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滑片式空压机市场介绍

发布时间:2014-06-03


前言

  随着人类的进步和工业的发展,机械设备作为最重要的工业产品也达到了崭新的水平,比如设计合理、加工精密、自动化水平高、外型美观、运行可靠,同现代化厂房交相辉映,充分展现了人类的聪明才智。空气压缩机作为一种机械设备,在这种潮流的涌动下,其内在品质发生了质的飞跃。新技术的不断应用、新产品的不断出现,使工农业生产得到了有效的保证。一百多年来,从活塞式压缩机、螺杆式压缩机到滑片式压缩机,动力用空气压缩机领域也在悄悄地进行一场革命。而这种革命的本质也明确揭示了机械设备发展的核心理念:运动部件越来越少,加工、装配精度越来越高,人机交流越来越充分。滑片式压缩机的设计思路和体现出来的技术水准,将满足专业用户的较高期望。本篇文章用详实的文字、丰富的图片,在各个角度将滑片式压缩机同现在应用比较多的螺杆式压缩机做出了对比,通过对比不但再一次诠释了机械设备发展的理念,也让我们充分看到了滑片式压缩机的技术领先程度和给用户带来的实实在在的收益。我们也会因为提供了这种产品和服务而获得收益。认真学习这篇文章,将滑片式压缩机的技术细节充分介绍给我们的用户,将使用户的收益和我们的收益最终实现。

  第一章 滑片式压缩机主机的工作原理、结构及特点

  1.1 设计原理和主机结构

  1.1.1 设计原理

  滑片式压缩机的空气端(主机)主要由转子和定子组成,其中转子上开有纵向的滑槽,滑片在其中自由滑动;定子为一个气缸,转子在定子中偏心放置(见图1-1)。当转子旋转时,滑片在离心力的作用下甩出并与定子通过油膜紧密接触,相临两个滑片与定子内壁间形成一个封闭的空气腔压缩腔。

  转子转动时,压缩腔的体积随着滑片滑出量的大小而变化。在吸气过程中,空气经由过滤器被吸入压缩腔,并与喷入主机内的润滑油混合。在压缩过程中,压缩腔的体积逐渐缩小,压力逐渐升高,之后油气混合物通过排气口排出。

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  1.1.2 主机结构

  如图1-2所示:滑片式压缩机的整机看起来比较简捷,几乎看不到什么零配件。它把空气过滤器、进气阀、油气分离器、安全阀、最小压力阀、油过滤器、温控旁通阀、回油阀等部件以模块形式全部浓缩在主机内。

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  1.2 主机可靠性

  1.2.1 运动部件

  滑片式压缩机的运动部件有转子和滑片。转子在壳体内做单一回转运动,进、排气口与转子轴线方向垂直,不受轴向力。径向力直接作用在转子上,如右图所示转子的强度大、刚性好,受到的径向力可以忽略不计。转子自身的加工水平、安装精度对压缩机的效率和可靠性几乎没有影响。同时它的寿命也不受其它部件的影响。对于转子来说,它是永远也不会坏的。另一个运动部件滑片通过一层油膜同壳体进行接触,并且在转子的带动下进行旋转,实际上壳体就是一个大的滑动轴承,而转子与滑片就是轴,在油膜的呵护下,滑片在理论上是永远也不会坏的,更何况它自身又有很好的补偿能力。所以无论在任何工况下,我们都保证它的使用寿命超过10万小时。螺杆式压缩机的运动部件有转子、轴承、齿轮。

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  螺杆式压缩机的进、排气口与转子轴线方向水平,在进、排气口强大的压差作用下及阴、阳转子啮合力的作用下转子同时受轴向力与径向力的作用,对转子自身的加工精度要求较高,转子装配的精度要靠轴承来保证,所以转子的寿命要受到转子加工设备的精度、轴承精度、齿轮箱、连轴器等相关设备的影响。这样螺杆的设计寿命为10万小时,但受诸多因素影响其使用寿命很难确定。

  

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  1.2.2 转子受力

  回转式压缩机在运转过程中主要受气体作用力、轴承支反力、转子自重、输入力矩、气体内力矩、摩擦阻力矩的共同作用。如果采用齿轮、皮带传动方式,还有齿轮作用力和皮带的径向拉力。其中气体作用力主要是由于吸气端和排气端的压力不同产生的,并直接导致了轴向力和径向力的产生。这两种力的大小和平衡方式直接决定了转子的运转寿命。

