空压机的比较与选型
金良俊
前言
目前市面上主流的空气压缩机有活塞式、单螺杆（蜗杆）式、双螺杆式、离心式等，本文就各种类型的空压机进行比较分析，从用户的角度叙述选用空压机的依据和要点，并简单介绍了合理配置和设置的一般方法，以帮助一般用户正确选择和使用气源设备。
一、常见空压机简介
按工作原理空压机分为容积型和速度型，分别通过体积变化和气体动能变化来产生压缩空气。往复式压缩机(也称活塞式压缩机) 的工作原理是直接压缩气体，当气体达到一定压力后排出。螺杆式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；离心式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。
1.1活塞式空压机原理
活塞式空压通过活塞的往复运动，循环吸气、压缩、排气的流程来压缩气体，这就决定了其产出的压缩空气会产生低频脉冲，若要提供较平稳的气流必须配套缓冲罐。同样由于周期性的往复运动其振动和噪音都较大，易损件较多，维护量大，已逐步被螺杆式和离心式取代。其优势在于国内技术成熟，适用范围广、价格低廉，维护技术要求不高，产出气体污染小，在小型工程，特殊气体介质压缩等领域应用较多。
1.2螺杆空压机原理
螺杆空压机属于容积式压缩机的一种，按结构又分为单、双螺杆。
单螺杆压缩机又称蜗杆式（OG ），压缩机由一个螺杆转子和两个与螺杆转子垂直的行星齿装在机壳内构成。螺杆槽、 机壳和星轮齿面构成封闭的容积，运转时，动力传到螺杆轴上，由螺杆带动星轮齿在螺槽内相对移动，封闭的齿间容积发生变化， 相应的气体由吸气阀进入螺杆齿槽空间，经压缩后从壳体上的排气口排出，具体压缩原理见图
（a ）吸气：螺杆吸气端的齿槽与吸气腔相通时处于吸气过程，螺杆转至齿槽空间被与之啮合的星轮齿封闭，吸气结束 见图（1a ）。
（b ）压缩：随着星轮齿沿螺杆齿槽的推进，基本容积缩小，实现气体的压缩过程，见图（1b ）。
（c ）排气：当基本容积与排气孔口相连通后，由于螺杆的继续回转，进行气体的排出过程，将压缩后具有一定压力的气体送至排气接管，见图（1c ）。
图1 双螺杆式空气压缩机的工作原理 双螺杆空压机在机体内有一对平行布置、相互啮合的转子组成。节圆外具有突齿的为阳转子，节圆内有凹齿的为阴转子。工作时，一个转子按顺时针转动，另一个转子按逆时针转动。阳转子与原动机连接带动阴转子转动，当转子的凹槽与气缸内壁形成的工作容积逐渐减小，气体的压力逐渐提高，利用两螺杆表面上所具有的螺旋凹凸形的气道与气缸内壁间形成的容积逐渐变化来实现气体的吸入、压缩和排出。
图2 双螺杆式空气压缩机的工作原理 关于单、双螺杆的优缺点国内学术界存一直在探讨，本文结合现场实际使用经验给出一些比较供参考。
单、双螺杆性能比较表
单、双螺杆除压缩机外其余部分基本一样，主要有空气滤芯、油滤芯、油气分离滤芯，进气控制阀、油温控制阀、冷却器组、回油管等组成。三滤和润滑油
对空压机的正常使用至关重要，必须定期更换，绝大多数故障都和它们有直接关系。使用中重点就是控制油温（大约80℃），过低的温度会导致空气中的水分在机体内析出，导致润滑油变质，过高的温度会损伤轴承、也会降低润滑油粘度, 增加功率消耗, 长期高温还会使润滑油在金属的催化下出现热分解, 生成对工作有害的游离碳、酸 类物和水分(结碳), 严重时会使整个主机螺杆卡死或出现停跳现象。设备安装调试时应记录下空气压力、油温、电流等主要参数，以便日后查对。每年入夏之前请专业人员对螺杆空压机进行维护对保持空压机状态将有很大帮助。
1.3离心式空压机原理 离心式空气压缩机属于速度式压缩机，由叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续地生产出压缩空气。
图2 离心式空气压缩机的工作原理
运行时大气经过空气过滤器后，经由计算机控制的进气阀进入第一段压缩机作初次压缩。第一段压缩后，空气经由管路被送到中间冷却器冷却，并将冷却所凝结下来的冷凝水分离出来, 空气被压缩二或多次才达到所需的压力。
