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活塞空压机、螺杆空压机和离心空压机的优劣趋势及选型要多点汇总

活塞空压机、螺杆空压机和离心空压机的优劣及选型要多点汇总

市场上而言,活塞式空压机约占50%的比例,螺杆式空压机约占40%,其他型式的空压机大约占10%。目前螺杆机具有上升趋势,超越活塞机是迟早的事情,活塞机占比目前处于下滑趋势,离心机是大型机必须考虑的机型。下面就把这三种主要的空压机之间相互比较的优点、缺点、发展趋势以及他们选型注意的要点汇总如下。

螺杆压缩机

螺杆空压机是回转容积式压缩机的一种,在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合,从而将气体压缩并排出。

螺杆空气压缩机按照数目分,分为单螺杆和双螺杆;按压缩过程中是否有润滑油参与分为喷油和无油螺杆空压机,无油压缩机又分为干式和喷水两种。 螺杆空压机总的来说结构简单,易损件少,排气温度低,压比大,尤其不怕气体中带液、带尘压缩,喷油螺杆式压缩机的出现,使动力工艺和制冷用的螺杆式压缩机(包括螺杆式空压机、螺杆式制冷机等)在国内外得到了飞速的发展。 工作原理


螺杆式空气压缩机是利用阴阳螺杆转子的相互啮合使齿间容积不断减小、气体的压力不断提高,从而连续地产生压缩空气。螺杆式空气压缩机也属于容积式压缩机,但由于螺杆机型的工作原理,决定了相对于活塞式空气压缩机而言,螺杆式空气压缩机供气稳定,一般不需要配备储气罐。工作过程如下图所示。 主要优点

1、可靠性高:螺杆空压机零部件少,易损件少,因而它运转可靠,寿命长。

2、操作维护方便:操作人员不必经过长时间的专业培训,可实现无人值守运转,操作相对简单,可按需要排气量供气。

3、动力平衡性好:螺杆空压机没有不平衡惯性力,机器可以平稳地高速工作,可实现无基础运转,特别适合用作移动式压缩机,体积小,重量轻,占地面积少。

4、适应性强:螺杆空压机具有强制输气的特点,排气量几乎不受排气压力的影响,运转平稳、振动小,排气稳定,在宽广的范围内能保持较高的效率。

5、多相混输:螺杆空压机的转子齿面间实际上留有间隙,因而能耐液体冲击,可压送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。

6、单位排气量体积小,节省占地面积。

虽说螺杆压缩机具有以上优点,但是要保持螺杆压缩机组工作运行正常,安全可靠,工作寿命长,还必须制定详细的维护计划。最好执行定人操作、定期维护、定期检查保养,使压缩机保持清洁、无油、无污垢。只有全面的掌握维护常识和熟悉故障的解决方法,才能保证压缩机的平稳运行。

主要缺点

1、运转噪音较大、一般情况下需安装消声降噪设备。

2、由于其具有较强的平衡性,能高速运转,因此功耗相对稍高。

3、长期运转后螺杆间隙会变大,定期修复或更换费用较大。

应用范围

螺杆压缩机具有可靠性高、维护方便、适应性强等独特的优点,随着对其研究的不断深化和设计技术的持续提高,螺杆压缩机的性能将会得到进一步的改善,其应用领域会越来越广泛。除传统的应用场合外,螺杆压缩机在燃料、电池等新领域的应用将迅速扩大。同时,由于螺杆式压缩机工作可靠性的不断提高,使之在中等制冷量范围内已逐渐替代往复式压缩机,并占据了离心式压缩机的部分市场。

发展趋势

在石化领域,目前国内离心压缩机在高技术和特殊产品等方面还不能满足国内的需要。另外在技术水平、质量、成套性等方面与国外还有差距。随着我国石化生产规模的不断扩大,离心压缩机在大型化方面将面临新的课题,国内在设计制造这些大型气体压缩机上还没有成熟的经验。由于受到单螺杆压缩机的挑战,部分双螺杆空气压缩机市场将被单螺杆压缩机挤占。但国内双螺杆工艺压缩机一直依靠进口,故双螺杆工艺压缩机将是一个发展方向。


