崔琳琳

（大慶石化工程有限公司，黑龍江 大慶 1 6 8 7 1 4）

壓縮機(jī)的原理及其選型原則

崔琳琳

（大慶石化工程有限公司，黑龍江 大慶 1 6 8 7 1 4）

本文主要以從壓縮機(jī)的工作原理作為出發(fā)點(diǎn)，從多個(gè)角度分析了壓縮機(jī)的選型。以期為全面認(rèn)識(shí)和了解壓縮機(jī)的工作原理、提高壓縮機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量提供一些參考和意見。

壓縮機(jī)；工作原理；選型原則

壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟，通過電機(jī)帶動(dòng)活塞，排除冷劑氣體，實(shí)現(xiàn)壓縮、吸氣、排氣。合理選擇空氣壓縮機(jī)設(shè)備是保障壓縮機(jī)運(yùn)行效率的重要因素，尤其是設(shè)備大小的選購(gòu)。過大會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，過小會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)壓力打不上去的情況，并導(dǎo)致壓縮機(jī)長(zhǎng)期處于加載狀態(tài)。這就需要在全面熟悉壓縮機(jī)原理之后，合理選型壓縮機(jī)，達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)要求。

1 壓縮機(jī)工作原理

壓縮機(jī)的種類很多。站在不同壓縮機(jī)的工作原理角度，壓縮機(jī)可以將其分為定排量壓縮機(jī)和變排量壓縮機(jī)。

首先，定排量壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)的排氣量與運(yùn)轉(zhuǎn)速度成正比例關(guān)系。即運(yùn)轉(zhuǎn)速度加快，排氣量增加。該壓縮機(jī)的工作原理不取決于制冷需求，其輸出功率不會(huì)因?yàn)橹评湫枨蠖淖?。在?shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，該發(fā)動(dòng)機(jī)與其他發(fā)動(dòng)機(jī)相比，消耗的油量較多。發(fā)動(dòng)機(jī)的控制工作需要借助蒸發(fā)器完成，通過蒸發(fā)器的溫度信號(hào)判斷壓縮機(jī)的工作狀況。比如溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度刻度時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。只有蒸發(fā)器的溫度高于指定溫度刻度時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)與工作。

其次，變排量壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)的輸出功率與溫度相關(guān)。空調(diào)控制系統(tǒng)是根據(jù)空調(diào)管路內(nèi)壓力變化信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制壓縮機(jī)的目的。因此，與定排量壓縮機(jī)不同，不需要借助蒸發(fā)器控制信號(hào)。在制冷過程中，壓縮機(jī)始終處于工作狀態(tài)。其制冷強(qiáng)度可以根據(jù)調(diào)節(jié)閥來操作，調(diào)節(jié)閥是壓縮機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的一部分，主要的功能就是控制壓縮機(jī)的制冷強(qiáng)度。站在壓縮機(jī)的工作方式角度，可以分為容積型、速度型兩種。容積型壓縮機(jī)的工作原理是借助工作腔容積實(shí)現(xiàn)壓縮與排氣。比如常見的往復(fù)式壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)等，都是依靠工作腔容積完成壓縮工作。速度型壓縮機(jī)是借助旋轉(zhuǎn)凸輪實(shí)現(xiàn)壓縮與排氣。旋轉(zhuǎn)凸輪對(duì)蒸汽做功，可以提高壓縮機(jī)的壓力。并完成蒸汽輸送的工作，比如離心式、軸流式壓縮機(jī)。

往復(fù)式壓縮機(jī)的工作腔是氣缸，通過活塞的運(yùn)動(dòng)完成壓縮、排氣與吸氣等。因此又稱之為活塞壓縮機(jī)。如圖1所示，活塞達(dá)到最低位置時(shí)，氣缸內(nèi)存在大量蒸汽?；钊竭_(dá)高處位置時(shí)，氣缸的容積在關(guān)閉吸氣門和排氣門的過程中逐漸縮小。這是因?yàn)楦變?nèi)的蒸汽被壓縮。在圖1（b）中，活塞達(dá)到最高位置點(diǎn)。當(dāng)缸內(nèi)壓力值大于排氣管內(nèi)壓力值時(shí)，表明蒸汽完全被排出。活塞達(dá)到上至點(diǎn)時(shí)，標(biāo)志著排氣的結(jié)束。圖1（c）是余隙膨脹過程?；钊谶\(yùn)動(dòng)過程中，不能完全貼合氣缸頂部。需要保留一點(diǎn)空隙，稱為余隙?；钊缮现料逻\(yùn)動(dòng)時(shí)，余隙內(nèi)的蒸汽會(huì)不斷膨脹。圖1（d）是吸氣過程。吸氣閥打開之后，活塞會(huì)自上而下不斷吸氣。該壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料和加工成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)勢(shì)。其缺點(diǎn)主要包括：不易實(shí)現(xiàn)輕量化、機(jī)器重、運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較大幅度的振動(dòng)、排氣不連續(xù)等。

