3.7 双螺杆压缩机

3.7.1 概述

在回转式压缩机中，无论是从技术方面还是适用范围来说，双螺杆压缩机都不失为一种非常优秀的机型。因此，双螺杆压缩机的市场规模稳居回转式压缩机之首。在一般动力用市场，特别是工矿企业，占据近八成的份额。本书接下来将以大量篇幅着重讲解，以双螺杆空气压缩机为主要内容。

1.双螺杆压缩机发展历程

20世纪30年代，瑞典工程师Alf Lysholm在对燃气轮机进行研究时，希望找到一种作回转运动的压缩机，要求其转速比活塞压缩机高得多，以便可由燃气轮机直接驱动，并且不会发生喘振。为了达到上述目标，他发明了螺杆压缩机。

在理论上，螺杆压缩机具有他所需要的那些特点，但由于必须具有非常大的容积流量，才能满足燃气轮机的要求，因此螺杆压缩机并没有在此领域获得应用。

尽管如此，Alf Lysholm及其所在的瑞典SRM公司，对螺杆压缩机在其他领域的应用继续进行了深入的研究。

1937年，Alf Lysholm在SRM公司研制成功了两类螺杆压缩机试验样机，并取得令人满意的测试结果。1946年，位于苏格兰的英国James Howden公司，第一个从瑞典SRM公司获得了生产螺杆压缩机的许可证。随后，欧洲、美国、日本的多家公司也陆续从瑞典SRM公司获得了这种许可证，从事螺杆压缩机的生产和销售。

最先发展起来的螺杆压缩机是无油螺杆压缩机，1957年喷油螺杆空气压缩机投入应用。1961年又研制成功了喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机。经过持续的基础理论研究和产品开发实验，尤其是对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功，螺杆压缩机的优越性能得到不断的发挥。

2.双螺杆压缩机的分类

（1）螺杆压缩机有多种分类方式。

按运行方式的不同，分为无油压缩机和喷油压缩机。

按被压缩气体种类和用途的不同，分为空气压缩机、制冷压缩机和工艺压缩机3种。

按结构形式的不同，分为移动式和固定式、开启式和封闭式等。

（2）常见的螺杆压缩机分类如图3-48所示。

上述每种螺杆压缩机的工作原理完全相同，但在某个主要特征上又有显著的区别。每种螺杆压缩机都有其固有的特点，满足一定的功能，并适用于一定的范围。

在无油螺杆压缩机中，气体在压缩时不与润滑油接触。无油螺杆压缩机的转子相互之间并不直接接触，而是存在一定的间隙。阳转子通过同步齿轮带动阴转子高速旋转，同步齿轮在传输动力的同时，还确保了转子间的间隙（这与喷油螺杆阳转子带动阴转子转动是最主要的结构上的区别）。

*需要注意的是：这里的“无油”，指的是气体在被压缩过程中完全不与油接触，压缩机的压缩腔或转子之间没有油润滑。但压缩机的轴承、齿轮等零部件，仍是采用一般的润滑方式。

3.双螺杆压缩机的发展方向

螺杆压缩机广泛应用于矿山、化工、冶金、建筑、机械、制冷等行业，在宽广的容量和工况范围内，逐步替代了其他种类的压缩机。

近年来，随着国内螺杆机头加工水平的提高，各种效率更高的螺杆压缩机不断面市。另外，通过对螺杆空气压缩机的电机及电控系统的改进，诞生了一批如永磁、变频等提高现场综合能效的螺杆空气压缩机。物联网等新技术给螺杆压缩机智能化的提升空间得到极大的扩展。

3.7.2 双螺杆压缩机术语

有些术语是压缩机行业通用的，这里不再赘述，仅列举双螺杆压缩机独有或常用的一些术语。

1.主机

主机俗称“机头”，指的是执行压缩过程的核心部件。主机需与原动机、管路阀门、控制、润滑、冷却等一系列附属部件协同工作，才能组成一台完整的压缩机组。

2.内、外压缩比

在之前的内容中，我们了解了压缩比是指压缩机的绝对排气压力和绝对吸气压力的比值。在讨论螺杆压缩机时，我们应了解两个压缩比值：一个是设计的螺杆主机压缩机比，又称内压缩比；另一个是螺杆主机运转时的压缩比，又称外压缩比。