  从滑片式压缩机的工作原理来看,其只是一个转子的单纯回转运动,另进气口和排气口与轴线方向是垂直的,所以滑片在运转时并不产生轴向力。但由于进气端和排气端的气体压力不同,其压差作用可产生径向力。由于转子选用的材料刚性较好,转子直径较粗;另进气压力产生的径向力与排气压力产生的径向力方向是相反的,相互可抵消一部分,因此径向力对转子的影响可忽略不计。螺杆式压缩机的受力要复杂得多。这主要是因为螺杆式压缩机的排气口和进气口与轴线基本处在平行位置;另由于进气与排气的压力不同,其压差作用在螺旋齿面和进气、吸气端盖上,产生了很大的轴向力。如果转子上装有同步齿轮或增速齿轮,则齿轮传动时产生的轴向力也会作用在转子上。另外由于气体压力和齿轮、皮带传动还会产生一定的径向力。

  

 

  1.2.3 轴承

  螺杆式压缩机使用的是滚珠轴承和滚柱轴承,数量5-7个。因转子与转子间、转子与机壳间的装配精度很高都要由轴承来保证,又因为轴承支撑的螺杆受力较复杂、转速高达3000rpm所以对轴承的加工精度和装配精度要求较高。另外,轴承的寿命受润滑油的质量影响,可能会发生积碳现象。所以,轴承设计寿命5万小时但受多种因素影响使用寿命很难确定。滑片式压缩机使用的是滑动轴承,因转子与定子间的装配精度要求不是很高,而且,转子不受轴向力、径向力很小可忽略不计。所以对支撑转子的轴承要求不严,采用滑动轴承即可。滑片式压缩机的滑动轴承一般采用巴氏合金材料。这种材质的亲和性好,可吸附空气中的粉尘,提高转子、滑片、轴承的运行寿命。只要轴承被充以适当粘度和品质的润滑油,工作在适当的温度和压力下,并且油被很好的过滤,滑动轴承将永远工作下去,即它的寿命无限长。

  

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  1.2.4 机壳

  螺杆式压缩机的机壳加工、装配精度要求很高。转子与转子间、转子与壳体间都要留有一定的间隙,同时机壳上轴承座的加工精度要求也很高,轴承的安装精度要靠轴承座来保证否则会造成转子抱死。

  滑片式压缩机的定子加工、装配要求不高。因为滑片与定子间是主动密封形式,滑片在离心力的作用下与定子实现密封。另外,滑动轴承不需要在壳体上加工轴承座。转子与定子装配精度容易保证,设备的可靠性和效率高。

  1.2.5 运转速度

  螺杆式压缩机通过皮带或齿轮传动系统增速。正常情况下,阳转子的转速达3000rpm左右。滑片式压缩机转速一般为1000-1500rpm,由于采用直联,转子转速也为1000-1500rpm。滑片式压缩机定子与转子之间的压缩腔体积较大,因此在吸气时其有效吸入容积较大,在同样转速的情况下,与螺杆式压缩机相比,滑片式压缩机的排气量大。

  1.2.6 振动

  振动是由受力不均衡产生的。螺杆式压缩机与滑片式压缩机振动较小。滑片式压缩机不受轴向力作用且滑动轴承完全可以很好的平衡径向力,所以几乎无任何振动。螺杆式压缩机受力较复杂,与滑片式压缩机相比振动较大。

  1.3 主机容积效率

  容积效率是实际排气量和理论排气量的比值。螺杆式压缩机属于速度型密封。通过转子高速旋转实现密封。但由于转子间、转子与壳体间有一定的间隙,对注油螺杆式压缩机来说,泄漏三角形是泄漏量最大的,在螺杆式压缩机设计原理上它必然存在,而且无法被油有效密封。所以会产生一定的回流量导致容积效率降低。同时,相互啮合的阴、阳转子运行一段时间后会有一定的磨损,回流量大致使容积效率下降。

  滑片式压缩机属于主动型密封。滑片在运行时依靠离心力被甩出,而定子中喷入的润滑油使滑片与定子之间产生了一层油膜,它主要起密封作用,防止气体从高压侧向低压侧回流。滑片长时间运行后虽然会有一定的磨损,但滑片是主动甩向定子的,能自动补偿,所以滑片式压缩机容积效率始终如一。

  1.4 与螺杆式压缩机主机设计原理对比

 

