空氣壓縮

空氣經過機械壓縮以後就成了壓縮空氣，用作生產壓縮空氣的設備通常稱為空氣壓縮機。人類很早就懂得使用壓縮空氣，現在壓縮空氣已是人類生產、生活中一種不可缺少的動力。隨著現代工業的不斷發展，對壓縮空氣品質的要求也越來越高，而且呈多樣化。

基本介紹

• 中文名：空氣壓縮
• 外文名：air compression
• 發明：希臘
• 套用：開鑿隧道等
• 工藝：乾燥淨化

簡介

地球表面上包圍著一層很厚的空氣層，這層空氣層叫做大氣。空氣的重量對地球表面上的物體均 施以壓力，這種壓力，稱為大氣壓力。空氣經過機械壓縮以後就成了壓縮空氣，用作生產壓縮空氣的設備通常稱為空氣壓縮機。人類很早就懂得使用壓縮空氣，現在壓縮空氣已是人類生產、生活中一種不可缺少的動力。隨著現代工業的不斷發展，對壓縮空氣品質的要求也越來越高，而且呈多樣化。

發展

空氣壓縮的技術最早人Ktezibios所利用。遠在二千年前他曾製造一具壓縮空氣大跑。利用橡皮來驅動炮筒內的活塞，將空氣壓綿以增大力量，產生較遠的大炮射程。

但是套用空氣壓縮的技術，直到約一百年前才有顯著的成就。譬如利用空氣操作鑽孔開鑿隧道，既沒有爆炸危險，又可在常溫下作業。最近二十年來在機械化及自動化的發展中，對以壓縮空氣機件作為推動工廠合理化的有效工具，有特別深刻的認識。目前已有很多任務業享受到氣壓裝置的益處，而且工業的范困正在日益增加中。

時至今日，壓縮空氣在現代工業建設中已有不能低估的地位。無論哪一種工業很難找出有不能利用氣壓的地方。而氣壓的套用範圍亦由簡單清洗操作延伸到全自動工具及複雜的生產機器。

乾燥淨化工藝

原理

壓縮空氣的乾燥通常指去除空氣中水分的過程，而壓縮空氣的淨化常指去除壓縮空氣中除水以外的其他污染物。 壓縮空氣乾燥的工作原理雖不盡相同，但是均以分離出壓縮空氣中的氣體水為目的。常用的乾燥原理分為吸附和冷凍兩種。吸附乾燥採用氣相或液相分子吸附在固體（即吸附劑）表面的方法來分離出壓縮空氣中的水分，而冷凍乾燥通過製冷循環冷卻壓縮空氣以分離出氣體水。相應地壓縮空氣乾燥設備也分為吸附式乾燥器和冷凍式乾燥機兩種基本類型。 壓縮空氣淨化的工作原理雖然隨其淨化機理的不同而不同，但基本以過濾的形式去除壓縮空氣中存在的游離狀態的灰塵、微粒、以及氣溶膠狀態的煙和霧。對於氣態狀的污染物，如有害氣體，常用化學過濾的方式淨化。

設備

壓縮空氣過濾器按過濾機理的不同可分為：

表面（surface）過濾器：如濾芯為過濾紙或過濾布的過濾器；因為濾材的空隙直徑較大，此類過濾器過濾效率不穩定，可以再生。典型的有布袋除塵器。

深層（depth）過濾器：如纖維過濾器，過濾器效率高，不可再生

壓縮空氣中常用的過濾器按過濾材質的不同可分為：

纖維（fibre）過濾器

微孔（pore）過濾器：如膜過濾器，此類過濾器通常為絕對過濾器，常用在過濾器微生物上。

粒子過濾器：如活性炭過濾器，其濾芯由活性炭顆粒組成。

由於壓縮空氣中不可避免地含有固體、液體、氣體等雜質，而且各有其特性，無法用單純的某一種設備就能達到目的，因此壓縮空氣乾燥淨化就成為一個系統，一個完整的壓縮空氣乾燥淨化系統包括：1）氣液分離器；2）過濾器；3）乾燥設備等設施。

1) 氣水分離器

氣液分離器的作用是對壓縮空氣進行預處理，把壓縮空氣中的凝結液儘可能100%地分離。氣液分離器常安裝在壓縮空氣系統的前部。 根據氣液分離的機理，常有旋風分離器、百葉窗式分離器、渦旋式分離器等幾種。

2) 過濾器

過濾器在壓縮空氣乾燥淨化系統中具有關鍵作用。採用不同的過濾器可去除壓縮空氣中的油（包括液體、氣體）、固體雜質、微生物、有害氣體等污染物。 在壓縮空氣乾燥淨化系統中，過濾器到處存在。

