空氣壓縮機(jī)工作原理(圖文版)

滑片式空氣壓縮機(jī)節(jié)能探索與研究（上）前言：空氣壓縮機(jī)是工業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)產(chǎn)品，常說的“電氣自動化”里“氣”就有氣動的含義，而空氣壓縮機(jī)就是提供氣源動力，是氣動系統(tǒng)的核心設(shè)備。一臺空氣壓縮機(jī)在壽命周期內(nèi)，其初期購置成本僅占運(yùn)行電費的1/20~1/15，其是否節(jié)能直接導(dǎo)致用戶能否降本增效。而且我國是一個能耗大國，能源供應(yīng)十分緊張，節(jié)能減排任務(wù)十分艱巨，推廣應(yīng)用節(jié)能新技術(shù)或節(jié)能產(chǎn)品也符合國家的大政方針。本文深入分析比較各類型空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，以及在工業(yè)運(yùn)用中跟蹤檢測能耗情況，得出的實際節(jié)能比例讓事實說話，供各位領(lǐng)導(dǎo)及同行參考。

一、

空氣壓縮機(jī)的分類?？諝鈮嚎s機(jī)是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，其廣泛應(yīng)用于各行業(yè)?？諝鈮嚎s機(jī)是將驅(qū)動機(jī)（電動機(jī)或柴油機(jī)）輸出的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能，為氣動系統(tǒng)（或氣力吹掃點）提供動力的核心設(shè)備?？諝鈮嚎s機(jī)（以下簡稱空壓機(jī)）分類，按結(jié)構(gòu)和工作原理不同，可分為活塞式空氣壓縮機(jī)（簡稱活塞機(jī)）、螺桿式空氣壓縮機(jī)（簡稱螺桿機(jī)）、滑片式空氣壓縮機(jī)（簡稱滑片機(jī)）、離心式空氣壓縮機(jī)（簡稱離心機(jī)）、渦旋式空氣壓縮機(jī)（簡稱渦旋機(jī)）五類；按工作壓力等級，可分為低壓（供氣壓力≤1.3MPa）、中壓（供氣壓力為1.3~4.0MPa）、高壓（供氣壓力為4.0~40MPa及以上）三類；按壓縮氣體的形式，可分為容積式和速度式兩種；按氣體壓縮過程是否與潤滑油混合，可分為有油潤滑和無油潤滑兩種空壓機(jī)；按使用過程是否需要移動分為固定式和移動式空壓機(jī)，移動式根據(jù)動力提供類型分為柴油移動機(jī)和電動移動機(jī)兩種。

1、

活塞機(jī)簡介。

活塞機(jī)的電動機(jī)驅(qū)動曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，曲軸帶動連桿使活塞產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動，引起氣缸容積變化。由于氣缸內(nèi)壓力的變化，空氣經(jīng)過空氣濾清器（消聲器）和吸氣閥進(jìn)入氣缸，在壓縮行程中，隨著氣缸容積的縮小，產(chǎn)生壓縮空氣。

主要運(yùn)轉(zhuǎn)零件較多，有曲軸（1件）、曲柄（2件）、連桿（2件）、活塞（2件）、吸排氣閥（閥片、彈簧若干）、軸承（2件）等。

單臺產(chǎn)氣由一般為0.15~100m3/min，主電機(jī)功率由2.2kw~550kw。

活塞機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部件較多，吸排氣閥片及彈簧容易磨損和疲勞損壞，導(dǎo)致壓縮效率降低，能耗增大，維修工作量大。但其價格低廉，國內(nèi)有大量廠家可自主生產(chǎn)，屬于低端高耗產(chǎn)品，市場在逐漸淘汰。

2、

螺桿機(jī)簡介。

螺桿機(jī)又分為單螺桿和雙螺桿，其工作原理是旋轉(zhuǎn)的相互嚙合的螺桿，將油和空氣從進(jìn)氣端一起吸入，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)和輸送，嚙合容積逐漸減小，在螺桿的另一端壓縮出油氣混合物。油氣混合物經(jīng)過油氣分離后，排除可用的壓縮空氣。