螺杆式压缩机

运动部件数量

阴、阳转子

  齿轮、轴承

转子、滑片

尽量减少运动部件的数量,最大限度地降低设备的故障率

运动部件寿命

设计寿命10万小时受多种因素影响实际寿命低

使用寿命10万小时,滑片磨损可实现自动补偿

运动部件寿命长,维护费用低

运动部件受力

同时受轴向力、径向力作用

无轴向力,径向力很小可以忽略不计

受力平衡提高设备的机械

  性能

运动部件转速

3000rpm左右

1000rpm-1500rpm

降低运动部件的转速,减少磨损,提高其使用寿命

壳 体

加工、安装精度较高

加工、装配要求不高

转子与壳体装配要求容易得到保证,有利于提高设备机械性能

  第二章 滑片式压缩机整机结构及特点

  2.1 综述

  滑片式压缩机与螺杆式压缩机相比,在油/气系统;冷却系统;控制系统等方面的工作原理是完全一致的。但表现在外观上却大相径庭。两种机型结构形式的不同导致机械性能的不同。本章将对两种机型机械性能的不同做详细的说明。

  2.2 /气系统

  滑片式压缩机与螺杆式压缩机的油/气系统完全一致,具体如下图所示:

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  2.2.1 压缩空气的流程

  1、滑片压缩机空气的流程:大气空气过滤器进气阀空气端油气分离器最小压力止回阀后冷却器(某些小型机无后冷却器)用气系统

  2、螺杆压缩机空气的流程与滑片压缩机的气流程基本一致。

  3、滑片式压缩机与螺杆式压缩机气流程部件的比较见下表

滑片式压缩机

螺杆式压缩机

用户收益

空气过滤器内置

空气过滤器外置

减少了软管、卡箍

进气阀集成化内置

吸气调节器外置

减少连接管件及接头降低了泄露的可能

定子壳体与外壳

  形成油气分离器

油气分离器外置

减少了两根回油管

最小压力止回阀

  安全阀集成化内置

最小压力止回阀

  安全阀外置

结构紧凑

  2.2.2 油的循环

  1、滑片式压缩机油的循环:油气分离器温控旁通阀

  ↑ ↓ ↓ ↓

  空气端油过滤器冷却器

  2、螺杆式压缩机的油循环与滑片式压缩机的油循环完全一致。

  3、滑片式压缩机与螺杆式压缩机油循环部件的比较见下表:

滑片式压缩机

螺杆式压缩机

用户收益

滑片式压缩机定子壳体与

  外壳形成油气筒,内置

油气分离器

  外置

减少了两根回油管

温控旁通阀

  内置

温控旁通阀

  外置

与主机一体的温控旁通阀结构紧凑

最小压力止回阀

  安全阀集成化内置

最小压力止回阀

  安全阀外置

结构紧凑

  2.3 传动系统

  2.3.1 滑片式压缩机的传动系统

  1、 滑片式压缩机机型较小、电机转数低,而且没有轴向力,因此,其电动机与转子之间多采用柔性联轴器直联,使传动系统简捷可靠,又保证了99%以上的传动效率。

  2、 滑片式压缩机有效吸入容积大,容积效率高,故可以实现低转数。电机可以采用四级或六级。

  2.3.2 螺杆式压缩机的传动系统

  1、螺杆式压缩机采用传动方式一般有两种:齿轮箱传动、带传动。

  3、 螺杆式压缩机有三角形余隙容积,而且有一定量的气体回流。为保证主机容积效率,一般通过皮带或齿轮传动系统增速。电机转数较高,采用四级以上电机。

  2.3.3 滑片式压缩机与螺杆式压缩机传动系统的比较

滑片式压缩机

螺杆式压缩机

用户收益

柔性联轴器直联

齿轮箱

联轴器传动无需维护,部件少,故障率低

无需油润滑

需喷油润滑

 

免维护

  2.4 冷却系统

  2.4.1 滑片式压缩机冷却系统

  滑片式压缩机的冷却系统包括润滑油冷却器和压缩空气冷却器,两者一般连接在一起,放置于压缩机后部,称为后冷却器。某些小型机因为油量很小,温升较低,油冷却器置于机器中部;而压缩空气冷却器仍放在后部,或者干脆省略掉。滑片式压缩机多采用板翘式散热器以增大散热面积,用冷却风扇将热风吹出。小型机的风扇没有单独的电机,由主电机驱动;大型机有单独的风扇电机,独立驱动。

