos, los electrodomésticos, etc. Además, el proyecto se pondrá en producción sin contaminación. Hay cuatro tipos de compresores monotornillo: CC, CP, PP y PC. Entre ellos, el que ahorra más energía es el PC, que fue aclamado como el refrigerador (aire acondicionado) ideal por el inventor del compresor de un solo tornillo. La tecnología de producción de PC es la más difícil. Actualmente existen dos empresas que producen este tipo de compresores de aire. La aparición del PC eliminó el CC. Además, cambiar la forma del tornillo CP de cilíndrico a cónico formará un nuevo tipo de máquina. Así como el modo PC es mejor que el modo CC, el nuevo modo es más eficiente energéticamente que el modo CP.