离心压缩机

离心式压缩机是一种动力式压缩机,在其中有一个或多个旋转叶轮(叶片通常在侧面)使气体加速,主气流是径向的。动力式压缩机又分为喷射式和透平式压缩机,离心式压缩机就属于透平式压缩机组。在离心式压缩机中,高速旋转的叶轮给予气体的离心力作用,以及在扩压通道中给予气体的扩压作用,使气体压力得到提高。

工作原理

离心式空气压缩机是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。离心式空气压缩机属于速度式压缩机,在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠。

主要优点

1、流量大、功率大、利于节能。透平机械流经叶轮的介质,一直是连续不断的,气缸的容积较大,叶轮能够高速旋转,故透平机械的排气流量和发生的功率可大大增加。所以离心压缩机排气均匀,气流无脉冲。

2、结构紧凑、密封效果好,泄露现象少,尺寸小,因而机组占地面积及重量都比同一气量的活塞式压缩机小得多。

3、运转平稳,操作可靠,因此它的运转率高,有平坦的性能曲线,操作范围较广,维护费用及人员少。

4、离心式压缩机的压缩过程可以做到绝对无油,机内不需要润滑,这对许多行业的生产是很重要的。

5、易损件少、运转周期长,运动零件少而简单,且制造精度低,所以其制造费用相对低且可靠性高。易于实现自动化和大型化。

主要缺点

1、离心式压缩机的目前还不适用于气量太小及压比过高的场合。

2、离心式压缩机的稳定工况区较窄,其气量调节虽较方便,但经济性较差。气流速度大,流道内的零部件有较大的摩擦损失。

3、离心式压缩机的效率一般仍低于活塞式压缩机。操作的适应性差,气体的性质对操作性能有较大影响。在机组开车、停车、运行中,负荷变化大。

4、离心式压缩机转速较高,有可能产生机械振动,在运行特性方面,会有喘振现象,对机器的危害极大。

5、操作相对复杂,齿轮箱噪声大,设备技术含量高,维护费用较大。 应用范围

近些年,化学工业和大型化工厂的陆续建立,使得离心式压缩机成为了压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器,占有及其重要的地位。随着气体动力学研究的成就使离心压缩机的效率不断提高,又由于高压密封,小流量窄叶轮的加工,多油楔轴承等技术关键的研制成功,解决了离心压缩机向高压力,宽流量范围发展的一系列问题,使离心式压缩机的应用范围大为扩展,以致在很多场合可取代往复压缩机,而大大地扩大了应用范围。

有些化工基础原料,如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等可加工成塑料、纤维、橡胶等重要化工产品。在生产这种基础原料的石油化工厂中,离心式压缩机也占有重要地位,是关键设备之一。除此之外,其他如石油精炼,制冷等行业中,离心式压缩机也是极为关键的设备。

发展趋势

目前离心式压缩机可用来压缩和输送化工生产中的各种气体,并且它的排气压力比早期有了很大的提高,其最小气量也有所降低,这就相应的扩大了离心式压缩机的应用范围。

离心式压缩机需要向大容量发展,以满足我国石化生产规模不断扩大的要求,同时随着新技术的发展、新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器的出现,离心压缩机的发展趋势主要表现为:不断开发高压和小流量产品;进一步研究三元流动理论,将其应用到叶轮和叶片扩压器等元件的设计中,以期达到高效机组;低噪声化,采用噪声防护以改善操作环境。尤其是随着化工和石油化工生产的发展,生产规模不断地增大,离心式压缩机凭借其优越的性能,在诸多工业领域的应用就愈来愈为广泛,发展趋势良好。


活塞式压缩机

活塞式压缩机是一种最常见的容积式压缩机。它由曲柄连杆机构将驱动机的旋转运动变为活塞的往复运动。活塞与气缸共同组成压缩机工作腔,依靠活塞在气缸内的往复运动,并借助进、排气阀的自动开闭,使气体周期性地进入气缸工作腔,进行压缩和排出。