  2.4.2 螺杆式压缩机冷却系统

  螺杆式压缩机的冷却风扇,由单独的风扇电机驱动。

  2.5 控制系统

  压缩机的控制系统包括:控制线路(控制面板)和控制管路两部分。滑片式压缩机与螺杆式压缩机的控制线路一般均采用仪表控制或PLC控制,而两者控制管路却有很大差别。

  2.5.1 滑片式压缩机控制系统

  滑片式压缩机的控制管路由于大规模地采用模组化嵌入技术,将进气阀、真空阀、泄放阀、流量控制阀、安全阀、伺服阀高度模块化嵌入机器内部,同时减少了大量的连接管路。

  2.5.2 螺杆式压缩机控制系统(调节系统)

  压缩机启动时,空气端至吸气调节器之间形成负压,吸气调节器的止回起动阀开启,最小压力止回阀关闭,油气分离器内压力逐渐升高,卸载电磁阀带电、打开,油分内高压气体经过卸载电磁阀进入吸气调节器的隔膜腔,把阀门打开,并使泄放阀关闭,压缩机经进气阀吸气,进入负载运行;当压力达到上限后,卸载电磁阀失电、关闭,吸气调节器的隔膜腔内的高压气体经负调节器和卸载电磁阀排到大气中,吸气调节器的阀门关闭,泄放阀打开,在大气压力作用下,吸气调节器的止回起动阀开启,转入空载运行。

  2.5.3 滑片式压缩机与螺杆式压缩机控制管路的比较

滑片式压缩机

螺杆式压缩机

用户收益

 

  真空阀、进气阀、泄放阀、流量控制阀、安全阀、伺服阀高度模块化嵌入机器内部

  只有卸载电磁阀外置

吸气调节器

  负调节器

  泄放阀(快速泄放阀)

  先导阀(大机型)

  减压阀(大机型)

  卸载电磁阀

  均为独立元件有相应管件及接头连接

 

  减少了连接管件及接头,减少了泄露的可能,

  降低故障率

  2.6 附属部件

  2.6.1 电机

  1.滑片式压缩机的电机

  滑片式压缩机的转速较低,一般采用4~6级鼠笼式异步电动机,频率50Hz60Hz,以Y/启动降低启动电流。电动机绝缘等级在F级,防护等级IP55。同时,主机装配精度要求较低,考虑到工作的稳定性,采用了滑动轴承。由于柔性直联传动方式在工作中不存在径向力,轴承负荷较小,通常终生免维护。

  2.螺杆式压缩机的电机

  螺杆式压缩机的电机与主机采用齿轮或带传动方式,使轴承受到很大的径向力作用,负荷较大,轴承寿命很难保证。

  2.6.2 底座

  滑片式压缩机与螺杆式压缩机由于振动较小底座设计比较简单。

  2.7 小结

  通过对滑片式压缩机与螺杆式压缩机的油/气系统、控制系统、冷却系统、传动系统、附属系统(电机、底座)的对比,我们清楚地认识到机械设备发展的核心理念:运动部件减少、加工装配水平提高、运行可靠、人机交流充分。两种机型工艺原理相同、结构形式不同,体现出不同的机械性能。充分印证了这一理念。两种机型那一种更能满足用户的需求,显而易见。

  第三章 滑片式压缩机与螺杆式压缩机运行费用比较

  对于一台压缩机来说,它的运行费用要远远高于购机成本。所以,运行费用的高低直接关系到用户的利益。运行费用包括如下两个方面:维护费用;能耗费用。下面分别对这两个方面进行详细说明。

  3.1 维护费用

  维护费用是与易损件、消耗品相关连的。一般压缩机的易损件包括:空气过滤器芯、油过滤器芯、油气分离器芯。消耗品是润滑油。对于螺杆式压缩机而言,三滤尺寸较大,润滑油量较多。而滑片式压缩机,由于采用了模组化嵌入技术使整机结构紧凑,减少了三滤尺寸及润滑油量,相应的维修量小、维修费用低。螺杆式压缩机定期需要更换的部件还包括:吸气调节器隔膜片、轴承等。而滑片式压缩机进气阀嵌入在主机上,免维护。滑动轴承亦免维护。

  3.2 运行费用

  压缩机的运行费用主要是电能消耗的费用和停机造成的损失。而电能的消耗主要与压缩机的容积效率有关。螺杆式压缩机的容积效率随着运行时间的增加会有一定的下降。同时,由于螺杆式压缩机的维修量相对较大,所以停机损失会增加。滑片式压缩机长时间运行,滑片的磨损较小而且滑片有自动补偿的功能,所以容积效率始终如一。滑片式压缩机易损件少维修量小,所以停机损失较小。

  


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