当主机设计完成后，其内压缩比就固定了，它是螺杆主机设计的一个重要参数。一定形状的转子在机壳内旋转，推动并压缩气体到达排气口时，所能达到的压力与吸入气体的绝对压力的比值，就是内压缩比。

但是，现实中不可能为所有压缩比都设计一种主机，实际上也没有必要。其可以靠强制输气提高主机后端管路的背压来提升整台压缩机组最终的排气压力，或者使主机在排气后在后端管路里通过膨胀的手段来降低整台压缩机组最终的排气压力。前者称为定容压缩，后者称为定容膨胀。

其实可以简单理解为：压缩机主机本身的压缩比为内压缩比，整台压缩机组的压缩比为外压缩比。除了主机设计人员外，用户一般的行业从业者需要关心的是外压缩比。

压缩比涉及压缩机组的功率和效率等性能指标，是一个基础且重要的知识点。

3.容积效率

螺杆压缩机的容积效率是实际容积流量与理论容积流量的比值，它反映了压缩机几何尺寸的利用完善程度。

注：理论容积流量为单位时间内转子转过的齿间容积之和，它只取决于压缩机的几何尺寸和转速；实际容积流量是指折算到吸气状态的实际容积流量。

螺杆压缩机的容积效率与转子型线种类、转速、气体性质、喷油与否、压差等众多因素有关。各种螺杆压缩机容积效率有所差别，通常为0.75～0.95。一般转速低、容积流量小、压力比高、不喷液的压缩机的容积效率低；转速高、容积流量大、压力比低、喷液的螺杆压缩机的容积效率较高。

导致容积效率降低最重要的一个因素就是泄漏。喷油螺杆压缩机的“喷油”，对许多内泄漏通道具有良好的密封作用，可以显著地降低内泄漏量，提高容积效率。

喷油螺杆空气压缩机的容积效率为运行工况、转子型线、容积流量和转子齿顶速度的函数。特别是容积流量对容积效率的影响很明显，大容积流量压缩机要比小容积流量压缩机具有更高的效率。这是因为对于容积效率，压缩机的间隙与齿间容积并不成正比，即小容积流量压缩机的内部泄漏量所占比重要比大容积流量压缩机大。

4.转子的型线及其要素

螺杆压缩机中，最关键的是一对相互啮合的转子。螺杆压缩机的阴阳转子可视为一对相互啮合的斜齿轮，需满足啮合定律。但与传动斜齿轮不同的是，螺杆转子之间的动力传递及由此引起的齿面接触应力是次要的。例如，无油螺杆的转子，阴阳螺杆并不直接接触，两者的动力传递是靠同步齿轮来实现的。

双螺杆主机的设计参数包括型线参数、转子结构参数、压缩机结构参数及压缩机运转参数等。在双螺杆主机的设计中，型线的设计至头重要。转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线称为转子型线，转子副的型线决定了压缩机的性能。转子型线又称为端面型线或转子齿形。

转子型线的研究一直是螺杆压缩机研究领域的重点内容。因为双螺杆转子的型线基本决定了螺杆压缩机的性能好坏。螺杆压缩机之所以得到蓬勃发展，与型线的不断进化更新密不可分。

转子型线开发的成功与否决定了企业的持续竞争力，开发节能、高效的型线已经成为业界的不懈追求。不论是国际还是国内的知名螺杆压缩机厂商，都是伴随着新型线的开发成功而不断发展壮大的。性能优越的新型线、新主机一旦开发成功，往往就成为核心竞争力。衡量转子型线的指标主要是接触线、泄漏三角形、封闭容积、齿间面积。