活塞式压缩机主要由三大部分组成;运动机构(曲轴、轴承、连杆、十字头、皮带轮或联轴器等)、工作机构(气缸、活塞、气阀等)与机身。此外还有3个辅助系统:即润滑系统、冷却系统及调节系统。

运动机构是一种曲柄连杆机构,把曲轴的旋转运动变为十字头的往复运动。机身用来支承和安装整个运动机构和工作机构。工作机构是实现压缩机工作原理的主要部件。

工作原理

在气压传动中,通常采用容积型活塞式空气压缩机。活塞式空气压缩机是利用曲轴带动活塞的往复运动使气缸腔内的气体受到压缩而不断地产生压缩空气。

活塞式空气压缩机属于容积式压缩机,该机型的工作原理、特性所限,为了供气稳定,一般活塞式空气压缩机都配备有储气罐。

主要优点

1、适用压力范围广。因依靠容积变化的原理工作,因而不论其流量大小,都能达到很高的工作压力。目前已制成低、中、高、超高压各种压缩机,其中工业上超高压压缩机的工作压力可达350MPa(3500kgf/cm2)。

2、设备价格低、初投资少、操作方便、使用寿命长。

3、因压缩过程属封闭过程,所以热效率较高。

4、适应性强,排气量范围广,且受排气压力变化的影响较小,当介质重度改变时,其容积排量和排气压力的变化也较小。

主要缺点

1、惯性力大,转速不能太高,故而机器较笨重,大排量时尤甚。

2、结构复杂,易损件多,维修工作量大、维护费用相对较高。

3、排气不连续,气流压力脉动,易产生气柱振动。

4、运行时振动和噪声较大,设备安装基础要求高。

由于活塞式机械仅能间断地进气、排气,气缸容积较小,活塞往复运动的速度不能太快,因而活塞机械的排气量和发出的功率要受到很大的限制。

适用范围

活塞式压缩机属于一种往复式压缩机,压力等级属于中压、高压、超高压等级,适合压力较高场合适用,流量为中、小流量范围主要适用于中、小排量,压力较高场合。

发展趋势

活塞式压缩机是传统领域应用最广泛的压缩机,但是随着其它回转压缩机等产品的崛起,其在很多领域,比如制冷的市场正逐步缩小。

国内石化领域的重点乙烯建设工程以及近年来在煤炭领域的大力整顿,都将带动活塞式压缩机技术及其行业的发展。活塞式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展;不断开发变工况条件下运行的新型气阀,提高气阀寿命;在产品设计上,应用热力学、动力学理论,通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能;强化压缩机的机电一体化,采用计算自动控制,实现优化节能运行和联机运行。


为发扬优点,克服缺点,在结构参数上趋向高转速、短行程,使结构紧凑。同时延长气阀、密封元件等易损件的寿命,以提高运转率。随着优化设计理论和计算机技术的发展,为合理选取设计参数,提高效益开创了新的前景。

滚动活塞式压缩机

滚动式活塞压缩机又名转子压缩机,在原偏心轮外加一套圈后称之为滚动活塞压缩机或滚动转子压缩机。在我国还简称滚子压缩机、定片压缩机或旋转式压缩机。

这种压缩机不需要吸气阀,其最大特点是适用于变速运行,从而可以通过变频控制提高系统性能。滚动活塞式压缩机包括气缸、气缸上的进气口、排气阀,气缸内的可作平面运动的套圈,套圈与气缸间配以滑片和滑片弹簧,套圈内有一与轴相联的偏心压块,气缸内壁与套圈周向和径向都采用阻塞密封,在套圈和偏心压块间形成滚动摩擦接触,从而提高了该种压缩机的密封性能、润滑性能和容

积系数,不需要配制复杂的润滑系统,在压缩空气系统中不需加润滑油也能有效地使用。

工作原理

滚动活塞压缩机由滚动活塞、气体缸、滑板及其背部弹簧、偏心轮轴和气缸两端盖等主要配件组成。偏心轮轴的旋转中心与气缸内孔的圆心重合,滚动活塞安装在偏心轮轴上,及滚动活塞与偏心轮轴同心,从而滚动活塞外表面与气缸内表面相切,气缸内表面与滚动活塞外表面之间形成一个月牙空间,由此构成了压缩机的工作腔。