PAP 润滑油系统提供压缩机齿轮，轴承所需要的润滑油。冷却系统提供压缩空气及润滑油所需要的冷却。
PLC 控制系统依据马达负载变化，自动操作进气阀，同时排气阀亦根据设定的排气压力进行调节，作自动控制当运转数值到达设定时，控制器的保护功能会将压缩机停止。
喘振是离心式压缩机的特性，当压缩机无法抵抗系统背压时，喘振便发生了。当喘振发生时，微电脑控制器会自动侦测出喘振，并自动调整操作条件，以避免下一次喘振。注意：在喘振状况下操作压缩机会导致机件受损。
压缩机的微电脑控制盘功能是控制进、排气阀， 控制起动/停止顺序逻辑，测量运转状况，警报及保护。
二、压缩机的比较与选择
2.1活塞式的适用范围 通过前面的介绍，可以看到活塞式空压机因噪音及维护量大，产气压力脉动在工厂中已逐渐被淘汰，取而代之的是运行稳定，噪音和维护量小的螺杆空压机。因其成本低，且很多企业积累了多年的使用维护经验，对其结构和故障已有了较全面的认识，一些老的活塞式空压机仍在延续使用。
活塞式空压机维护方便，价格低廉，能适应恶劣的环境，在野外环境、矿山、农业及便携式工程机械等领域应用广泛。
2.2单螺杆和双螺杆空压机的适用范围 螺杆空压机安装方便、产气平稳、维护简便，能自动维持在设定压力，在中小排气量（单台60 m3/min以内）得到广泛应用。选择螺杆空压机可以从以下四
方面考虑：
(1)从技术上来比较，双螺杆技术更成熟，精度高，价格也较高。国外知名厂家主要生产双螺杆空压机，但国内多数厂家未掌握核心技术，市面上很多双螺杆空压机都是进口（多为进口组装）压缩机，国内制造拼装其他部件。单螺杆出现稍晚，在国内发展迅速，究其原因主要为双螺杆压缩机加工精度要求极高，国内难以生产，单螺杆理论上更复杂，但其对零部件加工精度要求较低，国内企业已具备了自主生产能力，西安交通大学等国内研究机构也做了大量的理论研究。
(2)从实际使用情况比较，单螺杆和双螺杆稳定性都较好，双螺杆维护困难。螺杆空压机只要维护得当，机头部分的故障都很少。一些原装进口的小排气量双螺杆压缩机在现场环境较好时可以长时间稳定运行，但由于双螺杆压缩机难以在现场拆装维护并保证精度，一但出现故障需返厂修复，为了保证不断气往往需要额外的增加备用空压机（或备用机头）。
(3)从产气效率和质量上比较，单螺杆因星轮会磨损导致效率下降，效率较低。双螺杆的阴阳转子在转动中不摩擦，效率较高，但运转中的微小间隙在基础不平稳的环境下无法保证，因此船舶、潜艇上只能使用单螺杆压缩机。对于空压站来说，效率的高低更多的取决于空压机的卸荷情况和管网压力的波动，两者效率相当。单、双螺杆空压机产气质量相当，含油、含水都较多。
2.3离心式空压机的适用范围 离心式空气压缩机在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠，具有以下优点。
(a)结构紧凑、重量轻，排气量范围大；
(b)易损件少，运转可靠、寿命长；
(c)排气不受润滑油污染，供气品质高；
(d)大排量时效率高、且有利于节能。
在大排气量（单台60 m3/min以上）用气平稳的场合，离心式空压机效率优
势明显。但其噪音大、平稳产气的区间范围小，可调节性差，排气量的变化易导致喘振。喘振不仅影响产气的平稳，对机体也有很大的损害。其技术近年来不断完善，自带的微电脑已能判断喘振，并尝试保护主机。目前在用气量变化较大的环境使用仍受限制。值得注意的是离心机产气不含油，后处理脱水也相对容易，产气品质高于螺杆空压机。在对压缩空气质量及气味要求较高的环境，如食品、医药行业使用广泛。
三、空压机的合理配置
除了压缩机种类的选择，空压机合理配置也很重要。因需定期维护和应对突发故障，为保障不间断供气，理论上至少需要2台备用机，零散用气点可采用一用一备，再用管网并联起来互相补充的形式。空压站一般安装4-8台空压机，投入一半另一半轮换备用，台数过多加大了维护量，效率也低；台数过少维护压力大，单台空压机的启停对系统压力影响也大。为减小系统压力波动，对用气量较大的设备可增设稳压管或者专用空压机。