双螺杆主机型线一般可分为对称型线和不对称型线。所谓对称型线，是指阴阳转子的每个齿，其齿顶中心线两边的型线完全相同，如图3-49（a）所示为对称型线。反之，齿顶中心线两边的型线不同，则为不对称型线，如图3-49（b）所示。目前，所有的喷油螺杆压缩机采用的都是不对称型线。

双螺杆转子型线大致经历了3次迭代升级。每次迭代都是为了获得更加出色的性能，原则上从这些方面进行改进：使接触线更短、泄漏三角形更小、封闭容积更小、齿间容积更大。另外，还要考虑便于加工、有良好的啮合特性、较小的气体动力损失等。当然，在追求这些改进时有些因素是相互制约的，需要综合权衡。

转子型线的迭代，区分在于采用不同的组成齿曲线（圆弧、摆线、椭圆及抛物线等）。第一代和第二代转子型线通常是“线”密封的型线。通俗地讲，就是转子啮合接触的是一个“点”，这些点沿着转子的长度方向形成一条“密封线”。而第三代及之后的各种新的不对称型线，一般都是“带”密封的型线。也就是其组成齿曲线中不再含有“点”，而都是“曲线段”，这些曲线段沿转子长度方向变形成了有一定宽度的“密封带”。

“带”密封型线的性能明显优于“线”密封型线，尤其在高压比或者转子直径较小的中小型螺杆压缩机中的优势非常明显。所以现在市面上第三代的转子型线就是各种各具特色的“带”密封。

（1）第一代转子型线 初期的螺杆压缩机第一代型线是对称圆弧型线。

为什么是对称圆弧型线？原因一主要是加工技术的限制，对称型线易于设计、制造和测量；二是型线对性能的提升主要是减小齿间容积间的泄漏，而泄漏主要是4个通道（后文详述）。

① 通过接触线泄漏。

② 通过泄漏三角形泄漏。

③ 通过齿顶间隙泄漏。

④ 通过排气端面泄漏。

不对称型线主要是减少了泄漏三角形面积，以此提高主机效率。

小贴士

我们知道螺杆压缩机最先发展起来的是干式螺杆，在无油干式螺杆中，这 4个泄漏通道都存在，再加上干式螺杆压缩机通常工作在较低压比和压差工况下，减少泄漏三角形面积并不足以显著提升干式螺杆压缩机效率。所以，目前仍然一些（如工艺干式无油螺杆压缩机）采用此类型线。

（2）第二代转子型线 随着螺杆压缩机喷油技术的发展，上文所述双螺杆压缩机的4条泄漏通道中的3条泄漏通道（齿顶间隙、排气端面间隙及接触线间隙）可以被油有效地密封起来，只剩下泄漏三角形通道需要进一步改进。泄漏三角形通道不同于其他几条通道，它不是狭长状的，而是一个近似于三角形的开口孔，因此无法被油有效密封。

如何减少泄漏三角形的面积便成为喷油螺杆压缩机性能提升的关键。不对称型线的出现正是为克服这一问题，其泄漏三角形的面积仅为对称圆弧型线的1/10左右，效率提升了10%以上。正是因为不对称型线给喷油螺杆压缩机带来的性能提升，才极大地推动了喷油螺杆压缩机的发展，扩大了市场份额。

但是第二代转子型线的密封仍是“点”组成的“线”密封，随着磨损及应用于喷油高压比场合需求的出现，泄漏问题仍有很大的改善空间，于是出现了第三代转子型线。

（3）第三代转子型线 第二代和第三代的转子型线都是不对称型线，两者的主要区别在于：第三代转子型线的组成齿曲线中不再有点、直线和摆线，均采用圆弧、椭圆、抛物线等曲线。这种改变可使转子齿面由“线”密封改进为“带”密封，有利于形成润滑油油膜，明显提高密封效果，同时减少磨损，持久地提高性能。

