空压机的分类、工作原理和选用计算

项目

简     图

说     明

作用

空气压缩机(简称空压机)的作用是将电能转换成压缩空气的压力能，供气动机械使用

分

类

按

压

力

大

小

分

类

低压型(0.2~1.0MPa)

按

流

量

等

级

分

类

微型＜1m³/min

按

工

作

原

理

分

类

容积型

按结构

原理分类

往复式

活塞式和叶片式

中低压型(1.0~10MPa)

小型1~10m³/min

旋转式

滑片式和螺杆式

高压型(10~100MPa)

中型10~100m³/min

速度型

离心式和轴流式

超高压型(＞100MPa)

大型＞100m³/min

工

作

原

理

活

塞

式

空

压

机

1—排气阀；2—气缸；3—活塞；4—活塞杆；5—滑块；

6—连杆；7—曲柄；8—吸气阀；9—阀门弹簧

这是最常用的空压机形式。当活塞向右移动时，气缸内活塞左腔的压力低于大气压力，吸气阀开启，外界空气进入缸内，这个过程称为“吸气过程”。当活塞向左移动，缸内气体被压缩，这个过程称为“压缩过程”。当缸内压力高于输出管道内压力后，排气阀被打开，压缩空气输送至管道内，这个过程称为“排气过程”。活塞的往复运动是由电动机带动曲柄转动，通过连杆带动滑块在滑道内移动，这样活塞杆便带动活塞作直线往复运动

单级活塞式空压机在超过0.6MPa时，产生热量很大，其工作效率太低，故常采用两级活塞式空压机，其工作原理详见图a。当空气经第Ⅰ级低压缸压缩后，压力由p₁提高到p₂，温度也由T₁升到T₂，然后经过中间冷却器在等压状态下与冷却水进行热交换，后一级压缩空气的温度从T₂降至为T₃(也可使T₃降至T₁)，再进入第Ⅱ级高压缸压缩到所需的压力p₃。图b为两级空压机设备的工作过程p-V图，其中6—1为低压缸的吸气过程；曲线1—2为低压缸气体被压缩到p₂的压缩过程；直线2—5为低压缸向中间冷却器的排气过程；直线2—2'表明p₂的压缩空气在冷却器中的等压冷却过程；直线5—2'为冷却后的气体p₂被再次吸入第Ⅱ级缸的吸气过程；曲线2'—3为在高压缸中气体被压缩到p₃的压缩过程；直线3—4为高压缸的排气过程；曲线1—2—3"表明如采用单级空压机压缩到p₃时的压缩过程；曲线1—2和2'—3为两级空压机压缩到p₃压力时的两次压缩过程。若最终压力为1.0MPa，则第Ⅰ级通常压缩到0.3MPa。设置中间冷却器是为了降低第Ⅰ级压缩空气出口的温度，以提高空压机的工作效率。活塞式空压机的功率为2.2kW和7.5kW时，其出口空气温度在70℃左右；功率在15kW或以上时，其出口空气温度在180℃左右

滑

片

式

空

压

机

滑片式空压机工作原理

1—机体；2—转子；3—叶片

滑片式空压机的转子偏心地安装在定子内(气缸内壁)，当转子旋转时，插在转子径向槽中的滑片在离心力的作用下，紧贴气缸内壁作回旋运动。此时由气缸内壁(定子)、两个相邻滑片及两个相邻滑片之间的一段、转子外表面围成的一个密封容积也逐渐变小。转子在经过左半部时吸入的空气经过压缩从右半部排气口排出，滑片式压缩机的进排气口不需吸气阀和排气阀。由于转子上安有多个滑片，转子每旋转一次将产生多次的吸气、排气，所以输出压力的脉动较小

目前，大多数滑片式空压机采用无油压缩的方式，即滑片选用非金属的自润滑材质(聚己酰亚胺)。转子在旋转时无须添加润滑油，压缩空气也不会被污染

滑片式空压机结构简单、制造容易、操作维修方便，适用于中小型压缩气源场合。但由于滑片和气缸内壁有较大的摩擦，能量损失较大、效率低(比同参数螺杆式空压机低10%，比同参数活塞式空压机低20%)。一般滑片式空压机的转速为300~3000r/min，输出压力为0.5~1MPa

螺

杆

式

空

压

机

两个啮合的螺旋转子以相反方向转动，它们当中自由空间的容积沿轴向逐渐减小，从而两转子间的空气逐渐被压缩。它可连续输出无脉动的大流量的压缩空气，无需设置储气罐，出口温度为60℃左右；加工精度要求高，有较强的中高频噪声，适用于中低压(0.7~1.5MPa)范围

螺杆式空压机是否需润滑可分为以下两种类型

无油式螺杆空压机

螺杆间并不直接接触，相互之间存在一定间隙。运转靠一对斜齿轮的高速同步反向旋转传输动力，同时确保螺杆间的间隙，不需润滑，可输出不含油的压缩空气

喷油式螺杆空压机

喷入到壳体内的润滑油起润滑、冷却、密封和降低噪声的作用。此种型式没有同步齿轮。它的传输运动是靠阳螺杆直接拖动阴螺杆。润滑油在阴阳螺杆之间起密封作用(油膜)

特

性

比

较

类型

输出压力

/MPa

吸入流量

/m³·min^-1

功率/kW

振动

噪声

维护量

排气压力

脉动

价格

排气方式

活塞式

1.0

0.1~30

0.75~220

大

大

大

大

较低

断续排气，需设气罐

螺杆式

1.0

0.2~67

1.5~370

小

小

小

无

高

连续排气，不需气罐，排出气体可不含油

选

用

计

算

首先按空压机的特性要求，选择空压机类型。再根据气动系统所需的工作压力和流量两个参数，确定空压机的输出压力p_c和吸入流量q_c，最终选取空压机的型号

(1) 空压机的输出压力

p_c＝p+∑△p(MPa)

一般情况下，令∑Δp＝0.15~0.2MPa

p——气动执行元件的最高使用压力，MPa

∑Δp——气动系统的总压力损失，MPa

q_b——向气动系统提供的流量，m³/min(标准状态)

g_max——气动系统的最大耗气量，m³/min(标准状态)

q_sa——气动系统的平均耗气量，m³/min(标准状态)

k——修正系数，主要考虑气动元件、管接头等各处的漏损、多台气动设备不一定同时使用的利用率以及增添新的气动设备的可能性等因素。一般可令k＝1.3~1.5

p₁——吸入空气的绝对压力，MPa

p_c——输出空气的绝对压力，MPa

q_c——空压机的吸入流量，m3/min(标准状态)

k——等熵指数，k＝1.4

n——中间冷却器个数

(2) 空压机的吸入流量

不设气罐，q_b＝g_max

设气罐，q_b＝q_sa

q_c＝kq_b(m³/min)(标准状态)

(3) 空压机的功率