3) 乾燥設備

乾燥設備是去除水分的設備，常用的有以下幾種： 1）吸附乾燥設備 2）冷凍乾燥設備 3）冷凍和吸附組合的乾燥設備 4）其他乾燥設備，如膜乾燥、化學吸收乾燥等。

工藝選擇

壓縮空氣乾燥淨化工藝因供氣氣源、用戶使用特點、乾燥裝置的形式、淨化方法及其設備配置方式的不同而有較大的差異，其中乾燥裝置、淨化單體的選用和設定、輸送管道的設計，將直接影響到乾燥淨化效果和壓縮空氣的供氣質量。

因此，壓縮空氣乾燥淨化工藝應根據所使用的氣源參數——壓力、溫度、濕度及雜質的組成、含量等，需處理的空氣量以及用戶對壓縮空氣的要求——允許的阻力損失、露點、過濾精度、殘餘油分等，經技術經濟綜合比較後進行確定，選用適宜的乾燥淨化工藝及其設備，以達到技術可靠，經濟合理的目的。

設備

活塞式空壓機

其工作原理是由原動機(電動機或內燃機)直接帶動曲柄旋轉，然後通過連桿與十字頭，使曲柄的旋轉運動轉換為活塞的直線往復運動。空氣壓縮機中的進氣、排氣過程與液壓泵的吸油、壓油過程類似。

(1)活塞式空壓機，特別是多級活塞式空壓機體積大，結構複雜，零件多，附屬設備多，移動不便。

(2)活塞在氣缸中往復運動，工作分吸氣、壓縮、膨脹、排氣4個過程來完成，不僅振動和噪音大，而且壓力波動也較大。

(3)由於結構、製造、裝配、運轉等方面的需要，在氣缸中必須留有一定的余隙容積。由於余隙容積的存在，致使氣缸工作容積的一部分失去了吸氣作用，對空壓機的排氣量影響較大，實際排氣量隨余隙容積的增大而減小。

(4)吸氣閥存在著彈簧阻力，使吸氣終點壓力通常低於公稱吸氣壓力，要想使氣缸里的壓力達到公稱吸氣壓力，需經一段的預壓縮，這相當於吸氣容積減小，吸氣能力下降。

(5)即使採用中間冷卻的方式，通常二級壓縮的終點溫度可達140～160 oC。由於吸氣過程中，吸進的空氣與氣缸內殘餘高溫空氣的混合，同時高溫的氣缸壁和活塞也對空氣加熱，致使吸氣終了的空氣溫度高於大氣溫度，實際上是公稱壓力和公稱溫度狀態下的吸氣容積減少。

(6)漏氣主要發生在相對構件的接合面上，活塞式空壓機相對運動的構件較多，如氣缸和活塞環，活塞環和填料環，吸、排氣閥的閥片和閥座，這些部件的漏氣均會造成能量的損失。

(7)由於活塞式空壓機壓力波動較大，必須安裝風包，來減小壓力波動的影響，這樣使壓風設備增多，特別是井下空壓機的風包，《煤礦安全規程》明確規定：空壓機和風包應分別設定在2個硐室內。同時風包也是壓風系統中最容易發生爆炸的地方。

螺桿式壓縮機

螺桿壓縮機分雙螺桿與單螺桿2種。單螺桿壓縮機的發明比雙螺桿壓縮機晚十幾年，設計上更趨合理先進，單螺桿壓縮機克服雙螺桿壓縮機不平衡、軸承易損的缺點，具有壽命長、噪音低、更加節能等優點，20世紀80年代技術成熟後其套用範圍在日漸擴大。

(1)結構形式

雙螺桿壓縮機是一種雙軸容積式迴轉型壓縮機，其主要是主(陽)副(陰)2根轉子配合，組成嚙合副，主副轉子齒形外部同機殼內壁構成封閉的基元容積；蝸桿壓縮機是一種單軸容積式迴轉型壓縮機，其嚙合副是由一根蝸桿和2個對稱平面布置的星輪組成，由單蝸桿渦輪和星輪嚙合而成。螺桿壓縮機的機體均分為2種：一種為皮帶傳動式，另一種為直接傳動式。

(2)工作過程

雙螺桿壓縮機的工作過程：電動機經聯軸器、增速齒輪或皮帶帶動主轉子。由於兩轉子互相嚙合，主轉子即直接帶動副轉子一同旋轉。在相對負壓作用下，空氣吸人，在齒峰與齒溝吻合作用下，氣體被輸送壓縮，當轉子齧台面轉到與機殼排氣口相通時，被壓縮氣體開始排出。蝸桿壓縮機的工作過程：電動機以聯軸器或皮帶將動力傳到蝸桿軸上，由蝸桿帶動星輪齒在蝸桿槽內相對移動，封閉的基元容積發應變化，氣體被輸送壓縮，當達到設計壓力值，由主機殼體上左右兩側對稱的三角形排氣口排至油氣分離器內。螺桿壓縮機的主機殼體均開有噴油孔，憑藉自身的壓力差，在壓縮過程中將油噴到壓縮腔，以冷卻氣體、密封各部件間隙，並起到吸振、消聲及潤滑的作用。