螺桿機(jī)的主要運(yùn)轉(zhuǎn)零件也較多，如圖1所示，直連驅(qū)動的有主被動齒輪1對（皮帶傳動的還要增加皮帶輪2件、皮帶3條）、軸承（6件）、陰陽轉(zhuǎn)子（1對）等。

螺桿機(jī)單臺產(chǎn)氣量一般為0.8~60m3/min，主電機(jī)功率為5.5kw~355kw。

螺桿機(jī)目前是空壓機(jī)市場的主流，國內(nèi)已經(jīng)有大量的廠家能自主生產(chǎn)，在中小型用氣量的空壓站或單體設(shè)備配置中，占有主要地位。缺點是主機(jī)陰陽轉(zhuǎn)子磨損后產(chǎn)氣量衰減較大，加卸載越來越頻繁，能耗損失越來越大，機(jī)頭裝配精密度高、用戶現(xiàn)場無法修復(fù)等。

3、

滑片機(jī)簡介。

滑片機(jī)工作原理，如圖2所示，電機(jī)直接連接到主機(jī)內(nèi)偏心安裝的轉(zhuǎn)子軸上，轉(zhuǎn)子上開有徑向滑槽，轉(zhuǎn)動時滑片沿徑向滑動，與定子形成密封腔。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，滑片與定子間的密封腔容積變化，將油氣混合物吸入和壓縮，經(jīng)過油氣分離器后產(chǎn)生壓縮空氣。

滑片機(jī)主要運(yùn)轉(zhuǎn)部件最少，僅有一個轉(zhuǎn)子和滑片。

產(chǎn)氣量一般由0.16~440.8~60m3/min，主電機(jī)功率為1.5kw~250kw。

滑片機(jī)的優(yōu)點是滑片具有自補(bǔ)償性，壓縮容積和效率不會隨著使用時間增加而衰減，產(chǎn)氣量始終如一，具有顯著的節(jié)能效果，運(yùn)行費用低，主機(jī)現(xiàn)場拆卸檢修非常方便，可維修性強(qiáng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低，無滾動軸承而使用軸瓦，主機(jī)壽命長等。其缺點是制造技術(shù)和材質(zhì)要求高，單機(jī)產(chǎn)氣量較小僅達(dá)44m3/min以下，國內(nèi)還不能自主生產(chǎn)，只能組裝90kw以下機(jī)型，價格比螺桿機(jī)稍貴。

滑片機(jī)幾乎與螺桿機(jī)同時問世，起源于上世紀(jì)三十年代意大利一名叫瑪泰（Mattei）先生的艱苦奮斗。早期滑片機(jī)進(jìn)入國內(nèi)是在鋁行業(yè)，1981年隨著大型預(yù)焙陽極電解槽ECL多功能機(jī)組的進(jìn)口而引入貴州鋁廠（當(dāng)前叫中國鋁業(yè)股份貴州分公司），1987~1988年購置的瑪泰C260型55kw滑片空壓機(jī)，至今還在多功能機(jī)組上承擔(dān)著主力機(jī)型的任務(wù)，運(yùn)行良好。經(jīng)過長期的工業(yè)實踐檢驗，瑪泰機(jī)被公認(rèn)是最適于高溫、高氧化鋁粉塵、強(qiáng)磁場、振動、移動、氟化氫氣體腐蝕等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。因此，世界各知名鋁業(yè)均在使用瑪泰滑片機(jī)作為多功能機(jī)組配套設(shè)備，已經(jīng)成為鋁行業(yè)的明星品牌。

隨著技術(shù)發(fā)展和國內(nèi)節(jié)能減排力度的加大，在中小型空壓站建站和單機(jī)配置中，因其節(jié)能降耗效果顯著，有逐漸替代螺桿機(jī)的趨勢，目前在沿海發(fā)達(dá)城市的中小企業(yè)已經(jīng)大量使用滑片機(jī)。

