壓縮機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）

壓縮機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的工作原理作為出發點，從多個角度分析了壓縮機的選型。以期為全面認識和了解壓縮機的工作原理、提高壓縮機的運行質量提供一些參考和意見。

壓縮機；工作原理；選型原則

壓縮機是制冷系統的心臟，通過電機帶動活塞，排除冷劑氣體，實現壓縮、吸氣、排氣。合理選擇空氣壓縮機設備是保障壓縮機運行效率的重要因素，尤其是設備大小的選購。過大會造成不必要的浪費，過小會出現壓縮機壓力打不上去的情況，并導致壓縮機長期處于加載狀態。這就需要在全面熟悉壓縮機原理之后，合理選型壓縮機，達到運轉要求。

1 壓縮機工作原理

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

首先，定排量壓縮機。該壓縮機的排氣量與運轉速度成正比例關系。即運轉速度加快，排氣量增加。該壓縮機的工作原理不取決于制冷需求，其輸出功率不會因為制冷需求而改變。在實際運轉中，該發動機與其他發動機相比，消耗的油量較多。發動機的控制工作需要借助蒸發器完成，通過蒸發器的溫度信號判斷壓縮機的工作狀況。比如溫度達到預先設定的溫度刻度時，壓縮機會立即停止運轉。只有蒸發器的溫度高于指定溫度刻度時，壓縮機會正常運轉與工作。

其次，變排量壓縮機。該壓縮機的輸出功率與溫度相關。空調控制系統是根據空調管路內壓力變化信號實現控制壓縮機的目的。因此，與定排量壓縮機不同，不需要借助蒸發器控制信號。在制冷過程中，壓縮機始終處于工作狀態。其制冷強度可以根據調節閥來操作，調節閥是壓縮機內部系統的一部分，主要的功能就是控制壓縮機的制冷強度。站在壓縮機的工作方式角度，可以分為容積型、速度型兩種。容積型壓縮機的工作原理是借助工作腔容積實現壓縮與排氣。比如常見的往復式壓縮機、回轉式壓縮機等，都是依靠工作腔容積完成壓縮工作。速度型壓縮機是借助旋轉凸輪實現壓縮與排氣。旋轉凸輪對蒸汽做功，可以提高壓縮機的壓力。并完成蒸汽輸送的工作，比如離心式、軸流式壓縮機。

往復式壓縮機的工作腔是氣缸，通過活塞的運動完成壓縮、排氣與吸氣等。因此又稱之為活塞壓縮機。如圖1所示，活塞達到最低位置時，氣缸內存在大量蒸汽。活塞到達高處位置時，氣缸的容積在關閉吸氣門和排氣門的過程中逐漸縮小。這是因為缸內的蒸汽被壓縮。在圖1（b）中，活塞達到最高位置點。當缸內壓力值大于排氣管內壓力值時，表明蒸汽完全被排出。活塞達到上至點時，標志著排氣的結束。圖1（c）是余隙膨脹過程。活塞在運動過程中，不能完全貼合氣缸頂部。需要保留一點空隙，稱為余隙。活塞由上至下運動時，余隙內的蒸汽會不斷膨脹。圖1（d）是吸氣過程。吸氣閥打開之后，活塞會自上而下不斷吸氣。該壓縮機具有結構簡單、材料和加工成本低、適應性強、適應范圍廣等優勢。其缺點主要包括：不易實現輕量化、機器重、運行時產生較大幅度的振動、排氣不連續等。

圖1 往復式壓縮機工作原理

旋渦式壓縮機主要應用于小型制冷及空調領域，具有高效節能、微振低噪等特點。其工作原理如圖2所示，“1”表示定圈；“2”表示動圈；“3”表示動圈活動中心“4”“5”“6”“8”表示制冷劑氣體；“9”表示排氣口；“1 0”表示動圈漩渦中心；“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嚙合，并回旋半徑的圓作不旋轉的回運動。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定心，展開連續不間斷的旋轉。最大月牙容積在達到預定壓力之前開始壓縮，實現a—b—c的壓縮。“9”為排氣口。月牙1 1在壓縮的同時吸氣容積4和吸氣容積8展開回轉運動。并在回轉運動中實現了同樣的壓縮，最終完成壓縮機的排氣和壓縮。該壓縮機需要的零部件不多。在同樣制冷的前提下，旋渦式的熱絕效率遠高于往復式。在實際工作中，旋渦式整機振動較小，重量也比往復式壓縮機輕，并容易實現變排量技術。