此外，合理设定加载卸荷压力对空压机稳定运行和提高效率非常重要。一般仪表和气缸要求压力不小于0.4MPa ，空压机的输出压力上限为0.8~1.0 MPa ，建议将空压机出口压力维持在0.6 MPa。压力设定过高，机器的负载大、能耗也高；压力设定过小，由于管道中的压力损失和油水等杂质的影响，最小压力难以保证。为避免频繁加载和卸载压差设定一般不小于0.1 MPa ，几台并联空压机压力设定应略有差别以免同时动作，造成系统压力波动。相关参数一般在安装调试时由专业人员设定好，用户可根据实际情况进行调整。
四、压缩空气净化设备
随着用气设备精度的提高，一般需配置相应的干燥净化设备。螺杆空压机和离心机产气平稳本身并不需要配备缓冲罐，但缓冲罐可有效缓解用气不均造成的管网压力的波动，同时便于排水。常用的干燥设备分为变压吸附式和冷干式，变
压吸附式耗能少，脱水能力强，但会损失压缩空气，需先除油，大排气量时能耗交大，故障还可能会影响到供气；冷干式在低气温时效果有限，但故障不会影响供气。还有一种组合式，就是将冷干式和吸附式组合在一起，原理一样。除水不当，会影响用气设备的正常使用，冬季时还可能发生冰堵，此处不展开说明。
五、结语
用户因根据自身条件和需求选择适合自己的空压机。大用气量，气量平稳优先考虑离心空压机；使用双螺杆空压机应同时考虑到自身维护能力及返厂修复的条件。选择正规厂商的同款空压机，并签订维护协议是很有必要的。一般空压机厂商都要求使用其本品牌滤芯和指定的空压机专用油，在选择空压机时应予以一并考虑。
技术在不断创新，设备性能也将不断提高，本文观点难免有局限性，如有不当，敬请各位前辈及同事指教。
六、 致谢
此文源自对工作经验的总结，刘特铁、金文国、邢明银等前辈和同事给予了很大帮助，在此致以感谢。
七、参考文献
[1] 田瑞霖．单双螺杆式空气压缩机的对比分析．科技情报开发与经济第18卷第21期．2008
[2] 兰运良．空气压缩机技术．西北工业大学出版社．2008.10
空压机的比较与选型
金良俊
前言
目前市面上主流的空气压缩机有活塞式、单螺杆（蜗杆）式、双螺杆式、离心式等，本文就各种类型的空压机进行比较分析，从用户的角度叙述选用空压机的依据和要点，并简单介绍了合理配置和设置的一般方法，以帮助一般用户正确选择和使用气源设备。
一、常见空压机简介
按工作原理空压机分为容积型和速度型，分别通过体积变化和气体动能变化来产生压缩空气。往复式压缩机(也称活塞式压缩机) 的工作原理是直接压缩气体，当气体达到一定压力后排出。螺杆式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；离心式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。
1.1活塞式空压机原理
活塞式空压通过活塞的往复运动，循环吸气、压缩、排气的流程来压缩气体，这就决定了其产出的压缩空气会产生低频脉冲，若要提供较平稳的气流必须配套缓冲罐。同样由于周期性的往复运动其振动和噪音都较大，易损件较多，维护量大，已逐步被螺杆式和离心式取代。其优势在于国内技术成熟，适用范围广、价格低廉，维护技术要求不高，产出气体污染小，在小型工程，特殊气体介质压缩等领域应用较多。
1.2螺杆空压机原理
螺杆空压机属于容积式压缩机的一种，按结构又分为单、双螺杆。
单螺杆压缩机又称蜗杆式（OG ），压缩机由一个螺杆转子和两个与螺杆转子垂直的行星齿装在机壳内构成。螺杆槽、 机壳和星轮齿面构成封闭的容积，运转时，动力传到螺杆轴上，由螺杆带动星轮齿在螺槽内相对移动，封闭的齿间容积发生变化， 相应的气体由吸气阀进入螺杆齿槽空间，经压缩后从壳体上的排气口排出，具体压缩原理见图
（a ）吸气：螺杆吸气端的齿槽与吸气腔相通时处于吸气过程，螺杆转至齿槽空间被与之啮合的星轮齿封闭，吸气结束 见图（1a ）。
（b ）压缩：随着星轮齿沿螺杆齿槽的推进，基本容积缩小，实现气体的压缩过程，见图（1b ）。