4、

離心機(jī)簡介。

離心機(jī)的工作原理，如圖3的所示，電機(jī)直接驅(qū)動主動大齒輪，帶動錐狀的葉片（葉輪）高速旋轉(zhuǎn)（葉輪軸轉(zhuǎn)速可達(dá)40000rpm）將空氣向離心方向加速，從而產(chǎn)生壓力。一般需要經(jīng)過三級壓縮葉輪加壓，才能產(chǎn)生0.4~0.8MPa的壓縮空氣。

離心機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)部件較多，有主動齒輪（1套）、一至三級葉輪（3套）、滾動軸承（8付）等，體積也較大。

單臺離心機(jī)的產(chǎn)氣量一般為26~530m3/min，主電機(jī)功率為130kw~4200kw。

離心機(jī)適于大型企業(yè)集中建站，投資巨大，運(yùn)行費用昂貴，國內(nèi)沒有自主品牌，基本上都是國外品牌在中國建立合資企業(yè)進(jìn)行組裝。

5、

渦旋機(jī)簡介。

渦旋機(jī)是由兩個雙函數(shù)方程型線的動、靜渦盤相互嚙合而成。在吸氣、壓縮、排氣工作過程中，靜盤固定在機(jī)架上，動盤由偏心軸驅(qū)動并由防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制約，圍繞靜盤基圓中心，作很小半徑的平面轉(zhuǎn)動。氣體通過空氣濾芯吸入靜盤的外圍，隨著偏心軸旋轉(zhuǎn)，氣體在動靜盤噬合所組合的若干個月牙形壓縮腔內(nèi)被逐步壓縮，然后由靜盤中心部件的軸向孔連續(xù)排出。

渦旋機(jī)是近年來開發(fā)出來的最新型的空壓機(jī)，它與傳統(tǒng)空壓機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小、重量輕、噪音低，輸氣平穩(wěn)連續(xù)，操作簡便，

維護(hù)費用少等一系列優(yōu)異的技術(shù)性能。其缺點是產(chǎn)氣量和裝機(jī)功率較小，一般在37kw以下，國內(nèi)無組裝廠，價格昂貴，市場基本上處于培育狀態(tài)。

二、滑片空壓機(jī)與螺桿空壓機(jī)的性能對比。

1、滑片機(jī)與螺桿機(jī)工作原理及傳動效率。

●滑片機(jī)的工作原理。如圖4~6所示.

轉(zhuǎn)子在電機(jī)的帶動下旋轉(zhuǎn)，由轉(zhuǎn)子、定子、大小端蓋、滑片所構(gòu)成的封閉腔的容積，隨著滑片滑出量的多少發(fā)生由小到大和由大到小的變化，油氣混合物在容積腔變大的時候吸入，變小的時候壓縮。隨著轉(zhuǎn)子的持續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而完成空氣持續(xù)吸入和壓縮的過程。壓縮后的高溫油氣混合物經(jīng)過油氣分離器，把氣體和油分開，潤滑油經(jīng)過油冷卻器冷卻循環(huán)回到主機(jī)，氣體經(jīng)風(fēng)冷卻器冷卻后供出。

瑪泰滑片機(jī)的油分離器與機(jī)殼是連接在一體的，集成化加工技術(shù)確保外露管件少。進(jìn)氣伺服閥也安裝在機(jī)頭上，安裝全閥是內(nèi)置的，最小壓力止回閥安裝在油分離器內(nèi)，保證了集成度，整機(jī)體積和重量較螺桿機(jī)小。

●螺桿機(jī)的工作原理。

電機(jī)驅(qū)動軸電機(jī)軸頭上的齒輪，與陽轉(zhuǎn)子端頭上的被動齒輪形成傳動組合并將陽轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速提高約3000rpm，陽轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子相互嚙合對轉(zhuǎn)，隨著嚙合線的移動，陰陽轉(zhuǎn)子間隙逐漸變小，中間的間隙就將油和空氣壓縮與輸送。壓縮后的油氣混合物經(jīng)過分離、冷卻后，油循環(huán)回到主機(jī)，壓縮氣體送出。