主要优点

1、振动小、运转平稳,气体在进气孔口与排气阀中的流速较低。

2、滚动活塞压缩机无需安装进气阀,没有吸、排气消声器,从而进气、排气流动阻力损失小,容积率高。

3、易损件少、结构简单、体积小、重量轻。

主要缺点

1、由于滚动活塞压缩机在工作过程中,存在一些特征角,所以他们对压缩机性能和工作寿命都产生了不利影响,因此需要考虑特征角尽可能的小。

2、气体在进气、排气孔口的能量损失较大,排气阀安装需谨慎。

3、零件的加工要求较高、装配较复杂,检修困难。

适用范围

滚动活塞压缩机在小型全封闭制冷压缩机中所占比例较大,并被广泛的应用与房间空调、电冰箱及小型商用制冷设备中。

发展趋势

提高压缩过程的效率、降低噪声、电动机变速控制,以及采用R410A等新制冷工质后的相关技术问题等,是滚动转子压缩机的研究方向。


滑片式压缩机

滑片式压缩机属于回转式压缩机的一种,其轴向滑片在同圆柱缸体偏心的转子上作径向滑动,截留于滑片之间的空气被压缩后排出。回转压缩机中有两种情况:一种是滑片装在缸体上的槽内,因滑片不随转子做旋转运动,称之为固定滑(叶)片压缩机,即滚动活塞压缩机;另一种是滑片装在转子的槽内,随转子做旋转运动,称之为旋转滑(叶)片压缩机,简称滑片或旋叶、旋片压缩机。

工作原理

滑片压缩机主要由机体(即气缸)转子即滑片等三部分组成。转子外表面与气缸内表呈圆形,转子偏心的安装在气缸内,使二者相切,在气缸内壁与转子外表面间形成一个月牙形空间。转子上开有若干滑片槽,每个槽中装有自由滑动的滑片,转子旋转时,滑片受离心力的作用从槽中甩出,其端部紧贴在气缸内表面上,把月牙形的空间分割成若干扇形小室,称之为基元。随着转子的连续转动,基元容积从小到大周而复始在变化。

主要优点

1、结构简单、零部件少,加工与装配容易实现,维修方便。

2、运转平稳、噪声低、振动小、启动冲击小。

3、结构紧凑、体积小、重量轻,便于狭窄空间安装

4、输气量大、流量均匀、脉动性小,无需安装大型储气器。

一般用途的空压机指国家的标准规定,它的排气压力为0.7MPa,即通常所说的7个大气压或7公斤(过去老国标为0.8MPa),通常提到的空压机排气压力即0.7MPa或0.8MPa,如果高于此或低于此即属于非标准的特种空压机。  
  一、空压机的分类有下面几种方法  
  1、按输气量分,所谓输气量是指空压机工作时每分种排出的气体换算成吸入状态的体积。分有小型机 (排气量在10立方米/分以下)、中型机(排气量在10~100立方米/分)、大型机(排气量在100 立方米/分以上)。  
  国产机型每分种排气量有0.3、0.6、0.9、1.6、3、6、9、10、12、20、40、60、100,其中小型机、微小型占的比重很大,100以上的超大型不多见,而且限于尺寸和重量,排气量在100以上的活塞式压缩机属于不合理。  
  2、按结构型式分有回转式、活塞式、膜式。  
  其中,活塞式和回转式中的螺杆式、滑片式三种形式为多见。这三种空压机各有其优缺点。
  螺杆压缩机由于转子型线复杂,制造成本较高,但体积小、重量轻,零件小是其优点。相同排气量的情况下,螺杆式压缩机要比活塞式贵的多,其维修必须要专门的知识和经验。
  3、根据气缸中心线和相对位置分立式、卧式、角度式,角度式又分为V型、W型、L型等。  
  一般来讲,由于活塞式压缩机为往复式机器,都有一定的震动,角度式能较好的平衡其惯性力,所以中小型活塞式压缩机几乎大都做成角度式,只有车船用压缩机受占地面积的限制,做成立式,卧式是类式风箱的压缩机,是工业代初期产品,没什么优越性,现在几乎不再生产。
  4 、根据冷却方式分:  
  压缩机由于气体压缩时内能增大温度上升,必须加以冷却,一般每级压缩必须有中间冷却器,因此按冷却器方式分为水冷式和风冷式。水冷式用自来水形式循环冷却;风冷式为风扇冷却。
  5、根据原动机的不同分类:  
  有电动机驱动方式,柴油机驱动方式。大型电动式配有配电柜,柴油驱动式由电瓶起动,两种压缩机均有直联、侧联(即皮带传动)。  
   6、按润滑方式分:  
  有无油式,和机油润滑式,后种又分为飞溅式和强制式(即油泵和注油器供油润滑式)。  
  7、按宽代压机基础配置分:  
  固定式:有基础式、无基础式;移动式。
  二、基本准则是经济性、可靠性与安全性。  
  1、首先应考虑排气压力的高低和排气量的大小。  
  根据国家标准一般用途 空气动力用压缩机其排气压力为0.7MPa(7个大气压),老标准为0.8MPa(即8个大气压)。因为风动工具和风力机械其设计工作压力为0.4Mpa,因此空压机这一工作压力完全能满足要求。如果用户所用的压缩机大于0.8MPa一般要特种制作,不能采取强行增压的办法以免造成事故。  

