压缩机的原理及其选型原则

2017-03-28崔琳琳

中国设备工程 2017年4期

关键词：空气压缩机选型容积

崔琳琳

（大庆石化工程有限公司，黑龙江大庆 1 6 8 7 1 4）

压缩机的原理及其选型原则

崔琳琳

（大庆石化工程有限公司，黑龙江大庆 1 6 8 7 1 4）

本文主要以从压缩机的工作原理作为出发点，从多个角度分析了压缩机的选型。以期为全面认识和了解压缩机的工作原理、提高压缩机的运行质量提供一些参考和意见。

压缩机；工作原理；选型原则

压缩机是制冷系统的心脏，通过电机带动活塞，排除冷剂气体，实现压缩、吸气、排气。合理选择空气压缩机设备是保障压缩机运行效率的重要因素，尤其是设备大小的选购。过大会造成不必要的浪费，过小会出现压缩机压力打不上去的情况，并导致压缩机长期处于加载状态。这就需要在全面熟悉压缩机原理之后，合理选型压缩机，达到运转要求。

1 压缩机工作原理

压缩机的种类很多。站在不同压缩机的工作原理角度，压缩机可以将其分为定排量压缩机和变排量压缩机。

首先，定排量压缩机。该压缩机的排气量与运转速度成正比例关系。即运转速度加快，排气量增加。该压缩机的工作原理不取决于制冷需求，其输出功率不会因为制冷需求而改变。在实际运转中，该发动机与其他发动机相比，消耗的油量较多。发动机的控制工作需要借助蒸发器完成，通过蒸发器的温度信号判断压缩机的工作状况。比如温度达到预先设定的温度刻度时，压缩机会立即停止运转。只有蒸发器的温度高于指定温度刻度时，压缩机会正常运转与工作。

其次，变排量压缩机。该压缩机的输出功率与温度相关。空调控制系统是根据空调管路内压力变化信号实现控制压缩机的目的。因此，与定排量压缩机不同，不需要借助蒸发器控制信号。在制冷过程中，压缩机始终处于工作状态。其制冷强度可以根据调节阀来操作，调节阀是压缩机内部系统的一部分，主要的功能就是控制压缩机的制冷强度。站在压缩机的工作方式角度，可以分为容积型、速度型两种。容积型压缩机的工作原理是借助工作腔容积实现压缩与排气。比如常见的往复式压缩机、回转式压缩机等，都是依靠工作腔容积完成压缩工作。速度型压缩机是借助旋转凸轮实现压缩与排气。旋转凸轮对蒸汽做功，可以提高压缩机的压力。并完成蒸汽输送的工作，比如离心式、轴流式压缩机。

往复式压缩机的工作腔是气缸，通过活塞的运动完成压缩、排气与吸气等。因此又称之为活塞压缩机。如图1所示，活塞达到最低位置时，气缸内存在大量蒸汽。活塞到达高处位置时，气缸的容积在关闭吸气门和排气门的过程中逐渐缩小。这是因为缸内的蒸汽被压缩。在图1（b）中，活塞达到最高位置点。当缸内压力值大于排气管内压力值时，表明蒸汽完全被排出。活塞达到上至点时，标志着排气的结束。图1（c）是余隙膨胀过程。活塞在运动过程中，不能完全贴合气缸顶部。需要保留一点空隙，称为余隙。活塞由上至下运动时，余隙内的蒸汽会不断膨胀。图1（d）是吸气过程。吸气阀打开之后，活塞会自上而下不断吸气。该压缩机具有结构简单、材料和加工成本低、适应性强、适应范围广等优势。其缺点主要包括：不易实现轻量化、机器重、运行时产生较大幅度的振动、排气不连续等。

图1 往复式压缩机工作原理

旋涡式压缩机主要应用于小型制冷及空调领域，具有高效节能、微振低噪等特点。其工作原理如图2所示，“1”表示定圈；“2”表示动圈；“3”表示动圈活动中心“4”“5”“6”“8”表示制冷剂气体；“9”表示排气口；“1 0”表示动圈漩涡中心；“1 1”表示压缩最大容积；“1 2”表示回旋半径。漩涡叶片圈组合一对啮合，并回旋半径的圆作不旋转的回运动。图2中，吸气完成之后，漩涡圈逐渐形成月牙形容积。漩涡片以中心漩涡为旋转定心，展开连续不间断的旋转。最大月牙容积在达到预定压力之前开始压缩，实现a—b—c的压缩。“9”为排气口。月牙1 1在压缩的同时吸气容积4和吸气容积8展开回转运动。并在回转运动中实现了同样的压缩，最终完成压缩机的排气和压缩。该压缩机需要的零部件不多。在同样制冷的前提下，旋涡式的热绝效率远高于往复式。在实际工作中，旋涡式整机振动较小，重量也比往复式压缩机轻，并容易实现变排量技术。

