3.10 喷水单螺杆压缩机

单螺杆喷油空气压缩机和双螺杆喷油空气压缩机的机组系统几乎完全一样，这里不再介绍。单螺杆压缩机目前最具竞争力的机型就是喷水单螺杆（水润滑无油，图3-120），本节就简要介绍一下该机型的原理和特点。

水润滑单螺杆压缩机产品的成本是无油或水润滑双螺杆产品的 1/5 到1/3。且能效比显著高于上述产品。目前，针对水润滑单螺杆压缩机的应用开发在我国已进入快车道，如西安交通大学开发的多圆柱包络曲面啮合的单螺杆齿面型线实现了水悬浮啮合而不磨损。此外，还开发了单螺杆转子和星轮片加工专机和主要的制造工艺技术。单螺杆转子加工通过精密铸造，以及高速铣削或磨削等来实现，生产效率和精度得到很大的提升。

3.10.1 原理和结构

1.工作原理

水润滑无油单螺杆压缩机的工作原理与一般喷油单螺杆压缩机相同。

2.螺杆、星轮结构

水润滑无油单螺杆压缩机的主机结构与喷油单螺杆压缩机大体相同，只是在细节和材料上略有不同。

水润滑（喷水）单螺杆压缩机，改喷油单螺杆向压缩腔喷入油为喷入水。常见结构是压缩腔与轴承等需要油润滑的部分，用有效的密封隔绝开来。这样，压缩过程中就没有润滑油的存在，实现压缩空气无油的目的。

虽然水的比热容很大，吸热能力很强，这对控制压缩机排气温度有利。但是对喷油单螺杆压缩机来说，油除了具有润滑与冷却作用外，还具有抑制星轮自振作用。星轮与螺杆的接触面形成油膜，进行非接触啮合，星轮寿命才有所保证。而水的黏度远小于油，阻尼作用与形成水膜作用会很小，这将导致密封效果下降，泄漏增大。

因此，在喷水单螺杆压缩机上想要保持螺杆与星轮啮合副“零应力”啮合与高密封性，必须重新设计合理的啮合副结构，并提高啮合副的加工精度，这直接决定了星轮与螺杆的啮合状态，也直接影响了压缩机的效率和寿命。

此外，主机应有防腐蚀的能力，与水接触的零件需要采用不锈材料（如机壳采用铝合金，螺杆采用铜合金、不锈钢等，如图3-121），避免锈蚀的发生，保证水与压缩空气不被锈渍污染。同时，星轮材料也需要采用耐水性和自润滑性更好的PEEK材料。

3.润滑和密封

主机的轴承部件采用传统方式润滑，这就需要有效的密封措施隔绝润滑油进入压缩腔，这和干式无油螺杆压缩机的密封系统的要求类似。但相对于干式无油双螺杆靠同步齿轮保持阴、阳转子啮合间隙，靠超高转速弥补间隙泄漏，水润滑单螺杆依靠水膜接触直接啮合，转速要低得多（通常为1000～3000r/min），因而无须同步齿轮和增速齿轮，密封部位变少，密封的技术难度和成本要低很多。

水润滑单螺杆的轴承，通常采用自带润滑脂的密封轴承，密封方式采用机械密封，机械密封在泵行业应用已经非常成熟，一方面免去设置复杂的供油系统用来润滑轴承，简化了系统结构，另一方面，即便机械密封出现故障被破坏，轴承中的润滑脂短期内也不会流出，防止水被油污染，确保空气无油。

在某些国外品牌的水润滑压缩机中，已经采用了陶瓷转子（双螺杆）和水润滑轴承，压缩腔结构几乎和喷油压缩机一样，水直接润滑轴承。对于单螺杆水润滑来说，只需将轴承改变为水润滑轴承，那么，整个压缩主机将进一步简化，并可做到完全无油，和喷油机型一致。但水润滑轴承目前只有极个别轴承制造商能够提供，考虑经济性，大规模应用还需时日。

3.10.2 整机系统

1.水

水润滑单螺杆压缩机在使用中需要将水喷入压缩腔，与压缩腔中的压缩空气产生的热进行热交换，同时起密封作用，使压缩机的排气温度降低，容积效率提高，以获得更好的比功率。因此水有着至关重要的作用。

水润滑压缩机对水质的要求主要在于以下两方面。

（1）控制水中存在的钙镁等离子的水平（软化），防止设备中产生水垢；

（2）控制水的酸碱度，防止水对设备产生腐蚀。

2.整机系统组成

水润滑单螺杆压缩机的整机系统（见图3-122）中围绕水的附属设备是除压缩系统外的主要部分。除此之外，驱动系统、控制系统、消音降噪等其他附属设备与其他螺杆压缩机无异，不再赘述。

服务于“水”的系统部件包括：进水、补水装置、排水装置、水净化（软化）装置、水过滤装置、气水分离装置等。

3.10.3 系统工作流程

图3-123所示为水润滑无油单螺杆（水冷型）系统的工作流程，风冷机型除冷却器不同外，流程一致。

空气流程：1空气入口→2空气过滤器→3压缩机主机→5气水分离罐（储水桶）→6最小压力阀→7压缩空气排气口

水循环流程：5气水分离罐（储水桶）→15冷却器→14水过滤器→3压缩机主机

3.10.4 特点

（1）力平衡性好。单螺杆压缩机的两星轮在螺杆两侧的对称位置，使单螺杆压缩机不仅没有不平衡惯性力，而且作用在螺杆上的轴向力也互相抵消，这是单螺杆压缩机最显著的特征。

（2）效率高。水的比热大，工作过程近似于等温压缩，单螺杆压缩机在理论上不存在余隙容积，螺杆转速在3000r/min左右时，动力润滑性能优异，这就决定了单螺杆压缩机有很高的工作效率。

（3）噪声小。单螺杆压缩机的啮合副由于星轮采用高分子材料，电机与螺杆直联而无中间传动齿轮，同时箱板粘贴有吸音材料，因而运行噪声极小。

（4）振动小。单螺杆压缩机具有优越的动力平衡系统，可以有效地扼制振动源，使机器运行极为平衡，对基础无任何特殊要求。

（5）零排放。机器内只有接近于饮用水标准的润滑水参与压缩过程中的冷却、密封、润滑。机器运行无任何“三废”排放。

3.10.5 实例

图3-124为佳力士水润滑单螺杆压缩机产品：无油永磁变频系列（7.5～250kW）、无油变频中压系列（2.0～4.0MPa）、无油变频低压系列（0.3～0.4MPa）、无油节能双级系列等。表3-4为佳力士无油永磁变频喷水单螺杆压缩机系列技术参数，仅作为参考。