  排气量的大小也是空压机的主要参数之一,选择空压机的气量要和自己所需的排气量相匹配,并留有10%的余量。如果用气量大而空压机排气量小,风动工具一开动,会造成空压机排气压力的大大降低,而不能驱动风动工具。当然盲目追求大排气量也是错误的,因为排气量越大压缩机配的电机越大,不但价格高,而且浪费购置资金,使用时也会浪费电力能源。  

  另外在选排气量时还要考虑高峰用量和通常用量及低谷用量。通常的办法是以较小排气量的空压机并联取得较大的排气量,随着用气量的增大,而逐一开机,这样不但对电网有好处,而且能节约能源(用几台开几台),并有备机,不会因一台机器的故障而造成全线停产。
  2、考虑用气的场合和条件  
  用气的场合和环境也是选择压缩机型式的重要因素,为如用气场地狭小,应选立式。如船用、车用;如用气的场合做长距离的变动(超过500米),则应考虑移动式;如果使用的场合不能供电,则应选择柴油机驱动式;如果使用场合没有自来水,就必须选择风冷式。在风冷、水冷两种冷却方式上,用户常有错觉,认为水冷好一些,认为冷却得充分,其实不然。在小型压缩机中无论国内外,风冷式大约占到90%以上。设计上,风冷简便,使用时无须水源。水冷式有其致命的缺点,首先必须有完备的上下水系统,投资大;第二,水冷式冷却器寿命短;第三,在北方冬季还容易冻坏气缸;第四,在正常的运转中会浪费大量的水。  
  3、考虑压缩空气的质量  
  一般空压机产生的压缩空气均含有一定量的润滑油,并有一定量的水,有些场合是禁油和禁水的,这时不但对压缩机选型要注意,必要时要增加附属装置。解决的办法有如下两种:(1)选用无润滑压缩机。这种压缩机气缸中基本上不含油,其活塞环和填料一般为聚四氟乙烯。这种机器也有其缺点,首先是润滑不良,故障率高;另外,聚四氟乙烯也是一种有害物质,象食品、制药行业也不能使用,且无润滑压缩机只能做到输气不含油,不能做到不含水。(2)因此通常的做法是空压机(无论哪种)再加一级或二级净化装置或干燥器。这种装置可使压缩机空气既不含油又不含水,使压缩空气中的含油水量在5ppm以下,以满足工艺要求。
  4、运行的安全性  
  空压机是一种带压工作的机器,工作时伴有温升和压力,其运行的安全性要放在首位。空压机在设计时除安全阀之外,还设有压力调节器,实行超压卸荷双保险,只有安全阀而没有压力调节器不合理,不但会影响机器的安全保险系数,也会使运行的经济性降低(压调器一般的功能为关闭吸气阀,使机器空运转)。