无油润滑涡旋空压机分析

杜建平

摘 要：本文对无油润滑涡旋空压机的主要功能部件、工作原理、结构特征、防护措施等方面简要分析，并对其冷却系统及其微机测控系统进行分析，同时提出无油润滑涡旋空压机泄漏的影响因素，以及经过验证的解决方式。

关键词：无油润滑 涡旋 空压机 研制内容

1 引言

无油润滑涡旋空压机是工业发展的产物，其特点为结构性好、工作效率高、运行稳定、噪音污染小。所以该类型空压机被制冷行业广泛使用，同时无油润滑涡旋空压机是当前空压机行业的主要发展方向。但是无油润滑涡旋空压机在实际使用中存在泄漏问题，严重影响了制冷和散热效率。

2 无油润滑涡旋空压机

2.1 主要功能部件

无油润滑涡旋空压机部件包括空气管道系统、冷却系统、降噪系统、风冷设备、空气净化器、离心式风机、进气过滤装置、压缩机、机架、轴流风机以及电机等。

2.2 工作原理

无油润滑涡旋空压机的涡旋型线相同，但是相位却相差半周，动涡旋盘与静涡旋盘组装好后与涡旋型线形成容积腔，动涡旋盘被曲柄轴带动围绕静涡旋盘的中心运转，此时容积腔产生变化，同时无油润滑涡旋空压机通过容积腔完成气体的吸入和排出。静涡旋盘经低压气体吸入到容积腔中，经过压缩机将低压空气压缩后从静涡旋盘排出。

2.3 结构特征

（1）无油润滑涡旋空压机由电机、无油压缩机及空气干燥净化等装置构成。

（2）无油润滑涡旋空压机通过偏心轴与电机形成联动，空压机和电机同轴安装或安装在同一个底座上[1]。

（3）无油润滑涡旋空压机先使用空气过滤器将进入的空气过滤，再使用无油空气压缩机在压缩腔室将空气压缩。压缩腔内部存在涡旋盘装置，涡旋盘的种类分为动涡旋盘和静涡旋盘，涡旋盘的制作材料为铸铝合金，而且涡旋盘的表面必须涂抹防止氧化和耐磨性的漆层。涡旋盘内部有散热装置，动涡旋盘和静涡旋盘都可以帮助压缩机进行散热。

（4）无油润滑涡旋空压机的动涡旋盘和静涡旋盘的断面上存在涡旋状的槽孔，槽孔中存在无油密封副。无油密封副的材料应该使用高分子耐磨材料，而且密封副应该在传动轴的间隙中使用非接触形式的气膜密封。

（5）无油润滑涡旋空压机的静涡旋盘是固定的，该装置使用定位偏心轴平行移动静涡旋盘，为提高静涡旋盘的平衡性可以在定位偏心轴上放置平衡装置。

（6）无油润滑涡旋空压机的风冷系统中通过无油空气压缩机将进入的空气进行压缩，然后通过风路管道将压缩的空气通过空气冷却器中降温，最后再使用不锈钢风路管道将降温后的压缩空气送入空气干燥净化器中，该风路管道之间的连接需要使用卡套式接口。

（7）无油润滑涡旋空压机在内部使用轴流风机降低空气的温度，防止空气压缩机内部的空气温度过高。

（8）无油润滑涡旋空压机的空气压缩机内部设置了冷却空气的管道，最后将管道与离心式风机相互连接，由此装置排出制冷装置产生的热量。

2.4 防护措施

（1）无油润滑涡旋空压机运行中要注意电机过热问题，所以必须要设置过热保护装置，当温度达到一定数值时立即停止空气压缩机的运转，防止电机过热损坏线路和设备或者引发火灾[2]。

（2）无油润滑涡旋空压机运行中要注意压缩腔室过热问题，所以必须在接近压缩腔室中心附近设置一个温度传感器，当压缩腔室内温度超过一定数值时应该立即停止压缩设备的运转，防止电机过热，最终损坏制冷装置或设备。

（3）无油润滑涡旋空压机在运行中要注意安全问题，必须设置安全保护装置，该压缩机中经常出现的安全问题是由压力导致的。所以必须在该空压机中设置电压检测装置，当该空压机压力超过规定数值时立即操控阀门停止设备运转，防止设备受压力脉动过高而损坏。

3 无油润滑涡旋空压机的构成分析

3.1 冷却系统

保证该空压机能够可靠稳定运行。无油润滑涡旋空压机的溫度控制非常关键，冷却系统中需要注意静涡旋盘传热、轴承油脂吸热以及电动机散热三个方面的问题。

（1）无油润滑涡旋空压机的静涡旋盘传热会导致压缩腔室内部温度升高，引起涡齿变形量增大，如果变形量超过极限，压缩机就不能正常运行，工作状态不稳定导致整个机组的性能下降。无油润滑涡旋空压机中没有润滑油，静涡旋盘没有润滑油辅助降温极其容易发生传热问题。因此必须加强在静涡旋盘侧面中心散热降温强度，可以采用冷将冷却水管与静涡旋盘的侧面相互接触，方便达到降温的目的，原理简单但结构相对复杂。蓝德华燕经过多次试验，采用一种快速散热的新材料，结合固有的风冷设施，效果明显。

