空气压缩机
空气压缩机（英语：Air compressor），一般简称为空压机，压缩机。为一种空气压缩设备，使用电动机或发动机（由电力、柴油或汽油等驱动），转动压缩机，将空气（其压强通常为1大气压（atm），约为1巴（bar））转换为压缩空气。
空气压缩机的用途很多。常见的用途是将压缩空气充入空气储罐内，以便后续使用。若压力超过设定上限值，会关闭空气压缩机，或是由过压阀释放过多的空气[1]。若空气储罐的压力低于下限值时，会再开启空气压缩机，将空气储罐内的空气加压。
压缩空气中储存的压力能可以用在许多的应用中，例如作为气动工具的能量来源。空压机是工厂常见设备，也是高耗能设备之一，占工业用电比例约10%以上[2]。
空气压缩机和泵不同，空气压缩机处理的是气体，而泵处理的通常是液体。
分类
[编辑]空气压缩机可以依其输送气体压力分类：
- 低压空气压缩机，其输送气体压力小于150磅力每平方英寸（10巴）[3]
- 中压空气压缩机，其输送气体压力在151磅力每平方英寸（10.4巴）到1,000磅力每平方英寸（69巴）之间[3]
- 高压空气压缩机，其输送气体压力超过1,000磅力每平方英寸（69巴）[3]
空气压缩的方式有许多种，可以分为容积式（positive-displacement）或旋转动力式（roto-dynamic type）[4]
另一种分类方式是以其润滑方式分类，油润滑式空压机以及无油式空压机。无油式空压机系统是较新技术的系统，不需要油以进润滑，重量比油润滑式空压机要轻，也更容易携带，但需要更勤保养。油润滑式空压机是比较传统的空压机，需要用油润滑马达，以延长压缩机寿命。其优点是比较耐用，而且不像无油式空压机那么需要保养。有些无油式空压机是用水代替油作为润滑用，也有些是无油无水式空压机。
容积式压缩机
[编辑]容积式压缩机会使空气进入一个体积缩小的腔室中，以此压缩空气。只要其压力大于排出阀外的压力，排出阀会开启，使压缩腔室中的空气排出[6]。
- 活塞式空压机利用气缸内往复运动的活塞来压缩空气。活塞式空压机会有单向阀，在气缸进气行程里，让空气进入气缸，并且避免空气从单向阀外泄，另外有一个排出阀，在气缸压缩行程时，会将高压气体从排出阀排出，也会配合止回阀，避免高压气体在进气行程时再进入气缸。活塞式空压机可以是单段或是多段的，可能只有一个气缸，也可能是多个相同压力的气缸同时运作。多段压缩机的压缩比高，效率也比单段压缩机好，一般会用段间冷却（interstage cooling）来提升效率。
单段压缩机及二段压缩机的容量一般会用每分钟标准立方英尺（SCFM）及磅力每平方英寸（PSI）来表示，或是用每分钟标准升以及巴（bar）来表示。有些压缩机的标示会用每分钟实际立方英尺（ACFM），但较少见[需要解释][来源请求]，也有些仍标示立方英尺每分钟（CFM）[需要解释][来源请求]。只标示CFM是比较模糊的作法，因为没有对应的参考压力。
- 螺旋式压缩机的容积式压缩是靠二个相配合的螺旋型螺丝来实现，当二个螺丝旋转时，会导引空气进入腔室中，且在螺丝旋转时，腔室体积会逐渐缩小。螺旋式压缩机可以是单段的，也可以是二段的[需要解释]。
- 旋片泵是在转子中开数个径向的槽，将数个叶片放在其中，可以在槽内滑动，并且叶片外缘和腔室内缘接触，叶片会引导空气进入腔室，并且使其体积变小。这类的压缩机可以提供高压的定量空气[需要解释]。
旋转动力式空压机
[编辑]旋转动力式压缩机（Roto-dynamic compressors）包括了离心式压缩机及轴流式压缩机。离心式压缩机是用旋转叶片使气体增加动能，再用固定通道使动能转换为气体的压力，轴流式压缩机是用旋转叶片使气体增加动能，再用固定叶片使气体动能转换为气体的压力。
冷却
[编辑]由于气体的绝热压缩会使机体产生废热，压缩机需要冷却散热。一般而言会透过风冷或水冷散热，不过有些空压机（特别是旋转型空压机）会用油冷散热（之后再用风冷或水冷来为油散热）[7]。冷却方式可以透过入口温度、环境温度、压缩机功率以及应用领域决定。没有一种压缩机是可以适用在所有场合的。
应用
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空气压缩机的用途很多，像是提供纯净的高压空气填充气瓶，提供纯净的中压空气供水面供给潜水者使用，提供中压空气给办公室以及学校建筑中的气动力HVAC控制系统装置，供应大量的中压压缩空气作为气动工具动力来源，像是手提钻，填充高压压力容器，轮胎充气，也可以提供大量的中压压缩空气供大规模的工业制程（例如石化厂石油焦的氧化等）[8]。
空气压缩机也常用在石油及天然气采集、采矿以及钻井应用中，作为欠平衡钻井的冲洗介质，以及管道中的清洗用气体。
大部分的空气压缩机是活塞往复式压缩机、旋片泵或是螺旋式压缩机。非常大型的应用中会用到离心式压缩机，不过中小型的应用较常使用螺旋式、涡卷式[9]及往复式空压机。
动力来源
