浅述螺杆式较活塞式空气压缩机的优势

侯晓磊

浅述螺杆式较活塞式空气压缩机的优势

侯晓磊

从活塞式和螺杆式空气压缩机的原理、结构、性能等方面对两者进行论述，着重比较了两种空气压缩机的优缺点，得出螺杆式空气压缩机更易操作，易维护，工作性能安全可靠，效率高、噪音低，开机率高，节能效果明显，基本实现无故障、免维护运行，为矿井节能、高效、安全生产提供了良好的前提条件，具有广泛的市场推广前景的结论。

活塞式空压机；螺杆式空压机；空压机工作原理

0 引言

压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围之广，遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、国防、科研等行业和部门。在煤炭行业里，它也是许多设备的能量来源，选择合适的空气压缩机，不仅可以提高工作效率，还能节约成本。大同煤矿集团公司原使用空压机多为4L、5L型活塞式空压机。随着科学技术的进步和更新，新型空压机的出现，活塞式空压机的缺点越来越突出，难以满足集团公司生产和发展的需求，2005年我们开始引进部分螺杆式空气压缩机，经过近几年的使用，优势显著，现已有高压、大功率、双螺杆压风机的应用。下面从活塞式空压机和螺杆式空压机的结构、工作原理及性能等方面对两者进行比较，阐述螺杆压风机的优势，希望能对螺杆压风机的全面推广起到推波助澜的作用。

1 工作原理的比较

1.1 活塞式空气压缩机的工作原理

活塞式空压机工作时电动机通过联轴器或三角带驱动曲轴，带动连杆、十字头与活塞杆，使活塞在压缩机的气缸内作往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞式空压机的活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时气体即沿着进气管，推开进气阀进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞式空压机的活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，活塞式压缩机的曲轴旋转1周，活塞往复1次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。

1.2 螺杆式空气压缩机的工作原理

螺杆空压机是容积式气体压缩机，空气的压缩是靠装置于机壳内互相平行啮合的阴阳转子的齿槽之容积变化而达到，由相互啮合的转子（即螺杆）、机壳以及适当配置在两个进、排气口的排气阀组成压缩气体的工作腔，通过减小工作容积来增加气体压力。转子副在与它精密配合的机壳内转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化，而沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧，完成吸入、压缩、排气3个工作过程。气体经吸气口分别进入阴阳转子的齿间容积，转子在旋转过程中，阴阳转子齿连续不断地向对方齿槽中填塞、工作腔的齿槽也不断向排气端推进，容积逐步缩小，气体得到压缩。当压缩容积与排气口相通时，气体已达到预定的压力而排出，完成一个工作循环。

1.3 优势比较

活塞式空压机为往复式运动机构，存在着不可消除的惯性力，因此运行时振动大，噪音高；其供气也是往复间断性供气，运行时气流脉动大，冲击性强；存在活塞环的磨损，运行时尽管活塞上有刮油环，但仍会有不少的润滑油窜到气缸中，随气体一起排出，这样，一方面降低了气体的品质，另一方面也增加了耗油量，不可避免地出现润滑油外漏，造成管路、风包的污染，给清理工作带来困难，使风包的安全运行增加了隐患，同时增加耗油量，污染了环境。

螺杆空压机为回转式运动机构，平衡性很好，其振动小，噪音低，输气平稳，无气流脉动，有高效的油气分离系统和过滤设备，无磨损件，供气品质高，耗油量很低，能够满足要求较高气量用户的需求。

2 结构的比较

2.1 活塞式空气压缩机的结构

活塞式空气压缩机由压缩机主机、冷却系统、调节系统、润滑系统、安全阀、电动机及控制设备等组成。其气阀、活塞、活塞环、连杆瓦等诸多零部件均为易损件。压缩机及电动机用螺栓紧固在机座上，机座用地脚螺栓固定在基础上。

较大的活塞式空压机安装时需要专门的固定基础，基本没有自动控制系统，其结构特点决定了其连续运行的可靠性差、效率低，特别是长期连续运行，经济性更差。而其所形成的压缩腔内很多都是易损件，这些易损件的磨损和损坏都将造成气体压缩时更大的泄漏，最终导致压缩机效率的降低。这样，一方面会影响生产，另一方面会增加维护管理的费用。

2.2 螺杆式空气压缩机的结构

螺杆式空气压缩机的核心部件是压缩机主机，由螺杆机头、电动机、油气分离桶、冷却系统、空气调节系统、润滑系统、安全阀及控制系统等组成。其主要结构由转子、机体、主轴承、轴封、平衡活塞及能量调节装置构成。可实现容量15%～100%无级调节或二、三段式调节，采取油压活塞增减载方式，径向和轴向均为滚动轴承，开启式设有油分离器、储油箱和油泵；封闭式为差压供油进行润滑、喷油、冷却和驱动滑阀容量调节之活塞移动。气体的吸入过程跟压缩过程一样也是连续不断的。由于机器的转速很高，吸排气可以看成是无脉动的，因此在一般情况下螺杆空压机可以省去一个体积很大的储气罐（见图1）。

图1 螺杆式空气压缩机结构

螺杆压缩机是一种整体结构高度集中化产品，整机装在一个箱体内，自成一体，直接放在平整的水泥地面上即可，无需用地脚螺栓固定在基础上，占地面积小；有完善的自动控制与保护系统，属于机电一体化产品，方便了设备的维护管理，同时也最大限度地降低了能耗；进行压缩的一对转子由于自身结构的特点不会出现磨损，不存在影响机器效率的易损件，避免了活塞式空气压缩机的那些缺点，减少了对工作环境的污染，没有了活塞式空压机复杂的管路系统，可以美化生产环境，因此长期连续运行的经济性要远远优于活塞式空压机。

