未来5年离心式空压机将取代螺杆机——纺织用空压机的分类与选择

活塞式空压机工作原理如图9-1所示，电动机通过传动装置使曲轴6作圆周运动，同时曲轴6又通过连杆5带动活塞3在气缸内作往复直线运动。当活塞3向右运动时，气缸4内产生真空，外界空气在大气压力作用下，推开吸气阀2进入气缸4内腔中；当活塞反向向左运动时，吸气阀2关闭，空气受到压缩，待这压缩进行到一定程度(即气缸内压力达到一定数值)时，排气阀1被打开，气体排出，当活塞行至气缸4左端时，排气结束，完成了一个循环，曲轴6至此恰好转了一圈。这样，在吸气阀和排气阀的控制下，周而复始地重复进行着吸气和排气过程，从而实现了对气体的吸入、压缩、排出及供气过程。

活塞式空压机主要特点

压力范围大，最高排气压力可达350MPa。热效率高，进行气量调节时排气压力几乎不受影响。体积大，耗用金属多，结构复杂，易损件多，维护工作量大。机器进排气管的振动和噪声较大。润滑方式分为有油润滑和无油润滑。与螺杆式和离心式压缩机价格相比，活塞式空压机价格较低。

活塞式空压机由于工作时噪声大，机器占地面积大，在纺织行业较少采用。仅有部分纺部车间用气量较小时，采用移动式活塞式空压机。

螺杆式空压机

螺杆式空压机工作原理

螺杆压缩机的气缸里面平行地布置着两个按一定传动比反向旋转又互相啮合的螺旋形转子，如图9-2所示。节圆外具有凸齿的转子称为阳转子；节圆内具有凹齿的转子称为阴转子。一般阳转子与原动机连接，由阳转子经同步齿轮组带动阴转子转动。螺杆压缩机工作时，气体经吸入口分别进入阴阳螺杆的齿间容积，随着螺杆的不断旋转，各自的齿间容积也不断增大，当齿间容积达到最大值时与吸气口断开，吸气过程结束。压缩过程是紧随其后进行的，阴阳螺杆的相互啮合使齿间容积值不断减小，气体的压力逐渐提高，当齿间容积与排气口相通时，压缩过程结束而进入排气过程。在排气过程中，螺杆的不断旋转连续地将压缩后的气体送至排气管道，一直到齿间容积达到最小值为止。随着转子的连续回转，上述过程周而复始地重复进行。

螺杆式空压机主要特点

(1)螺杆式空压机就工作原理而言，属于容积型空压机，具有以下优点。

①转速高。一般可与高速原动机直联，单位排气量的体积、重量、占地面积均远比活塞压缩机小。

②没有进排气阀、活塞环等易损件，因而运转可靠、寿命长。

③进、排气均匀，无压力脉动；没有不平衡惯性力，机器运转平稳，无须设置稳定脉动气流用的稳压储气罐。

④喷油螺杆式空压机可获得高的单级匮力比（最高达20～30)以及较低的排气温度。

⑤具有强制输气的特点，即排气量几乎不受排气压力的影响。内压力比与转速、密度也基本无关。工况点在较大范围内变化时，机器效率变化不大，不像离心式空压机在小排气量时会出现喘振现象。