[编辑]空气压缩机可以使用不同的动力来源。一般最常会用汽油引擎、柴油引擎或是电动机驱动压缩机，不过在一些应用中也会用汽车引擎、能量撷取系统或是液压元件来驱动压缩机[10]。
压缩机的功率是由HP（马力）以及CFM（立方英尺每分钟，进气量）来计算[11]。压力容器的体积以及储存气体的压力即表示储存压缩空气的量。
在一些不易取得电力的应用，会使用汽油引擎或柴油引擎作为动力来源。引擎的缺点是噪音，以及需要通风将废气排出。若压缩空气是要供作呼吸用，驱动压缩机的引擎更需要通风。电动压缩机常用在生产线，店铺或是车库等可以持续供电的场合。常见的压缩机电源是110-120伏特或是230-240伏特。
维护
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为了确保空气压缩机正常运作，没有泄漏空气情形，需要定期进行维护保养。在空压机的整生命周期成本中，维护保养只占了8%[12]。
空气压缩机等熵效率
[编辑]空压机等熵效率（air compressor isentropic efficiency）越高，表示能源效率越好，越省电，越节能。根据美国CAGI空压机效能检测报告，目前（2022年）市场技术，大马力油润滑螺旋式空压机，双段压缩螺旋式空压机之等熵效率，最高已达到95%以上。单段压缩螺旋式空压机之等熵效率，最高已达到86%以上。[13]
空压机的整生命周期成本中，约有70~80%是在能源消耗上，因此使用高效率的空压机可以有效的节约能源。
空压机制造商
[编辑]参见
[编辑]参考资料
[编辑]
- ^ How Do Air Compressors Work?. Popular Mechanics. 2015-03-18 [2017-01-12]. （原始内容存档于2023-12-15）.
- ^ 台湾电力公司_能源技术服务 （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
- ^ 3.0 3.1 3.2 Classification of air compressors. www.tpub.com. [2017-01-12]. （原始内容存档于2024-09-11）.
- ^ Air Compressor Types and Controls. Natural Resources Canada. 4 February 2014 [2024-08-15]. （原始内容存档于2019-09-24）.
- ^ Davis, Jeff. What is a Two Stage Air Compressor – Air Compressor Insider. 2022-02-23 [2023-07-26]. （原始内容存档于2024-07-17） （美国英语）.
- ^ Compressor Selection Basics: Positive Displacement versus Dynamic Compression. [2017-01-12]. （原始内容存档于2018-02-16） –通过The 5th Utility.
- ^ Types of Air Compressors. The Engineering ToolBox. [2024-08-16]. （原始内容存档于2024-08-16）.
- ^ Applications for Compressors. www.industry.siemens.com. [2017-01-12]. （原始内容存档于2018-01-28） （英语）.
- ^ Hislop, Reid. Plug Power Places Large Production Order for Air Squared Compressors to be used in GenDrive Fuel Cell Units (PDF). Plug Power. [10 May 2019]. （原始内容存档 (PDF)于2021-12-10）.
- ^ Easy Guide To Rotary Screw Air Compressors For Vehicles – By VMAC. VMAC. 2018-10-16 [2018-10-30]. （原始内容存档于2024-08-16） （美国英语）.
- ^ Evaluating True Horsepower and CFM Ratings of Air Compressors. [2024-08-16]. （原始内容存档于2024-08-16）.
- ^ How Many Watts Does An Air Compressor Use. [2024-08-15]. （原始内容存档于2023-08-13）.
- ^ CAGI Performance Verification Data Sheets （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