圖8是螺桿機(jī)頭返廠大修后等待安裝的照片，圖中清楚地看到陽轉(zhuǎn)子上的齒輪和陰轉(zhuǎn)子軸上的滾動軸承?！?/p>

傳動效率?；瑱C(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)部件最少，電機(jī)軸通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動轉(zhuǎn)子，機(jī)械阻力和傳動效率比螺桿機(jī)要高很多。也因其轉(zhuǎn)子與電機(jī)軸直接連接，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速就是機(jī)頭轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，比經(jīng)過齒輪傳動增速的螺桿機(jī)轉(zhuǎn)子效率要高得多。

2、滑片式空壓機(jī)與螺桿式空壓機(jī)性能對比。序號對比項目機(jī)型瑪泰滑片機(jī)雙螺桿機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)部件數(shù)1（轉(zhuǎn)子）10（陰陽轉(zhuǎn)子1對、齒輪1對、滾動軸承6付）2轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)速度1000~1500rpm3000rpm3運(yùn)動形式單一回轉(zhuǎn)，無軸向力，使用軸瓦支撐陰陽轉(zhuǎn)子相互嚙合，有較大的軸向推力，需要安裝軸向推力軸承及滾動軸承4軸承壽命使用軸瓦，可達(dá)10萬小時以上使用滾動軸承，一般為2~4萬小時。5軸承受力種類只受徑向力軸向力與徑向力均存在6故障率機(jī)殼為的機(jī)頭和控制管路集成制造，外露管件少，故障和泄漏少機(jī)頭內(nèi)就裝配陰陽轉(zhuǎn)子，所有管路外部安裝和控制7進(jìn)氣調(diào)節(jié)控制由機(jī)頭內(nèi)置油路反饋對進(jìn)氣伺服閥組自行控制，伺服閥開口可隨著出氣端用氣量大小自動調(diào)節(jié)。外置加卸載翻板閥的氣缸由電磁閥控制，要么打開、要么關(guān)閉，加卸載頻繁。8油耗低(55KW油容積為24升)高(55KW油容積為40升)9主機(jī)裝配精密度裝配要求較低裝配精密度很高10現(xiàn)場維修主機(jī)在現(xiàn)場拆裝方便用戶現(xiàn)場無法拆裝機(jī)頭11產(chǎn)氣量穩(wěn)定性滑片具有補(bǔ)償性，容積效率始終如一，產(chǎn)氣量持續(xù)平穩(wěn)。適合24小時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)陰陽轉(zhuǎn)子相互嚙合，一旦進(jìn)灰或磨損，無法補(bǔ)償，產(chǎn)氣量隨著運(yùn)行時間增長而衰減。適于間隙工作。12容污能力（抗灰塵的磨損性）容污能力較強(qiáng)，滑片與腔壁磨損后具有補(bǔ)償性陰陽轉(zhuǎn)子裝配精密度高，陰陽轉(zhuǎn)子磨損后間隙無補(bǔ)償性，容污能力差13抗振動偏心轉(zhuǎn)子由軸瓦支撐，具有較好的搞振性陰陽轉(zhuǎn)子需要齒輪傳動，有振動時對滾動軸承及陰陽轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較大的沖擊，加劇陰陽轉(zhuǎn)子磨損14抗磁場干擾機(jī)頭為鋁合金材料，抗磁場干擾能力高，強(qiáng)磁場環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)機(jī)頭運(yùn)轉(zhuǎn)部件較多，機(jī)頭為鋼材，抗磁場能力較弱。15主機(jī)壽命長達(dá)10小時以上（12年以上）一般為2到5年。

3、滑片機(jī)性能優(yōu)勢。

●滑片機(jī)的容積效率始終如一，產(chǎn)氣量不隨運(yùn)轉(zhuǎn)時間增加而減少。

容積效率是實際排氣量和理論排氣量的比值。螺桿機(jī)屬于速度型密封，通過轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)密封。但由于轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與殼體間有一定的間隙，對注油螺桿機(jī)來說，泄漏三角形是泄漏量最大的，在螺桿式壓縮機(jī)設(shè)計原理上它必然存在，而且無法被油有效密封。所以會產(chǎn)生一定的回流量導(dǎo)致容積效率降低。同時，相互嚙合的陰、陽轉(zhuǎn)子運(yùn)行一段時間后會有一定的磨損，回流量大導(dǎo)致容積效率下降。