圖1 往復(fù)式壓縮機(jī)工作原理

旋渦式壓縮機(jī)主要應(yīng)用于小型制冷及空調(diào)領(lǐng)域，具有高效節(jié)能、微振低噪等特點(diǎn)。其工作原理如圖2所示，“1”表示定圈；“2”表示動(dòng)圈；“3”表示動(dòng)圈活動(dòng)中心“4”“5”“6”“8”表示制冷劑氣體；“9”表示排氣口；“1 0”表示動(dòng)圈漩渦中心；“1 1”表示壓縮最大容積；“1 2”表示回旋半徑。漩渦葉片圈組合一對(duì)嚙合，并回旋半徑的圓作不旋轉(zhuǎn)的回運(yùn)動(dòng)。圖2中，吸氣完成之后，漩渦圈逐漸形成月牙形容積。漩渦片以中心漩渦為旋轉(zhuǎn)定心，展開連續(xù)不間斷的旋轉(zhuǎn)。最大月牙容積在達(dá)到預(yù)定壓力之前開始?jí)嚎s，實(shí)現(xiàn)a—b—c的壓縮?！?”為排氣口。月牙1 1在壓縮的同時(shí)吸氣容積4和吸氣容積8展開回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。并在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了同樣的壓縮，最終完成壓縮機(jī)的排氣和壓縮。該壓縮機(jī)需要的零部件不多。在同樣制冷的前提下，旋渦式的熱絕效率遠(yuǎn)高于往復(fù)式。在實(shí)際工作中，旋渦式整機(jī)振動(dòng)較小，重量也比往復(fù)式壓縮機(jī)輕，并容易實(shí)現(xiàn)變排量技術(shù)。

2 壓縮機(jī)的選型原則

（1）壓縮機(jī)的選型步驟?？諝鈮嚎s機(jī)的選型步驟是：工作壓力—容積流量—供電容量。第一，工作壓力。確定氣端所需工作壓力是選型壓縮機(jī)考慮的首要內(nèi)容。另外，壓縮機(jī)壓力大小與管路通徑、轉(zhuǎn)彎點(diǎn)等因素息息相關(guān)。一般情況下，管路通徑大小與壓縮機(jī)壓力損失成反比關(guān)系。轉(zhuǎn)彎點(diǎn)大小與壓縮機(jī)壓力損失成正比關(guān)系。如果空氣壓縮機(jī)與氣端管路距離太遠(yuǎn)時(shí)，需要適當(dāng)放大主管路的通徑。在特定的環(huán)境條件下，可以根據(jù)相關(guān)安裝要求與指標(biāo)在氣端就近安裝空氣壓縮機(jī)。第二，容積流量。首先，全面系統(tǒng)地了解所有用氣設(shè)備的容積流量。并將所有設(shè)備的容積流量乘以1.2。其次，前往用氣設(shè)備供應(yīng)商處了解不同用氣設(shè)備的容積流量參數(shù)，然后進(jìn)行記錄。最后，結(jié)合實(shí)際用氣情況和原參數(shù)值，對(duì)壓縮機(jī)用氣設(shè)備進(jìn)行改造。第三，供電容量。空氣壓縮機(jī)的容積流量與工作壓力與壓縮機(jī)的功率變化無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)速變化情況相關(guān)。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變之后，排氣量也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。壓縮機(jī)選型之前，需要著重考慮容積流量和工作壓力，并選型壓縮機(jī)的功率。而供電容量可以滿足壓縮機(jī)的使用功率。

（2）壓縮機(jī)的原則以及選型?？諝鈮嚎s機(jī)的選型原則包括三方面：第一，經(jīng)濟(jì)性。第二，安全性。第三，可靠性。然后在此基礎(chǔ)上展開壓縮機(jī)的選型。

