無油潤滑渦旋空壓機分析

杜建平

摘 要：本文對無油潤滑渦旋空壓機的主要功能部件、工作原理、結構特征、防護措施等方面簡要分析，并對其冷卻系統及其微機測控系統進行分析，同時提出無油潤滑渦旋空壓機泄漏的影響因素，以及經過驗證的解決方式。

關鍵詞：無油潤滑 渦旋 空壓機 研制內容

1 引言

無油潤滑渦旋空壓機是工業發展的產物，其特點為結構性好、工作效率高、運行穩定、噪音污染小。所以該類型空壓機被制冷行業廣泛使用，同時無油潤滑渦旋空壓機是當前空壓機行業的主要發展方向。但是無油潤滑渦旋空壓機在實際使用中存在泄漏問題，嚴重影響了制冷和散熱效率。

2 無油潤滑渦旋空壓機

2.1 主要功能部件

無油潤滑渦旋空壓機部件包括空氣管道系統、冷卻系統、降噪系統、風冷設備、空氣凈化器、離心式風機、進氣過濾裝置、壓縮機、機架、軸流風機以及電機等。

2.2 工作原理

無油潤滑渦旋空壓機的渦旋型線相同，但是相位卻相差半周，動渦旋盤與靜渦旋盤組裝好后與渦旋型線形成容積腔，動渦旋盤被曲柄軸帶動圍繞靜渦旋盤的中心運轉，此時容積腔產生變化，同時無油潤滑渦旋空壓機通過容積腔完成氣體的吸入和排出。靜渦旋盤經低壓氣體吸入到容積腔中，經過壓縮機將低壓空氣壓縮后從靜渦旋盤排出。

2.3 結構特征

（1）無油潤滑渦旋空壓機由電機、無油壓縮機及空氣干燥凈化等裝置構成。

（2）無油潤滑渦旋空壓機通過偏心軸與電機形成聯動，空壓機和電機同軸安裝或安裝在同一個底座上[1]。

（3）無油潤滑渦旋空壓機先使用空氣過濾器將進入的空氣過濾，再使用無油空氣壓縮機在壓縮腔室將空氣壓縮。壓縮腔內部存在渦旋盤裝置，渦旋盤的種類分為動渦旋盤和靜渦旋盤，渦旋盤的制作材料為鑄鋁合金，而且渦旋盤的表面必須涂抹防止氧化和耐磨性的漆層。渦旋盤內部有散熱裝置，動渦旋盤和靜渦旋盤都可以幫助壓縮機進行散熱。

（4）無油潤滑渦旋空壓機的動渦旋盤和靜渦旋盤的斷面上存在渦旋狀的槽孔，槽孔中存在無油密封副。無油密封副的材料應該使用高分子耐磨材料，而且密封副應該在傳動軸的間隙中使用非接觸形式的氣膜密封。

（5）無油潤滑渦旋空壓機的靜渦旋盤是固定的，該裝置使用定位偏心軸平行移動靜渦旋盤，為提高靜渦旋盤的平衡性可以在定位偏心軸上放置平衡裝置。

（6）無油潤滑渦旋空壓機的風冷系統中通過無油空氣壓縮機將進入的空氣進行壓縮，然后通過風路管道將壓縮的空氣通過空氣冷卻器中降溫，最后再使用不銹鋼風路管道將降溫后的壓縮空氣送入空氣干燥凈化器中，該風路管道之間的連接需要使用卡套式接口。

（7）無油潤滑渦旋空壓機在內部使用軸流風機降低空氣的溫度，防止空氣壓縮機內部的空氣溫度過高。

（8）無油潤滑渦旋空壓機的空氣壓縮機內部設置了冷卻空氣的管道，最后將管道與離心式風機相互連接，由此裝置排出制冷裝置產生的熱量。

2.4 防護措施

（1）無油潤滑渦旋空壓機運行中要注意電機過熱問題，所以必須要設置過熱保護裝置，當溫度達到一定數值時立即停止空氣壓縮機的運轉，防止電機過熱損壞線路和設備或者引發火災[2]。

（2）無油潤滑渦旋空壓機運行中要注意壓縮腔室過熱問題，所以必須在接近壓縮腔室中心附近設置一個溫度傳感器，當壓縮腔室內溫度超過一定數值時應該立即停止壓縮設備的運轉，防止電機過熱，最終損壞制冷裝置或設備。

（3）無油潤滑渦旋空壓機在運行中要注意安全問題，必須設置安全保護裝置，該壓縮機中經常出現的安全問題是由壓力導致的。所以必須在該空壓機中設置電壓檢測裝置，當該空壓機壓力超過規定數值時立即操控閥門停止設備運轉，防止設備受壓力脈動過高而損壞。

3 無油潤滑渦旋空壓機的構成分析

3.1 冷卻系統

保證該空壓機能夠可靠穩定運行。無油潤滑渦旋空壓機的溫度控制非常關鍵，冷卻系統中需要注意靜渦旋盤傳熱、軸承油脂吸熱以及電動機散熱三個方面的問題。

（1）無油潤滑渦旋空壓機的靜渦旋盤傳熱會導致壓縮腔室內部溫度升高，引起渦齒變形量增大，如果變形量超過極限，壓縮機就不能正常運行，工作狀態不穩定導致整個機組的性能下降。無油潤滑渦旋空壓機中沒有潤滑油，靜渦旋盤沒有潤滑油輔助降溫極其容易發生傳熱問題。因此必須加強在靜渦旋盤側面中心散熱降溫強度，可以采用冷將冷卻水管與靜渦旋盤的側面相互接觸，方便達到降溫的目的，原理簡單但結構相對復雜。藍德華燕經過多次試驗，采用一種快速散熱的新材料，結合固有的風冷設施，效果明顯。