2 压缩机的选型原则

（1）压缩机的选型步骤。空气压缩机的选型步骤是：工作压力—容积流量—供电容量。第一，工作压力。确定气端所需工作压力是选型压缩机考虑的首要内容。另外，压缩机压力大小与管路通径、转弯点等因素息息相关。一般情况下，管路通径大小与压缩机压力损失成反比关系。转弯点大小与压缩机压力损失成正比关系。如果空气压缩机与气端管路距离太远时，需要适当放大主管路的通径。在特定的环境条件下，可以根据相关安装要求与指标在气端就近安装空气压缩机。第二，容积流量。首先，全面系统地了解所有用气设备的容积流量。并将所有设备的容积流量乘以1.2。其次，前往用气设备供应商处了解不同用气设备的容积流量参数，然后进行记录。最后，结合实际用气情况和原参数值，对压缩机用气设备进行改造。第三，供电容量。空气压缩机的容积流量与工作压力与压缩机的功率变化无关，与转速变化情况相关。压缩机转速发生改变之后，排气量也会相应发生变化。压缩机选型之前，需要着重考虑容积流量和工作压力，并选型压缩机的功率。而供电容量可以满足压缩机的使用功率。

（2）压缩机的原则以及选型。空气压缩机的选型原则包括三方面：第一，经济性。第二，安全性。第三，可靠性。然后在此基础上展开压缩机的选型。

首先，排气压力、排气量的选型。就一般用途的空气压缩机而言，标准排气压力为0.7 MP a、0.8 MP a。目前，市场上常见销售一种排气压力为0.6 MP a的空压机，站在使用角度分析该压缩机是不科学、不合理的。究其原因是压缩机与风动工具、输气工具离得较远时，就无法正常运转。站在设计角度分析该压缩机，压缩机的压力太大，容易造成气缸积炭，从而引发安全事故。但是压缩机的排气压力过大，在强行增压过程中也会产生风险，空气压缩机的排气量需要与所需排气量相匹配。并留有1 0%的余量。如果所需的用气量超过压缩机的排气量，就会大大降低压缩机的排气压力，从而导致风动工具不能正常运转。但是如果用户或者商家盲目追求大排量、价格高也是错误的。压缩机需要配置电机，排气量越大，电机越大。一般大电机需要的成本较高、电力消耗较多，从而造成资金和能源的浪费。其次，在选排气量时，用户需要考虑压缩机在不同时间段的用电情况、排气情况。尤其高峰期，通常用量较大。在国外，通常选用排气量较小的压缩机，与排气量较大压缩机联用。最后，考虑压缩机的用气场地和条件、压缩空气质量问题。就用气场地而言，一般选用宽广的场地，利于压缩机排气。如果是车用、船用等场所，应考虑移动式空气压缩机，方便操作。假设使用场合不能供电，最好选用柴油机驱动式。假设场所不能提供自来水，应选用风冷式压缩机。但是很多用户对风冷、水冷两种空气压缩机冷却方式认识不到位。普遍认为水冷空气压缩机的使用功能大于风冷空气压缩机的使用功能。其实不然，现阶段，无论是国内市场还是国外市场，风冷式压缩机占据市场比例9 0%以上。究其原因是风冷式设计压缩机操作简单，任何场所都可以使用。其最大特点是无需水源。相比风冷使压缩机，水冷式压缩机花费的成本较高、使用寿面较短、环境适应能力低、水资源浪费严重，这些缺点导致水冷式压缩机的市场比例较低。就压缩空气质量而言，在压缩机排气时，会产生一定量的润滑油，并伴有一定量的水。但是有些场合是禁油、禁水的。因此在选型压缩机时，需要特别注意压缩机气缸重视会否含有油、含水。必要时增加附加装置。