2 壓縮機的選型原則

（1）壓縮機的選型步驟。空氣壓縮機的選型步驟是：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考慮的首要內容。另外，壓縮機壓力大小與管路通徑、轉彎點等因素息息相關。一般情況下，管路通徑大小與壓縮機壓力損失成反比關系。轉彎點大小與壓縮機壓力損失成正比關系。如果空氣壓縮機與氣端管路距離太遠時，需要適當放大主管路的通徑。在特定的環境條件下，可以根據相關安裝要求與指標在氣端就近安裝空氣壓縮機。第二，容積流量。首先，全面系統地了解所有用氣設備的容積流量。并將所有設備的容積流量乘以1.2。其次，前往用氣設備供應商處了解不同用氣設備的容積流量參數，然后進行記錄。最后，結合實際用氣情況和原參數值，對壓縮機用氣設備進行改造。第三，供電容量。空氣壓縮機的容積流量與工作壓力與壓縮機的功率變化無關，與轉速變化情況相關。壓縮機轉速發生改變之后，排氣量也會相應發生變化。壓縮機選型之前，需要著重考慮容積流量和工作壓力，并選型壓縮機的功率。而供電容量可以滿足壓縮機的使用功率。

（2）壓縮機的原則以及選型。空氣壓縮機的選型原則包括三方面：第一，經濟性。第二，安全性。第三，可靠性。然后在此基礎上展開壓縮機的選型。

首先，排氣壓力、排氣量的選型。就一般用途的空氣壓縮機而言，標準排氣壓力為0.7 MP a、0.8 MP a。目前，市場上常見銷售一種排氣壓力為0.6 MP a的空壓機，站在使用角度分析該壓縮機是不科學、不合理的。究其原因是壓縮機與風動工具、輸氣工具離得較遠時，就無法正常運轉。站在設計角度分析該壓縮機，壓縮機的壓力太大，容易造成氣缸積炭，從而引發安全事故。但是壓縮機的排氣壓力過大，在強行增壓過程中也會產生風險，空氣壓縮機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的排氣量，就會大大降低壓縮機的排氣壓力，從而導致風動工具不能正常運轉。但是如果用戶或者商家盲目追求大排量、價格高也是錯誤的。壓縮機需要配置電機，排氣量越大，電機越大。一般大電機需要的成本較高、電力消耗較多，從而造成資金和能源的浪費。其次，在選排氣量時，用戶需要考慮壓縮機在不同時間段的用電情況、排氣情況。尤其高峰期，通常用量較大。在國外，通常選用排氣量較小的壓縮機，與排氣量較大壓縮機聯用。最后，考慮壓縮機的用氣場地和條件、壓縮空氣質量問題。就用氣場地而言，一般選用寬廣的場地，利于壓縮機排氣。如果是車用、船用等場所，應考慮移動式空氣壓縮機，方便操作。假設使用場合不能供電，最好選用柴油機驅動式。假設場所不能提供自來水，應選用風冷式壓縮機。但是很多用戶對風冷、水冷兩種空氣壓縮機冷卻方式認識不到位。普遍認為水冷空氣壓縮機的使用功能大于風冷空氣壓縮機的使用功能。其實不然，現階段，無論是國內市場還是國外市場，風冷式壓縮機占據市場比例9 0%以上。究其原因是風冷式設計壓縮機操作簡單，任何場所都可以使用。其最大特點是無需水源。相比風冷使壓縮機，水冷式壓縮機花費的成本較高、使用壽面較短、環境適應能力低、水資源浪費嚴重，這些缺點導致水冷式壓縮機的市場比例較低。就壓縮空氣質量而言，在壓縮機排氣時，會產生一定量的潤滑油，并伴有一定量的水。但是有些場合是禁油、禁水的。因此在選型壓縮機時，需要特別注意壓縮機氣缸重視會否含有油、含水。必要時增加附加裝置。

3 結語

無論是螺旋式壓縮機還是往復式壓縮機，都需要在了解其工作原理之后，合理選型。壓縮機是一種帶壓工作的機器，安全性是首要考慮因素。并在選型時，遵從經濟原則、安全原則、可靠原則，保障機器設備質量。

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