(2)螺杆式空压机的缺点.主要表现在以下几个方面：

①齿间容积周期性地与吸、排气孔口连通，气体通过间隙泄漏以及齿轮传动系统的高速运转，使压缩机产生很强的中、高频噪声。应该采取消声、减噪措施。

②与活塞式空压机相比功率较高，热效率较低。

③阴阳螺杆高度啮合，要求加工精度很高，需在高精度专用设备上进行加工。

④由于机器间隙密封以及转子刚度等方面的限制，一般只适用于中、低压范围。

螺杆式空压机的润滑方式

螺杆式空压机压缩元件的核心是螺杆转子，螺杆转子与外壳组成压缩腔，按压缩腔是否喷入润滑油而划分为喷油螺杆式空压机和无油螺杆式空压机。

(1)喷油螺杆式空压机。喷油螺杆式空压机采用的是阳转子带动阴转子，两转子之间是接触的，如同齿轮传动，接触面之间大量摩擦，在压缩空气的过程中，有热量产生，需喷入大量的润滑油，压缩空气与润滑油混合后一道升压，再离开压缩腔，然后再通过油气分离器分离。寿力公司生产的喷油螺杆式空压机在压缩腔内使用了免换的24KT润滑油，从而起到冷却、密封、润滑三种作用。使压缩比增大(一级压缩比可达20～30)，压缩效率提高，多采用单级压缩。排出的空气需经过高效的油分离装置分离，并经精密油分离装置方能达到使用要求。但润滑油的温度应控制在80～200℃，以防止产生凝结水，影响24KT润滑油的品质。24KT润滑油消耗量大，再加上一、二级油分离器滤芯等易损件费用高，运行维护费用较高，但该机价格低廉。机组冷却方式分为风冷和水冷，并带有内置式冷冻干燥机。其工作流程图如图9-3所示。

(2)无油螺杆式空压机。无油螺杆式空压机则完全不同，该机压缩腔由一对不接触的阴阳螺杆转子组成，在压缩的过程中，阳转子和阴转子的运动是靠一对同步齿轮做非常精密的传动，气缸结构如图9-4所示，转子既要保证对空气进行压缩，又要保证优良的气密性，所以转子的加工工艺要求极高，无油压缩机采用无油润滑螺杆啮合实现压力升高。

该机压缩腔内无油，螺杆之间的密封和润滑采用喷涂自润滑材料和四氟乙烯膜进行密封润滑。为防止压缩空气沿轴向泄露，在轴上装有气封环和油封环，而且两环中间设置和大气相通的通道，确保轴承润滑油不会渗漏到压缩腔内。转子之间、转子和壳体之间的间隙相当小，压缩过程中靠自身密封。该机的主要优点是输出的空气可以做到全无油。但由于螺杆自身密封的特点，单级压缩比受到一定限制，需要采用两级压缩。由于转子是不接触的，所以没有摩擦(转子寿命极长，可达20年)，压缩腔内不需喷油润滑，因而从根本上保证了压缩空气100％无油，运行费用极低。排气压力一般小于0.75MPa，压缩时由于水汽等因素会使转子磨损、涂层剥落逐渐积累，从而造成密封间隙增大，压缩机效率下降，而且该种机型价格昂贵。机组冷却方式也分为风冷和水冷，其工作流程图分别如图9-5(a)、(b)所示。

离心式空压机

离心式空压机工作原理

离心式空压机结构原理如图9-6所示，离心式空压机是利用高速旋转的叶轮使空气受到离心力的作用产生压力，同时获得速度，离开叶轮后空气经扩压器等扩张通道将动能逐渐转化为压力能，从而使压力得到提高。一级压缩后的空气流入扩压器，使速度降低，压力提高。再经弯道、回流器使气体流入下一级继续压缩。由于气体在压缩过程中温度升高，气体在高温压缩时，消耗功将会增大。为了减少压缩功耗，故在压缩过程中采用中间冷却，由第一级出口的气体不直接进入第二级，而是通过蜗室和出气管，引到中间冷却器进行冷却，冷却后的低温气体，再经吸气室进入第二级进行压缩。然后再经下一级压缩，最后，由最末级出来的高压气体经排气管排出。

离心式空压机一般由多级组成，排气压力越高，级数也就越多。一级或几级可以分为几段，段与段之间一般有中间冷却器。目前，国产离心式空压机大部分采用单吸入、双支承结构，并采用三元流动理论对叶片进行设计，以提高其空气动力性能。

离心式空压机主要特点

离心式空压机的主要优点为：易损件少，压缩机件不接触，工作可靠，使用寿命长，使用保养成本低；结构紧凑，重量轻，单机排气量大，效率高；纯无油工况运行，压缩空气不受润滑油污染，品质高。

