活塞式和螺杆式空压机的使用比较

七、活塞机与螺杆机选型及案例文章

1、螺杆压缩机与活塞压缩机选型对比

螺杆压缩机与活塞压缩机选型对比

压缩空气已经在大多数公司日常运作中担当至关重要的角色。对压缩机的需求是显然的，但选择哪种压缩机呢？螺杆式还是活塞式，才能使其在设备中运转最好，这是一个很值得讨论的问题。这首先就需要考虑这两种压缩机的相似与不同之处，才能选出最合适的一种。

压缩机已在各种气体领域广泛应用，但空气压缩是应用最广的一部分。目前，固定式螺杆空气压缩机大约占据空气压缩40％的市场份额，而活塞式空气压缩机占有21％的市场份额（按美元计算）。

活塞压缩机用于很多不同的设备中。但在标称压力0.7-1.0MPa范围的空气系统中，活塞压缩机的使用正迅速减少。当然，由于活塞式压缩机技术的进步，对更高压气体设备以及能在苛刻环境中运行的气体压缩设备的需求，使活塞压缩机在很多设备中成为可行且明智的选择。

22KW以上

螺杆压缩机几乎占据了22kW以上，标称压力在0.7～1.0MPa内空气系统的大部分市场份额。导致这种趋势的是其性能与可靠性的提高，以及减少的维护与更低的初成本。

尽管如此，双作用的活塞压缩机仍然是效率最高的压缩机。螺杆的转子形状减小了螺杆压缩机使用的高效率范围，所以，更优的转子型线、改进的加工以及创新设计是螺杆压缩机的关键因素。

例如，一台低速、直接驱动的螺杆压缩机可以提供排气压力为0.7MPa、0.13～0.14立方米的气量，这是双作用活塞压缩机的90-95％。对于大多数用户，除非一些能耗特别可观的场合，由于其较高的初投资（购买价格）而言，效率更高的双作用活塞压缩机往往因投资回收期长而不划算。

一台维护良好的螺杆式压缩机可以提供十年甚至更久的运行。同时，其带故障诊断与处理能力的控制系统，能基于运行温度指出换油间隙，也提高了压缩机的可靠性与寿命。

维护

对于维护费用，螺杆式压缩机较活塞压缩机有优势。双作用的活塞压缩机比螺杆机的维修周期更短。活塞压缩机上的气阀、活塞环以及别的易损件都需要周期性维护。

螺杆压缩机的维护主要为油、油过滤器以及油分。有时候，螺杆转子空气、检侧设备的替换需要相当大的费用，但是它们通常能工作10年甚至更长时间。

标准的螺杆压缩机组件带有基于微处理器或者电气控制的控制器。这些控制器使螺杆转子在100％时间内维持负荷。控制器的一个主要功能是调节气流，使机器能在满负荷、部分负荷以及空载情况下最高效率地运行。有些螺杆机的控制器带有很多其它有用的控制功能，比如运行监视、停机警告以及保养维护提醒。

装有良好运行与维护双作用活塞压缩机的机组是对营运有利的。这种设备可以协调分配，利用定期维修与保养而成为成功的压缩空气系统。

润滑

根据润滑情况的不同，活塞式压缩机可分成两种：润滑式与无润滑式。在润滑式机组中，润滑油被引入压缩气缸中，以减小气缸与活塞环的摩擦。一般情况下，良好润滑的活塞环可延续数年的寿命。先进材料的应用可使干式机组中的活塞环寿命延长至超过8000小时。

润滑式与无润滑式活塞机之间的费用是值得考虑的一个因素。有些情况下需要无油的压缩空气或者气体。无润滑机组的初投资要高出10～15％。而能耗与效率方面两者相差不

大。最大的差别在于两种方式机组所需的维护费用，无润滑机组的维护费用是润滑式机组的四倍甚至更多。

活塞式压缩机的不平衡受力与较大重量是安装费用中的主要影响因素。通常，活塞机组需要笨重的基底以及厚实的地基。当然压缩机制造商会提供建造基底所需的相关数据。

尽管活塞式压缩机的初投资与安装费用比螺杆机要多，但良好维护下的活塞机寿命可比螺杆机要长2～5倍。

数十年来，活塞式压缩机已经成为一种可靠的重负荷机器。随着技术的进步，在提供高品质空气的同时，活塞压缩机的维护费用大大减少了。在标称压力0.7～1.0MPa以外的机组中，无论是压缩空气或者其它气体，活塞压缩机仍然是最佳选择.

