《空壓機培訓100課》連載，以問答的形式將空壓機行業需要用到的知識歸納總結，呈現給大家。
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上一課：空壓機100課之011：雙螺杆壓縮機應用/歷程和發展方向
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。只是在成套後的結構、布局和工作流程上，大體相同。而且在產品的應用範圍上高度重疊，互為競爭機型。
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，據說並未得真傳，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，可用於潛艇，故出於一些你懂得的原因，單螺杆只能靠自己來提升技術水平了。在國內單、雙螺杆的競爭中，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於蝸杆傳動裝置，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年試製出第一臺樣機，該機轉速為5000r/min，功率7.46kW，經受了1000小時以上的壽命考驗。
單螺杆壓縮機的基本結構
單螺杆壓縮機，故名思議，相對於雙螺杆壓縮機，單螺杆壓縮機只有一根螺杆，其螺杆同時與兩個或兩個以上的星輪嚙合。螺杆型面、星輪端面、螺杆兩端蓋板共同圍成若干封閉容積，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嚙合副，裝在機殼內。螺杆螺槽、機殼(氣缸)內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，將油、水或製冷液噴入工作腔內，起到密封、冷卻、潤滑的作用。
單螺杆壓縮機的工作原理
單螺杆壓縮機的螺杆一般具有6個螺槽，星輪有11個齒，相當於6個氣缸，兩個星輪同時與螺槽嚙合，因此，單螺杆壓縮機相當於一臺6缸雙作用的活塞機，螺杆每旋轉一周相當於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)由吸氣腔進入螺槽內，經壓縮後通過排氣孔口和排氣腔排出。星輪的作用相當於往復活塞壓縮機的活塞，當星輪齒在螺槽內相對運動時，
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，處於吸氣狀態，當螺杆轉到一定位置，星輪齒將螺槽封閉，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，隨著星輪齒沿著螺槽推進，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，隨著螺杆繼續轉動，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。
▍單螺杆壓縮機有什麼優點/缺點？
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。
作用於螺槽內的氣體，軸向負荷必然抵消，再由於星輪的對稱配置，作用於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。星輪材質採用複合材料，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，與其它迴轉式壓縮機來說，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，運動中受熱膨脹係數不同，易變形不均勻，因而相互嚙合精度難以保證。
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，使其必須膨脹係數小且兼顧剛性和耐磨性，如何儘快找到一種強度高、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嚙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。
單、雙螺杆對比，各有什麼優勢和缺點？
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內解決無異於天方夜譚，還需要我國從材料到工具機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，轉子嚙合時有高頻噪音，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，國產星輪通常只有幾千小時壽命，如將其視為消耗品，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內極難獲得，故國內大多使用通用工具機加工，產品質量不穩定，精度和效率上欠佳；
雙螺杆：已經有成熟的轉子加工批量生產設備（銑床、磨床等）且已引進到國內。
⑤效率
基本上雙螺杆和單螺杆都各說各的效率高。從國標對噴油單、雙螺杆做了合併按統一的能效標準執行，由此可以推斷出，兩者的效率其實是差不多的。主要取決於某廠或某型的材料、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易於製造
單螺杆：基本型的製造難度不高，而生產高性能的機型對設備和材料要求很高；
雙螺杆：在國內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，故彼時雙螺杆生產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製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適用範圍
單螺杆：由於螺杆受力完全平衡，單螺杆能在高壓下工作，適合用於高排氣壓力的場合。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：由於轉子剛度和軸承負荷的限制，雙螺杆只能用於中低壓場合，動力用、製冷和氣體輸送，一般低於4.5MPa。由於雙螺杆轉子間無油潤滑下無法直接嚙合，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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