3 性能比较

活塞式空气压缩机存在排气压力不够稳定，排气温度高，噪音偏大，检修工作量大，维修费用偏高等缺点。而螺杆式空压机的故障很少，只要定期保养油气分离器、空气及油过滤器等就能保证其正常运行。

与活塞式空气压缩机相比，螺杆式空气压缩机具有人性化的人机介面显示控制系统，使操作过程方便简单，运行状态一目了然，能在无人值守的情况下24 h工作，非正常因素一旦出现，中文提示维护或检修；留有备用输出接口，可实现多台机组连锁控制及远程诊断控制。在关键区域，用三重轴封消除泄漏问题，通过精密硬化磨削的带有O型密封环的耐磨轴套具有高可靠性且易于维修，从而降低维护量，减少维修费用。

微电脑控制器具备强大的故障诊断和保护功能。具有缺相保护、相序保护、超温保护、空载保护、自动卸荷保护和气量调节。可实现三相电源任意一相或两相断开，自动切断电源；三相电源的相序有误时，不能启动；排气温度超过设定值，自动切断电源；空载数分钟，自动停机，需要用气时又自动开机工作；先卸载，再停机，避免重车启动和自动调节排气量，节约能耗。

4 活塞式及螺杆式空压机的主要特点

4.1 活塞式空压机的主要特点

①适应性强，即排气范围较广，且不受压力高低影响，能适应较宽的压力范围和制冷量要求；

②对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工较容易，造价也较低廉；

③排气不连续，气流压力脉动，易产生气柱振动；

④惯性力大，转速不能太高，机器较笨重；

⑤结构复杂，易损件多，维修工作量大，维护费用相对较高；

⑥运行时振动和噪声较大，设备安装基础要求高。

4.2 螺杆式空压机的主要特点

①可靠性高，零部件、易损件少，因而运转可靠，寿命长；

②操作维护方便，操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转，操作相对简单，可按需要排气量供气；

③动力平衡性好，没有不平衡惯性力，机器可以平稳地高速工作，可实现无基础运转，体积小，重量轻，占地面积少；

④适应性强，具有强制输气的特点，排气量几乎不受排气压力的影响，运转平稳、振动小，排气稳定，在宽广的范围内能保持较高的效率；

⑤具备强大的故障诊断和保护功能，具有人性化的人机界面显示控制系统，使操作过程方便简单，运行状态一目了然。

5 螺杆式空压机在同煤集团的应用

同煤集团2005年率先在马脊梁西部压风机房使用了3台无锡生产的LGFD-43/8型空压机，风量43 m3/min，功率250 kW。又于2007年～2008年间陆续在同家梁西三压风机房采用了2台无锡生产的LGD-60/077AN-T型空压机，风量60 m3/min，功率315 kW；四老沟南洋路使用2台上海优耐特斯厂生产的UD355W-8型空压机，风量80 m3/min，功率355 kW；大斗沟六风井使用3台上海优耐特斯厂生产的UD255A-38/10型空压机，风量38 m3/min，功率250 kW。分别采用风冷和水冷两种冷却方式。风冷式空压机不需要冷却水循环系统，因而可省去很多部件、循环水管路及水泵等设备的投资费用，结构简单，便于维护，但水冷式空压机冷却效果较好。集团公司60 m3/min以下风量的压风机用风冷式较多，60 m3/min以上的用水冷式较多。

经过近几年的运行，进一步证实了螺杆压风机的优势：平均每台空压机每年可节约维修费15万元～25万元，节约电耗5%～10%，节约维修工时500 h多。2009年集团公司又引进LU560W-8型双螺杆大功率空气压缩机，在四台矿和燕子山矿投入使用，风量达到100 m3/min，功率560 kW。双螺杆大功率空压机在减少维修量和配件费用方面成效显著，每台年节约配件费30万元～40万元，维修工从当初的9名减少到现在的3名。

从使用效果看，螺杆式空压机具有活塞式空压机无可比拟的优点，整个系统更易操作，易维护，工作性能安全可靠，效率高、噪音低，开机率高，节能效果明显，基本实现无故障、免维护运行。

6 结束语

同煤集团本部共有压风机63台，其中只有19台是螺杆式的，如果将其余44台活塞式空压机全部更换为螺杆式的，每年将为集团公司节约配件费800多万，每天可节约维修工时100 h多，节约能耗10%左右。集团公司在今后的3 a中，本部及子公司还将新增压风机31台，作为“3条生命线”之一的压风系统，将在今后的煤矿生产中起着举足轻重的作用，它不仅仅是动力的来源，更是生命的保障。选择安全、高效、节能、环保的螺杆式压风机，可改善矿井工作环境，降低劳动强度，提高安全保障，为矿井生产提供良好的前提条件，具有广泛的市场推广前景。

[1]张彦博，王云.活塞式空气压缩机的维修 [M].北京：煤炭工业出版社，1976.

[2]徐建英.螺杆式空气压缩机 [M].北京：中国铁道出版社，2004.

On Advantages of Screw and Piston Air Compressors

Hou Xiaolei

By analyzing the principle,structure,performance of the piston and screw air compressors,the advantages and disadvantages of the two air compressors are mainly compared.Test shows the screw air compressor is easier to operate and maintain.Its work performance includes safety and reliability,high efficiency,low noise,highavailability,obvious energy saving effect，basically realized trouble-free,maintenance-free operation.It provides a good prerequisite for mine energy-saving,efficient and safe production and can be extensively popularize.

piston air compressor;screw air compressors;the comparison of air compressor works

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1000-4866（2012）03-0010-03

侯晓磊，男，1981年4月出生，2008年毕业于太原理工大学，现在大同煤矿集团公司机电管理处工作，助理工程师。

2012-05-14

2012-05-28