22KW以下

小型风冷活塞式压缩机的流型可追溯至19世纪初期。它们被广泛应用于各种设备中，最高压力可达1.2MPa。各种大小风冷机组都可适应荒野环境。

最普遍的小型活塞压缩机是单作用的。其排气温度可达240℃，而且大多数机组运行噪音超过80dBA。

对于低功率机组，由于初投资费用要比螺杆机少40～60％，活塞机是有更高的使用价值。这里还需要考虑到其它辅助设备，比如二次冷却器，启动器以及停机开关，这些费用都是要计入总价格的。

小型活塞压缩机可在较长寿命时间内为很多设备提供合理的高质量压缩空气。设计简单，运行范围较宽以及可靠性高是它们最重要的实力。

尽管螺杆压缩机的初投资较活塞压缩机贵，但是它们在7.4～22kW功率范围内正变得越来越流行。其中一个原因是螺杆机组通常封装成模块。大多数情况下，标准的螺杆机组模块封装有启动器、二次冷却器以及带有容量监察能力的压缩机控制器。

螺杆压缩机亦可用于更小功率范围，从3.7到22kW。在同样功率条件下，相比活塞压缩机的一个优点是：它们的排气温度更低。螺杆压缩机设计在100％负荷循环下工作，低润滑油量并提供高品质压缩空气。

安装

小型活塞压缩机需装有储气罐。储气罐用于存储压缩空气，且缩减压缩机的负荷运行时间。有些小型活塞压缩机通常在大约66％的工作（负载）循环时间内运行。

带有尺寸足够大的储气罐的活塞机的寿命特别重要。不管储气罐尺寸或者压缩机和储气罐的结构形式，小型活塞压缩机的安装总是容易的。由于不平衡受力，任何活塞式压缩机都应该固定在地面上。

大多数螺杆机模块被设计成独立可移动式，它们的安装基础甚至可以放置在储气罐顶部。螺杆压缩机的排气没有脉动。尽管如此，系统包含储气罐对于平稳返回至压缩机控制器的空气信号和系统的稳定运行还是有很有利的。

小型螺杆压缩机能给用户提供整个箱体，可用于那些需要恒定气量的压缩空气系统中。大多数封闭式螺杆机组的运行噪音水平低于80dBA。封装好的螺杆机可以很容易地安装到地板上，且通常只有单点连接装置用于接电与接气。

选择正确的安装空间对于风冷压缩机的可靠性和较长的使用寿命是至关重要的。通过压缩机机体的良好空气流动是机器良好运行与较长寿命所必须的条件。

总的说来，螺杆压缩机的压缩空气质量较好。即使是油润滑螺杆机组，高效的油气分离器能将排到压缩空气系统中的含油率减少到5ppm。同时，螺杆机固有的较低排气温度可使压缩空气的品质进一步提高。大多数螺杆机组的排气温度只比环境温度约高50℃左右。无油、干式或无润滑

当用户需要无油气体或者空气时，应该选择那种压缩机呢？无油压缩机的轴承与齿轮

仍然有润滑油，但是压缩腔是无油的。

无油压缩机通常都是螺杆机。由于缺少冷却，这些无油机组能达到很高的排气温度。新的技术将水喷入压缩腔以降低排气温度从而延长机器的寿命。螺杆式无油压缩机可用于功率从14～180kW，压缩空气标称压力小于或等于1.0MPa的设备中。

干式活塞压缩机主要用于0.7～11kW的设备中。整个干式压缩机中不使用任何润滑油。

2、活塞式和螺杆式空压机的使用比较

摘要：介绍了活塞式无油润滑空气压缩机及螺杆式空气压缩机的结构、工作原理及特点。改用螺杆空压机后维修费用大幅度下降，噪音大大降低，工作环境得到了改善。

空气压缩机产生的压缩空气主要供离子膜系统的仪表控制、工艺用气及ADC发泡剂粉碎用气。该系统的供气情况直接影响离子膜系统的正常生产、安全以及ADC发泡剂的产量、质量。

1987年，江门市电化厂引进美国西方公司的MGC离子膜电解槽生产线时配套了2台2Z-3/8-I型活塞式无油润滑空气压缩机，使用效果较理想。1993年引进日本旭硝子的F2离子膜电解槽生产线时又配套了2台2Z2-10/8型活塞式无油润滑空气压缩机，该机虽然基本上能满足生产用气，但故障比较多，维修费用相当高。1995年7月、1996年5月分别将其换成2台ZW-10/7型活塞式无油润滑空气压缩机，该机投入运行后各项指标都比较理想，检修频率、费用均比旧机大大降低。经过多年的运行，随着机组的老化，故障逐渐增多，检修费用也逐渐增高，达不到经济运行。2004年底开始用2台螺杆式空压机代替。新螺杆式空压机投入运行后，情况相当不错，维修费用大幅下降。

结构及工作原理

1、活塞式无油润滑空气压缩机

活塞式无油润滑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。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。工作时电动机通过连轴器直接驱动曲轴，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，完成吸入、压缩、排出等过程。该机为双作用压缩机，即活塞向上向下运动均有空气吸入、压缩和排出。