（c ）排气：当基本容积与排气孔口相连通后，由于螺杆的继续回转，进行气体的排出过程，将压缩后具有一定压力的气体送至排气接管，见图（1c ）。
图1 双螺杆式空气压缩机的工作原理 双螺杆空压机在机体内有一对平行布置、相互啮合的转子组成。节圆外具有突齿的为阳转子，节圆内有凹齿的为阴转子。工作时，一个转子按顺时针转动，另一个转子按逆时针转动。阳转子与原动机连接带动阴转子转动，当转子的凹槽与气缸内壁形成的工作容积逐渐减小，气体的压力逐渐提高，利用两螺杆表面上所具有的螺旋凹凸形的气道与气缸内壁间形成的容积逐渐变化来实现气体的吸入、压缩和排出。
图2 双螺杆式空气压缩机的工作原理 关于单、双螺杆的优缺点国内学术界存一直在探讨，本文结合现场实际使用经验给出一些比较供参考。
单、双螺杆性能比较表
单、双螺杆除压缩机外其余部分基本一样，主要有空气滤芯、油滤芯、油气分离滤芯，进气控制阀、油温控制阀、冷却器组、回油管等组成。三滤和润滑油
对空压机的正常使用至关重要，必须定期更换，绝大多数故障都和它们有直接关系。使用中重点就是控制油温（大约80℃），过低的温度会导致空气中的水分在机体内析出，导致润滑油变质，过高的温度会损伤轴承、也会降低润滑油粘度, 增加功率消耗, 长期高温还会使润滑油在金属的催化下出现热分解, 生成对工作有害的游离碳、酸 类物和水分(结碳), 严重时会使整个主机螺杆卡死或出现停跳现象。设备安装调试时应记录下空气压力、油温、电流等主要参数，以便日后查对。每年入夏之前请专业人员对螺杆空压机进行维护对保持空压机状态将有很大帮助。
1.3离心式空压机原理 离心式空气压缩机属于速度式压缩机，由叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续地生产出压缩空气。
图2 离心式空气压缩机的工作原理
运行时大气经过空气过滤器后，经由计算机控制的进气阀进入第一段压缩机作初次压缩。第一段压缩后，空气经由管路被送到中间冷却器冷却，并将冷却所凝结下来的冷凝水分离出来, 空气被压缩二或多次才达到所需的压力。
PAP 润滑油系统提供压缩机齿轮，轴承所需要的润滑油。冷却系统提供压缩空气及润滑油所需要的冷却。
PLC 控制系统依据马达负载变化，自动操作进气阀，同时排气阀亦根据设定的排气压力进行调节，作自动控制当运转数值到达设定时，控制器的保护功能会将压缩机停止。
喘振是离心式压缩机的特性，当压缩机无法抵抗系统背压时，喘振便发生了。当喘振发生时，微电脑控制器会自动侦测出喘振，并自动调整操作条件，以避免下一次喘振。注意：在喘振状况下操作压缩机会导致机件受损。
压缩机的微电脑控制盘功能是控制进、排气阀， 控制起动/停止顺序逻辑，测量运转状况，警报及保护。
二、压缩机的比较与选择
2.1活塞式的适用范围 通过前面的介绍，可以看到活塞式空压机因噪音及维护量大，产气压力脉动在工厂中已逐渐被淘汰，取而代之的是运行稳定，噪音和维护量小的螺杆空压机。因其成本低，且很多企业积累了多年的使用维护经验，对其结构和故障已有了较全面的认识，一些老的活塞式空压机仍在延续使用。
活塞式空压机维护方便，价格低廉，能适应恶劣的环境，在野外环境、矿山、农业及便携式工程机械等领域应用广泛。
2.2单螺杆和双螺杆空压机的适用范围 螺杆空压机安装方便、产气平稳、维护简便，能自动维持在设定压力，在中小排气量（单台60 m3/min以内）得到广泛应用。选择螺杆空压机可以从以下四
方面考虑：
(1)从技术上来比较，双螺杆技术更成熟，精度高，价格也较高。国外知名厂家主要生产双螺杆空压机，但国内多数厂家未掌握核心技术，市面上很多双螺杆空压机都是进口（多为进口组装）压缩机，国内制造拼装其他部件。单螺杆出现稍晚，在国内发展迅速，究其原因主要为双螺杆压缩机加工精度要求极高，国内难以生产，单螺杆理论上更复杂，但其对零部件加工精度要求较低，国内企业已具备了自主生产能力，西安交通大学等国内研究机构也做了大量的理论研究。