因为转子型线对螺杆压缩机的效率、性能等有着决定性的影响，所以转子型线的研究在螺杆压缩机的发展过程中始终是核心问题。

对于螺杆压缩机转子型线的要求，主要是在齿间容积之间有优越的密封性能，因为这些齿间容积是实现对气体的压缩的工作腔。

转子型线对压缩机性能有重大影响的要素有接触线、泄漏三角形、封闭容积和齿间面积等，如图3-50所示。

① 接触线 螺杆压缩机的阴、阳转子啮合时，两转子齿面相互接触而形成的空间曲线称为接触线（见图3-50中的10）。接触线一侧的气体处于压力较高的压缩和排气过程，另一侧的气体则处于压力较低的吸气过程。如果转子齿面间的接触线不连续，则处在高压力区内的气体将通过接触线中断缺口向低压力区泄漏。

② 啮合线 阴、阳转子型线啮合时的啮合点轨迹，称为啮合线（见图3-50中的4）。啮合线实质是接触线在转子端面上的投影。显然接触线连续，意味着啮合线也是一条连续的封闭曲线。

③ 泄漏三角形 螺杆压缩机转子接触线的顶点，通常不能达到阴、阳转子气缸孔的交线，在接触线顶点和机壳的转子气缸孔之间，会形成一个空间曲边三角形，称为泄漏三角形（见图3-50中的5）。通过泄漏三角形，气体将从压力较高的齿间容积泄漏至压力较低的邻近齿间容积。从啮合线顶点的位置，可定性反映泄漏三角形面积的大小，若啮合线顶点距阴、阳转子齿顶圆的交点 W 较远，则说明泄漏三角形面积较大。

④ 封闭容积 如果在齿间容积开始扩大时，不能立即开始吸气过程，就会产生吸气封闭容积。吸气封闭容积的存在，使齿间容积在扩大的初期，其内的气体压力低于吸气口处的气体压力。在齿间容积与吸气口连通时，其内的气体压力会突然升高到吸气压力，然后才进行正常的吸气过程。所以，吸气封闭容积的存在，影响了齿间容积的正常充气。吸气封闭容积在转子端面上的投影如图3-50中的3所示，从转子型线可定性看出封闭容积的大小。

⑤ 齿间面积 齿间面积是齿间容积在转子端面上的投影（见图3-50中的6、7）。转子型线的齿间面积越大，转子的齿间容积就越大。

5.转子的齿数比

螺杆压缩机阴、阳转子的齿数比，又称螺杆头数比。齿数比是在转子的型线设计时决定的。螺杆空气压缩机主机的阴、阳转子的齿数既要追求尽可能大的面积利用系数，又要顾及转子刚性，一般应使阴、阳转子刚性和承载能力相当。在实际应用中，考虑多种因素后选择4∶6、5∶6最为常见。此外还有：3∶4、4∶4、6∶8，其中6∶8仅用于高压级。

小贴士

在一些螺杆空气压缩机的营销文中，各使用4∶6和5∶6齿数比主机的厂商互相倾轧，大打口水战。实际上这两种齿数比各有千秋，就看侧重于哪一方面，不必太多纠结于此。在目前第三代高效齿形中，阳、阴转子齿数比既有4∶6也有5∶6（如图3-51所示的两种典型的转子齿数比）。就转子型线而言，目前在产的各种转子中，没有哪种型线之间的理论效率差别大于10%。制造精度、装配工艺水平、零部件质量、整机集成能力反而对性能和效率的影响更大。

事实上每种型线设计出来，要么针对低速运行优先，要么针对高速运行优先。比如，泄漏三角区小，齿间间隙小且表面拱形的5∶6齿数比，在低速下性能更佳，在较高速度下性能一般。而表面拱形度较差，滑动、滚动比较小的4∶6齿数比，在较高线速度下性能较好。