2、螺杆式空气压缩机

螺杆式空气压缩机由螺杆机头、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。整机装在1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。螺杆机头是1种双轴容积式回转型压缩机头。1对高精密度主(阳)、副(阴)转子水平且平行地装于机壳内部，主(阳)转子有5个齿，而副（阴）转子有6个齿。主转子直径大，副转子直径小。齿形成螺旋状，两者相互啮合。主副转子两端分别由轴承支承定位。工作时电动机通过连轴器(或皮带)直接带主转子，由于2转子相互啮合，主转子直接带动副转子一同旋转。冷却液由压缩机机壳下部的喷嘴直接喷入转子啮合部分，并与空气混合，带走因压缩而产生的热量，达到冷却效果。同时形成液膜，防止转子间金属与金属直接接触及封闭转子间和机壳间的间隙。喷入的冷却液亦可减少高速压缩所产生的噪音。

螺杆式空压机的主要部件为螺杆机头、油气分离桶。螺杆机头通过吸气过滤器和进气控制阀吸气，同时油注入空气压缩室，对机头进行冷却、密封以及对螺杆及轴承进行润滑，压缩室产生压缩空气。压缩后生成的油气混合气体排放到油气分离桶内，由于机械离心力和重力的作用，绝

大多数的油从油气混合体中分离出来。空气经过由硅酸硼玻璃纤维做成的油气分离筒芯，几乎所有的油雾都被分离出来。从油气分离筒芯分离出来的油通过回油管回到螺杆机头内。在回油管上装有油过滤器，回油经过油过滤器过滤后，洁净的油才流回至螺杆机头内。当油被分离出来后，压缩空气经过最小压力控制阀离开油气筒进入后冷却器。后冷却器把压缩空气冷却后排到贮气罐供各用气单位使用。冷凝出来的水集中在贮气罐内，通过自动排水器或手动排出。

特点

1、活塞式无油润滑空气压缩机

无油润滑空气压缩机气缸内的活塞环和填料装置内的填料均采用具自润滑特性的填充聚四氟乙烯作为密封元件。因此，气缸和填料装置无须注入润滑油润滑，正常情况下经过压缩后的气体基本纯净不含油污，无需增加除油装置。该机的缺点为电机功率偏大，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。

2、螺杆式空气压缩机

螺杆式空气压缩机阴、阳转子间以及转子与机体外壳的精密配合减小了气体回流泄漏，提高了效率；只有转子的相互啮合，无气缸的往复运动，减少了振动和噪音源。独特的润滑方式具有以下优点，凭借自身所产生的压力差，不断向压缩室和轴承注冷却液，简化了复杂的机械结构；注入冷却液可在转子之间形成液膜，副转子可直接由主转子带动，无需借助高精密度的同步齿轮；喷入的冷却液可以增加气密的作用，减低因高频压缩所产生的噪音，还可吸收大量的压缩热，因此，单级压缩比即使高达16也可使排气温度不致过高，转子与机壳之间不会因热膨胀系数不同而产生磨擦。因此，螺杆式空气压缩机具有振动小，无需用地脚螺栓固定在基础上，电机功率低、噪音低、效率高、排气压力稳定、且无易损件等优点。该机的缺点为所压缩出来的空气含油，其含油量为1～3×10-6，对压缩气含油量要求严格的工序需增加除油装置。该厂的压缩空气系统就增加了两级除油装置。由于ADC工序的压缩空气直接与产品ADC发泡剂接触，因此对空气的质量要求更加高，ADC工序用气增加了三级除油装置。压缩机性能参数对照情况见表1。

主要故障

1、活塞式无油润滑空气压缩机该机活塞环和填料装置均无需注油润滑。正常情况下经过压缩后的气体基本纯净不含油污，但由于刮油环经常刮油不彻底，密封不好，导致常常有油跑到填料装置甚至活塞环上，以致压缩气含油。另外，排气温度高，有时高达200℃；冷却器堵塞，以致冷却效果不好；活塞环沾到油污，特别容易磨损；阀拍漏气；缸套磨损等。

2、螺杆式空气压缩机

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。使用的2台10m3螺杆机保养外的检修为排污管堵塞、控制面板故障，2年来，主机系统运行一直正常。

结束语

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，不仅减轻了操作工的劳动强度，而且不用配备维修工，大大降低了维修费用。另一方面，使用活塞机时偶尔会出现排气压

力过低而导致离子膜控制系统报警，改用螺杆机后将其排气压力设定在0.58MPa，压力保持稳定，还没有出现过排气压力过低而导致离子膜控制系统报警的现象，从而保证了离子膜系统的安全生产。