缺点为：启动和停车过程中容易产生喘振现象；排气压力较低，一般小于1.0MPa；机件高速旋转，对制造的要求较高；并联特性较差，不宜采用多台机组并联运行，在单机排气量和排气压力能满足要求时，宜选用较少机台进行供气。

空压机的性能比较与选择

纺织厂在空压机的选型时，应根据空压机的排气量和排气压力要求，以效率高、能耗省、操作维修简便、价格合理等因素为主选对象。为了保证纺织产品的质量，还必须考虑压缩空气的净化要求(即无水、无油和无尘)。从配套设施方面，还应根据当地的冷源条件，考虑压缩机的冷却方式(水冷、风冷)等因素。另外，要求空压机在进行气量调节时应具有良好的调节特性和节能效果。只有对上述问题进行综合分析，统筹兼顾，才能确定最佳选型方案。

根据排气量和效率选择

不同型号的空压机适用于不同用气量范围，同型号空压机由于排气量的不同，其压缩效率也不相同，纺织厂常用空压机的排气量范围和经济性指标见表9-2。

从表9-3可以看出，由于空压机的压缩原理不同，从而造成各种空压机的性能有较大的区别，现以我国目前纺织行业常用的活塞式、有油螺杆式、无油螺杆式、离心式空压机为例，对其主要性能进行比较分析，以便根据不同的使用要求，正确选择空压机，从而节约能源和初投资。现就纺织常用空压机不同机型的主要性能参数进行比较，见表9-3。

从上表可以看出，在纺织企业，活塞式空压机主要用于较小用气量，用气压力较高的场所；离心式空压机主要应用于用气量较大，气压较低的场所；螺杆式空压机介于两者之间，主要应用于多机台并联的用气场所。

根据排气量和效率选择

目前使用较多的是螺杆式空压机和离心式空压机，两者相比，螺杆机的主要优点是：进排气均匀、无压力脉动、机器运转平稳、无需设置储气罐、基础小甚至可以采用无基础运转；喷油螺杆可获得较高的单级压力比(最高可达20～30)及较低的排气温度；具有强制输气的特点，即排气量几乎不受排气压力的影响，压力比与转速、密度基本无关，特别适合于多机并联运行；工作点在较大范围内变化时，机器效率变化不大，不会出现离心式空压机小排气量时的喘振现象。缺点为：噪声高，必须采取消声减噪措施；排气量和离心机相比较小。

离心式空压机的主要优点为：结构紧凑、重量轻，单机排气量大；纯无油工况运行，压缩空气不受润滑油污染，品质高；效率高、节约能源。缺点为：启动和停车过程中容易产生喘振现象，产生振动；排气量的变化对机械效率影响较大，在一定的转速下，当流量为某值时，存在最佳工况点，在该点压缩机的效率达到最高值，偏离该点效率将下降；压缩机的性能受喘振工况、堵塞工况的限制。不宜采用多台机组并联运行，在单机排气量和排气压力能满足要求时，宜选用较少机台进行供气。

综上所述，针对纺织厂喷气织机的用气特点，螺杆式和离心式空压机性能比较见表9-4。

纺织厂喷气织机的用气特点为流量平稳，压力不高(P≤0.7MPa)而且要求气压稳定(△P≤0.01MPa)，因此在布机台数较多、压缩空气耗量大、用气压力较低、用气量稳定的场所宜采用离心式压缩机；在用气压力较高(P≥0.7MPa)，而且流量有较大变化，需多机台并联时宜采用螺杆式空压机。也可以采用离心式压缩机和螺杆式压缩机并联工作，利用螺杆式空压机进行流量调节。

在选择离心式空压机时，还要遵循以下一般原则。

(1)压缩机的排气量和排气压力应能满足工艺的要求。由于气候条件的变化或用气负荷的波动，压缩机的排气量和排气压力也会作相应的变动。因此，压缩机并不总是固定在一个工况点运行，而是在某一个工况区域内运行。选择压缩机时，应尽量使压缩机的运行工况区包含在其特性曲线的有效使用范围之内。