（2）无油润滑涡旋空压机没有润滑油会导致热量散失速度慢，机组运行过程中摩擦系数大，摩擦导致机组设备温度升高，特别是轴承工作环境因温度散热条件差而失效。因此轴承油脂的选择非常关键，并根据大量的试验获得验证。

（3）无油润滑涡旋空压机的电机温度过高，温度高导致热量升高，电机的性能受温度影响而下降，同时电机的温度还会影响其他机组设备的温度，最终电机温度会影响整个空压机的工作效率。所以降低电机温度对机组设备的影响。

3.2 冷却系统微机测控系统

无油润滑涡旋空压机的微机测控系统先识别到冷却系统的信号，然后将数字信号进行处理后传输到驱动执行器中，由执行器完成对冷却系统的自动化控制。微机测控系统是冷却系统的核心，该系统将电信号与数字信号相互转换，可以实现对不同机组设备冷却的控制。

4 无油润滑涡旋空压机的影响因素

4.1 径向泄漏和切向泄漏对空压机的影响

泄漏是影响无油润滑涡旋空压机的因素之一，而泄漏原因又可以分为径向泄漏和切向泄漏两种，泄漏现象一般在无油润滑涡旋空压机的外部发生。

（1）无油润滑涡旋空压机的密封性不足会导致泄漏现象的发生，泄漏现象比有油润滑空压机还要严重，因为润滑油脂不但能带走热量，同时加强了压缩空气的密封性，无油润滑泄漏会导致散热效果下降，整个机组设备的温度和工作环境升高，造成机组的性能不断下降。

（2）无油润滑涡旋空压机的涡旋同样是导致泄漏现象发生的原因之一，空压机的涡旋有单涡旋和双涡旋两种，涡齿在压缩过程中并不接触，所以必定存在间隙，间隙大泄漏大，泄漏大高温气体回流量大，温度控制就更难。涡旋空压机会导致泄漏的地方比正常空压机更多。所以泄漏现象在该类型的空压机中更加难以控制，而且不同位置发生泄漏会导致不同机组设备温度升高，涡旋空压机的泄漏原因更加复杂[3]。

4.2 径向间隙和轴向间隙对空压机的影响

间隙问题同样是影响无油润滑涡旋空压机的因素之一，而间隙原因又可以分为径向间隙和轴向间隙两种，间隙现象一般发生在无油润滑涡旋空压机的内部。一旦无油润滑涡旋空压机内部发生径向间隙或者轴向间隙，通常泄漏间隙长度只有几十μn，肉眼很难发现。但是内部间隙导致的泄漏会对内部的压缩空气造成影响，压缩空气会扰乱内部压缩气流的正常流动，对无油润滑涡旋空压机的正常工作带来严重干扰。

（1）无油润滑涡旋空压机中出现间隙泄漏长度即使再小，也会对内部压缩空气的气流造成影响，所以工作人员要重视间隙泄漏问题，不可因间隙长度太短而忽略这个问题。轴向间隙基本上采取自浮式密封条克服，目前相当成熟。径向间隙很复杂，首先是要保正涡盘的加工精度和安装精度。

（2）无油润滑涡旋空压机中的间隙泄漏表面的粗糙度又叫粗糙元，空气压缩机内部气流的流动影响大小主要受粗糙元影响，粗糙元自身的密度和高度会对空压机气流的流動方向和形式造成不同程度的影响。采取自润滑涂层可以有效降低表面粗糙度，降低泄漏量。

（3）无油润滑涡旋空压机中粗糙元的高度越大，对空气压缩机中气体流动的阻力就越大;粗糙元的分布密度与高度对空气压缩机气体流动的影响类似，均为线性增大关系。

5 结语

综上所述，无油润滑涡旋空压机正常工作必然要对机组设备和环境的温度进行控制，保证冷却系统对主要机组设备进行降温，提高机组性能的稳定性。同时注意外部径向和切向的泄漏问题以及内部径向和轴向的间隙泄漏问题对空压机的影响，保证空气压缩机工作不受泄漏和间隙的干扰。

参考文献：

[1]崔连峰.巴基斯坦9H燃机电厂无油空压机结构及高温运行改进措施[J].科技创新与应用，2020（13）：115-116.

[2]李晓然，钟华，杜鑫，杨旭.无油涡旋空压机热力过程数值模拟及分析[J].压缩机技术，2020（02）：7-13+44.

[3]张耿. 全无油涡旋空压机永磁同步电机无感控制系统设计[D].合肥工业大学，2018.