首先，排氣壓力、排氣量的選型。就一般用途的空氣壓縮機(jī)而言，標(biāo)準(zhǔn)排氣壓力為0.7 MP a、0.8 MP a。目前，市場(chǎng)上常見銷售一種排氣壓力為0.6 MP a的空壓機(jī)，站在使用角度分析該壓縮機(jī)是不科學(xué)、不合理的。究其原因是壓縮機(jī)與風(fēng)動(dòng)工具、輸氣工具離得較遠(yuǎn)時(shí)，就無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。站在設(shè)計(jì)角度分析該壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的壓力太大，容易造成氣缸積炭，從而引發(fā)安全事故。但是壓縮機(jī)的排氣壓力過大，在強(qiáng)行增壓過程中也會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，空氣壓縮機(jī)的排氣量需要與所需排氣量相匹配。并留有1 0%的余量。如果所需的用氣量超過壓縮機(jī)的排氣量，就會(huì)大大降低壓縮機(jī)的排氣壓力，從而導(dǎo)致風(fēng)動(dòng)工具不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但是如果用戶或者商家盲目追求大排量、價(jià)格高也是錯(cuò)誤的。壓縮機(jī)需要配置電機(jī)，排氣量越大，電機(jī)越大。一般大電機(jī)需要的成本較高、電力消耗較多，從而造成資金和能源的浪費(fèi)。其次，在選排氣量時(shí)，用戶需要考慮壓縮機(jī)在不同時(shí)間段的用電情況、排氣情況。尤其高峰期，通常用量較大。在國(guó)外，通常選用排氣量較小的壓縮機(jī)，與排氣量較大壓縮機(jī)聯(lián)用。最后，考慮壓縮機(jī)的用氣場(chǎng)地和條件、壓縮空氣質(zhì)量問題。就用氣場(chǎng)地而言，一般選用寬廣的場(chǎng)地，利于壓縮機(jī)排氣。如果是車用、船用等場(chǎng)所，應(yīng)考慮移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)，方便操作。假設(shè)使用場(chǎng)合不能供電，最好選用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)式。假設(shè)場(chǎng)所不能提供自來水，應(yīng)選用風(fēng)冷式壓縮機(jī)。但是很多用戶對(duì)風(fēng)冷、水冷兩種空氣壓縮機(jī)冷卻方式認(rèn)識(shí)不到位。普遍認(rèn)為水冷空氣壓縮機(jī)的使用功能大于風(fēng)冷空氣壓縮機(jī)的使用功能。其實(shí)不然，現(xiàn)階段，無(wú)論是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還是國(guó)外市場(chǎng)，風(fēng)冷式壓縮機(jī)占據(jù)市場(chǎng)比例9 0%以上。究其原因是風(fēng)冷式設(shè)計(jì)壓縮機(jī)操作簡(jiǎn)單，任何場(chǎng)所都可以使用。其最大特點(diǎn)是無(wú)需水源。相比風(fēng)冷使壓縮機(jī)，水冷式壓縮機(jī)花費(fèi)的成本較高、使用壽面較短、環(huán)境適應(yīng)能力低、水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，這些缺點(diǎn)導(dǎo)致水冷式壓縮機(jī)的市場(chǎng)比例較低。就壓縮空氣質(zhì)量而言，在壓縮機(jī)排氣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定量的潤(rùn)滑油，并伴有一定量的水。但是有些場(chǎng)合是禁油、禁水的。因此在選型壓縮機(jī)時(shí)，需要特別注意壓縮機(jī)氣缸重視會(huì)否含有油、含水。必要時(shí)增加附加裝置。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)論是螺旋式壓縮機(jī)還是往復(fù)式壓縮機(jī)，都需要在了解其工作原理之后，合理選型。壓縮機(jī)是一種帶壓工作的機(jī)器，安全性是首要考慮因素。并在選型時(shí)，遵從經(jīng)濟(jì)原則、安全原則、可靠原則，保障機(jī)器設(shè)備質(zhì)量。

[1]溫曉濤，孟令平，吳惠萍. U NI P OL聚丙烯裝置回收氣壓縮機(jī)的選型特點(diǎn)及配置要求[J].化工設(shè)備與管道,2 0 1 5,0 5:4 8~5 2.

[2]孫曉明,彭恒,林子良.動(dòng)力用空氣壓縮機(jī)能源效率探討[J].流體機(jī)械,2 0 1 3,1 1:4 8-5 1.

[3]閆揚(yáng)義,蘇智劍,朱惠玉,等.斜盤式空氣壓縮機(jī)壓縮與膨脹熱力過程的數(shù)值分析[J].流體機(jī)械,2 0 1 6,0 9:3 1-3 5.

T H 4 5 7

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 2（下）-0 1 2 2-0 2