(2)从实际使用情况比较，单螺杆和双螺杆稳定性都较好，双螺杆维护困难。螺杆空压机只要维护得当，机头部分的故障都很少。一些原装进口的小排气量双螺杆压缩机在现场环境较好时可以长时间稳定运行，但由于双螺杆压缩机难以在现场拆装维护并保证精度，一但出现故障需返厂修复，为了保证不断气往往需要额外的增加备用空压机（或备用机头）。
(3)从产气效率和质量上比较，单螺杆因星轮会磨损导致效率下降，效率较低。双螺杆的阴阳转子在转动中不摩擦，效率较高，但运转中的微小间隙在基础不平稳的环境下无法保证，因此船舶、潜艇上只能使用单螺杆压缩机。对于空压站来说，效率的高低更多的取决于空压机的卸荷情况和管网压力的波动，两者效率相当。单、双螺杆空压机产气质量相当，含油、含水都较多。
2.3离心式空压机的适用范围 离心式空气压缩机在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠，具有以下优点。
(a)结构紧凑、重量轻，排气量范围大；
(b)易损件少，运转可靠、寿命长；
(c)排气不受润滑油污染，供气品质高；
(d)大排量时效率高、且有利于节能。
在大排气量（单台60 m3/min以上）用气平稳的场合，离心式空压机效率优
势明显。但其噪音大、平稳产气的区间范围小，可调节性差，排气量的变化易导致喘振。喘振不仅影响产气的平稳，对机体也有很大的损害。其技术近年来不断完善，自带的微电脑已能判断喘振，并尝试保护主机。目前在用气量变化较大的环境使用仍受限制。值得注意的是离心机产气不含油，后处理脱水也相对容易，产气品质高于螺杆空压机。在对压缩空气质量及气味要求较高的环境，如食品、医药行业使用广泛。
三、空压机的合理配置
除了压缩机种类的选择，空压机合理配置也很重要。因需定期维护和应对突发故障，为保障不间断供气，理论上至少需要2台备用机，零散用气点可采用一用一备，再用管网并联起来互相补充的形式。空压站一般安装4-8台空压机，投入一半另一半轮换备用，台数过多加大了维护量，效率也低；台数过少维护压力大，单台空压机的启停对系统压力影响也大。为减小系统压力波动，对用气量较大的设备可增设稳压管或者专用空压机。
此外，合理设定加载卸荷压力对空压机稳定运行和提高效率非常重要。一般仪表和气缸要求压力不小于0.4MPa ，空压机的输出压力上限为0.8~1.0 MPa ，建议将空压机出口压力维持在0.6 MPa。压力设定过高，机器的负载大、能耗也高；压力设定过小，由于管道中的压力损失和油水等杂质的影响，最小压力难以保证。为避免频繁加载和卸载压差设定一般不小于0.1 MPa ，几台并联空压机压力设定应略有差别以免同时动作，造成系统压力波动。相关参数一般在安装调试时由专业人员设定好，用户可根据实际情况进行调整。
四、压缩空气净化设备
随着用气设备精度的提高，一般需配置相应的干燥净化设备。螺杆空压机和离心机产气平稳本身并不需要配备缓冲罐，但缓冲罐可有效缓解用气不均造成的管网压力的波动，同时便于排水。常用的干燥设备分为变压吸附式和冷干式，变
压吸附式耗能少，脱水能力强，但会损失压缩空气，需先除油，大排气量时能耗交大，故障还可能会影响到供气；冷干式在低气温时效果有限，但故障不会影响供气。还有一种组合式，就是将冷干式和吸附式组合在一起，原理一样。除水不当，会影响用气设备的正常使用，冬季时还可能发生冰堵，此处不展开说明。
五、结语
用户因根据自身条件和需求选择适合自己的空压机。大用气量，气量平稳优先考虑离心空压机；使用双螺杆空压机应同时考虑到自身维护能力及返厂修复的条件。选择正规厂商的同款空压机，并签订维护协议是很有必要的。一般空压机厂商都要求使用其本品牌滤芯和指定的空压机专用油，在选择空压机时应予以一并考虑。
技术在不断创新，设备性能也将不断提高，本文观点难免有局限性，如有不当，敬请各位前辈及同事指教。
六、 致谢
此文源自对工作经验的总结，刘特铁、金文国、邢明银等前辈和同事给予了很大帮助，在此致以感谢。
七、参考文献
[1] 田瑞霖．单双螺杆式空气压缩机的对比分析．科技情报开发与经济第18卷第21期．2008
[2] 兰运良．空气压缩机技术．西北工业大学出版社．2008.10