(2)压缩机的效率决定着其正常运行的经济性，因此，应尽量选择额定(设计)效率高、高效区域较宽的机组。

(3)当运行工况变化较大时，应选择具有良好调节性能和可靠安全保护系统的机组。

(4)当负荷比较稳定、单机排气量和排气压力均能满足要求时，一般宜选用单台机组供气。

(5)在满足供气要求的前提下，力求体积小、重量轻、减少占地面积，便于维护检修，节省投资。

(6)在下列情况下，宜采用多台机组并联供气。负荷变化较大，单台机组难以适应调节工况时；必须增加气体供应量而不更新现有压缩机时；气体需用量很大，用一台压缩机外形尺寸过大或制造上有困难时。

并联工作的压缩机可以采用相同性能规格的机组，也可以采用不同性能规格的机组；前者因机组间的协调性较好而应用较广，后者仅适用于负荷变化较大，在高峰负荷时需启动辅助机组联合工作的情况，并联机组不论排气量大小，其排气压力必须相等或基本相等。

在选择离心式空压机，确定其运行参数时，应注意防喘振工况和堵塞工况的影响，要确定离心式压缩机的稳定工作区域。首先必须知道该机采用什么样的调节方法，下面仅就目前应用较广泛的进气节流调节加以叙述。可动进气导叶调节和变转速调节确定稳定工作区域的原则基本类同。离心式压缩机进气节流时，其性能曲线会随节流阀开度的大小而改变位置，如图9-7所示。图中曲线1、3为节流阀最小开度时(进气可动导叶和变转速调节则为最小旋转角度和最小转速时)的性能曲线，曲线2、4为节流阀最大开度时(进气可动导叶和变转速调节则为最大旋转角度和最大转速时)的性能曲线。显而易见，由曲线1、2喘振线和阻塞线组成的阴影区，即为压缩机的稳定工作区域。设计时应确保空压机工作在该区域。

在采用离心式空压机并联运行时，应绘制并联机组综合性能曲线，确定并联机组有效运行区域，满足管网系统用气的要求。

空压机加油方式比较与选择

不同润滑方式空压机单台综合性能比较见表9-5。

从上表可以看出，虽然有油、无油空压机装机功率相同，但采用有油润滑方式后，不得不加装过滤器滤除压缩空气中的油污，因为“油气分离器芯”和“除油器滤芯”的阻力损失增加。为保证用气端压力不变，则螺杆式空压机出口压力需提高，轴功增加，所以喷油螺杆式空压机的电耗随运行时间而增加=喷油螺杆式空压机因“油汽分离器”除油过滤的压力损失，每一级为0.01～0.05MPa.会增加5％～10％的电能消耗。对于40m3/min的喷油螺杆式空压机，每年多耗电能可达16万kw·h。

鉴于上述情况，在选择空压机的润滑方式时，应根据企业的综合情况进行经济技术比较后选择。一般长丝、细特高密织物宜选用无油螺杆式空压机；短纤维、中细特织物可采用喷油螺杆式空压机，但应采用精密过滤装置加强对压缩空气中油分的去除。从表9-5可以看出，虽然无油空压机一次性投资较有油空压机高，但综合运行费用低，经济效益明显。

冷却方式分析比较与选择

空压机常用的冷却方式有风冷和水冷两种。由于水冷采用蒸发冷却方式，一般可以得到低于空气干球温度下的冷却水，而且水的比热和密度比空气大，对空压机的冷却效果好，一般较多选用。但水冷机需要配备冷却塔和冷却水泵，系统运行复杂，且冷却水容易结垢，影响传热效果。风冷机设备简单，维护费用低，但对于大型空压机和南方炎热地区，室外空气温度高会使空压机气缸温度偏高而停机。故采用风冷机时应确保机台间距离和机房通风散热，使机旁温度低于40℃。

因此，在选择空压机的冷却方式时，应根据当地的气象条件、冷却水源水质情况进行分析确定。一般情况下压缩机的冷却方式可按表9-6进行选择。

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