（2）無油潤滑渦旋空壓機沒有潤滑油會導致熱量散失速度慢，機組運行過程中摩擦系數大，摩擦導致機組設備溫度升高，特別是軸承工作環境因溫度散熱條件差而失效。因此軸承油脂的選擇非常關鍵，并根據大量的試驗獲得驗證。

（3）無油潤滑渦旋空壓機的電機溫度過高，溫度高導致熱量升高，電機的性能受溫度影響而下降，同時電機的溫度還會影響其他機組設備的溫度，最終電機溫度會影響整個空壓機的工作效率。所以降低電機溫度對機組設備的影響。

3.2 冷卻系統微機測控系統

無油潤滑渦旋空壓機的微機測控系統先識別到冷卻系統的信號，然后將數字信號進行處理后傳輸到驅動執行器中，由執行器完成對冷卻系統的自動化控制。微機測控系統是冷卻系統的核心，該系統將電信號與數字信號相互轉換，可以實現對不同機組設備冷卻的控制。

4 無油潤滑渦旋空壓機的影響因素

4.1 徑向泄漏和切向泄漏對空壓機的影響

泄漏是影響無油潤滑渦旋空壓機的因素之一，而泄漏原因又可以分為徑向泄漏和切向泄漏兩種，泄漏現象一般在無油潤滑渦旋空壓機的外部發生。

（1）無油潤滑渦旋空壓機的密封性不足會導致泄漏現象的發生，泄漏現象比有油潤滑空壓機還要嚴重，因為潤滑油脂不但能帶走熱量，同時加強了壓縮空氣的密封性，無油潤滑泄漏會導致散熱效果下降，整個機組設備的溫度和工作環境升高，造成機組的性能不斷下降。

（2）無油潤滑渦旋空壓機的渦旋同樣是導致泄漏現象發生的原因之一，空壓機的渦旋有單渦旋和雙渦旋兩種，渦齒在壓縮過程中并不接觸，所以必定存在間隙，間隙大泄漏大，泄漏大高溫氣體回流量大，溫度控制就更難。渦旋空壓機會導致泄漏的地方比正常空壓機更多。所以泄漏現象在該類型的空壓機中更加難以控制，而且不同位置發生泄漏會導致不同機組設備溫度升高，渦旋空壓機的泄漏原因更加復雜[3]。

4.2 徑向間隙和軸向間隙對空壓機的影響

間隙問題同樣是影響無油潤滑渦旋空壓機的因素之一，而間隙原因又可以分為徑向間隙和軸向間隙兩種，間隙現象一般發生在無油潤滑渦旋空壓機的內部。一旦無油潤滑渦旋空壓機內部發生徑向間隙或者軸向間隙，通常泄漏間隙長度只有幾十μn，肉眼很難發現。但是內部間隙導致的泄漏會對內部的壓縮空氣造成影響，壓縮空氣會擾亂內部壓縮氣流的正常流動，對無油潤滑渦旋空壓機的正常工作帶來嚴重干擾。

（1）無油潤滑渦旋空壓機中出現間隙泄漏長度即使再小，也會對內部壓縮空氣的氣流造成影響，所以工作人員要重視間隙泄漏問題，不可因間隙長度太短而忽略這個問題。軸向間隙基本上采取自浮式密封條克服，目前相當成熟。徑向間隙很復雜，首先是要保正渦盤的加工精度和安裝精度。

（2）無油潤滑渦旋空壓機中的間隙泄漏表面的粗糙度又叫粗糙元，空氣壓縮機內部氣流的流動影響大小主要受粗糙元影響，粗糙元自身的密度和高度會對空壓機氣流的流動方向和形式造成不同程度的影響。采取自潤滑涂層可以有效降低表面粗糙度，降低泄漏量。

（3）無油潤滑渦旋空壓機中粗糙元的高度越大，對空氣壓縮機中氣體流動的阻力就越大;粗糙元的分布密度與高度對空氣壓縮機氣體流動的影響類似，均為線性增大關系。

5 結語

綜上所述，無油潤滑渦旋空壓機正常工作必然要對機組設備和環境的溫度進行控制，保證冷卻系統對主要機組設備進行降溫，提高機組性能的穩定性。同時注意外部徑向和切向的泄漏問題以及內部徑向和軸向的間隙泄漏問題對空壓機的影響，保證空氣壓縮機工作不受泄漏和間隙的干擾。

參考文獻：

[1]崔連峰.巴基斯坦9H燃機電廠無油空壓機結構及高溫運行改進措施[J].科技創新與應用，2020（13）：115-116.

[2]李曉然，鐘華，杜鑫，楊旭.無油渦旋空壓機熱力過程數值模擬及分析[J].壓縮機技術，2020（02）：7-13+44.

[3]張耿. 全無油渦旋空壓機永磁同步電機無感控制系統設計[D].合肥工業大學，2018.