滑片機(jī)屬于主動型密封?；谶\(yùn)行時依靠離心力被甩出，而定子中噴入的潤滑油使滑片與定子之間產(chǎn)生了一層油膜，它主要起密封作用，防止氣體從高壓側(cè)向低壓側(cè)回流?；L時間運(yùn)行后雖然會有一定的磨損，但滑片是主動甩向定子的，能自動補(bǔ)償，所以滑片式壓縮機(jī)容積效率始終如一。

●

滑片機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，節(jié)能效果顯著。氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用伺服閥，負(fù)荷可隨著出口用氣量的大小自動調(diào)節(jié)，這是螺桿機(jī)難以比擬的技術(shù)優(yōu)勢。

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滑片機(jī)的主機(jī)集成化制造，體積小重量輕。其油分離器與機(jī)殼是連接在一體的，集成化加工技術(shù)確保外露管件少。進(jìn)氣伺服閥也安裝在機(jī)頭上，安裝全閥是內(nèi)置的，最小壓力止回閥安裝在油分離器內(nèi)，保證了集成度，整機(jī)體積和重量較螺桿機(jī)小。

螺桿機(jī)的油分離器與主機(jī)是分離的，期間靠管路連接，最小壓力止回閥及安全閥是外露安裝的，

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滑片機(jī)的裝配精密度低，用戶在設(shè)備安裝現(xiàn)場維護(hù)檢修方便。

●滑片機(jī)滑動軸瓦壽命長，主機(jī)耐用，容污性及抗腐蝕性均比螺桿機(jī)好。

三、瑪泰滑片式空壓機(jī)的工業(yè)應(yīng)用情況。

1、滑片式空壓機(jī)的生產(chǎn)商及組裝商。

國外有兩大產(chǎn)生商，分別是意大利瑪泰研發(fā)生產(chǎn)的瑪泰滑片式空壓機(jī)和康普艾公司生產(chǎn)的風(fēng)霸系列滑片式空壓機(jī)。

2、

瑪泰滑片式空壓機(jī)的工業(yè)應(yīng)用。

1981年隨著中國首條160kA大型預(yù)焙陽極電解槽引進(jìn)，先進(jìn)的鋁電解技術(shù)裝備同時引入中國。瑪泰滑片機(jī)作為法國的ECL電解多功能機(jī)組配套元件，進(jìn)入中國貴州鋁廠，后在全國鋁行業(yè)大量使用，10多臺于1988~1992年購置的55kw瑪泰C260型號滑片機(jī)至今仍在正常運(yùn)行。

1992年開始，國內(nèi)有銷售商開始銷售代理瑪泰滑片機(jī)，先后有江西瑪泰機(jī)電、安徽合肥馬泰機(jī)電、北京瑪泰機(jī)電、沈陽偉納通設(shè)備、沈陽艾爾壓縮機(jī)等。

在2000年左右，康普艾滑片機(jī)開始進(jìn)入中國市場。康普艾公司的主要是生產(chǎn)螺桿機(jī)，其生產(chǎn)和研發(fā)的滑片機(jī)屬于小機(jī)型，單機(jī)裝機(jī)功率為55kw以下。

3、

瑪泰與康普艾滑片式空壓機(jī)技術(shù)性能參數(shù)對比。

●結(jié)構(gòu)對比。

瑪泰滑片機(jī)是典型的便于維護(hù)的結(jié)構(gòu)，見圖9、圖10所示，機(jī)頭由殼體（油池）、定子（缸體）、轉(zhuǎn)子、大端蓋（吸氣閥端）、小端蓋（連軸器端）、吸氣伺服閥組、油分離器等主要部件組成。大小端蓋均由螺栓堅固在缸體上，定子總成由大端蓋直接用螺栓固定在殼體上，拆卸時將螺栓卸下就可直接從殼體上抽出。所以檢修主機(jī)非常方便。

康普艾滑片機(jī)雖然核心原理都是滑片產(chǎn)氣，但其結(jié)構(gòu)設(shè)