另外，转子齿数比还与转子的材质、长径比及所需达到的排气压力有关。

低齿数比（如3∶4齿）：转子直径较小，接触线长度较短，刚度较差，当压差大时，将会产生较大的形变，多用于压差较小的场合。

高齿数比（如6∶8齿）：转子直径较大，接触线长度较长，阴转子直径较大使得抗弯能力较强，适用于压差大的场合，如某些工艺压缩机。

6.转子的泄漏区

（1）泄漏三角区 上文已经有介绍，转子接触线与两转子的外缘及壳体相交点组成的一个三角形区域，通过它，空气将从一个高压的齿槽泄漏到另一个低压的齿槽腔。

（2）转子啮合间隙 阴阳转子啮合时，沿接触线的啮合间隙，如图3-51所示。通俗地理解就是阳转子和阴转子挨在一起时存在的间隙。

因为接触线两侧气体的压力差较大，存在较大的泄漏通道。这个间隙与压缩机的性能关系很大。因为转子接触线间隙不可能为零，泄漏是不可避免的，只可能在保证转子各齿不相互干涉的情况下尽可能小。

喷油螺杆压缩机使用润滑油在转子表面形成油膜，能较好地起到密封作用。

（3）转子端面间隙 转子端面有吸气侧和排气侧两个端面，如图3-52所示。吸气侧就是吸入大气，所以不存在压力差，显得相对无关紧要。排气侧就存在吸气和排气压力之间的压力差，所以此间隙非常重要。此间隙非零部件加工精度造成，而是装配引起，且是必要的，因此泄漏也是无可避免的。

小贴士

在主机设计中，考虑到转子工作时会受热膨胀拉伸，故将排气端间隙使用轴向定位作用的推力轴承固定死，热膨胀预留的间隙都放在吸气端。转子排气端间隙调整是转子装配中最重要的一个工序。间隙过大，则泄漏增大，效率降低；间隙过小，则摩擦增大，功耗增大，严重者轴承损坏、主机卡死。排气端面间隙一般取值范围为0.01～0.1mm，此间隙不同规格、不同品牌的主机有所不同。

（4）转子齿顶-腔壁间隙 阴阳转子的齿顶与其气缸之间也要留有一定的间隙（见图3-52），以补偿转子热膨胀、受力变形及加工误差。此间隙与排气端面间隙类似，取值范围为0.01～0.1mm。

小贴士

有些干式无油螺杆主机在齿顶还设有横截面很小的密封齿，刚开始运行经过一段时间的“磨合”，可以达到最佳间隙尺寸。喷油螺杆主机热膨胀不大，一般不需要这么做。

7.转子直径和长径比

（1）转子直径 主机转子的直径，这个在营销文中通常被用来说明自家产品物有所值。主要的理论依据是“螺杆压缩机的容积流量与转子直径的平方成正比”。所以通常的营销说法是：直径大的主机容积流量大，故转速可以很低，机器会更经久耐用。

这种说法只要稍有辩证思维的人不难看出破绽：既然主机直径大的容积流量大，为何还降低转速来满足较低流量？更有可能的情况是，这个流量段没有适当的主机可以使用，只能将大一规格的主机降低性能来使用以满足需求，更因为转速的降低可以降低对轴承的性能要求。这在早期国产螺杆主机未普及，尚依赖进口主机组装的年代颇为普遍。

事实上，比较转子直径这一单独参数，并不足以得出主机优越与否的结论。更多地，转子直径的确立是为实现产品系列化、标准化、通用化而不断平衡妥协的结果。

目前，转子直径的取值范围为40～845mm。但绝大多数的转子直径都小于300mm。原因一是加工成本过高，二是适用面窄，多台并联或采用离心机实现大流量更为可行。

转子直径的大小，一家主机厂并没有太多的规格。在最佳转速（齿顶速度）下，用尽量少的转子直径规格来满足尽量广泛的容积流量范围，是所有主机厂的原则。通常在一个转子直径的规格下，采用多个不同的长径比，以实现覆盖尽量宽泛的容积流量需求。

（2）转子长径比所谓转子的长径比，即转子的工作段长度与阳转子直径的比值，长径比通常为0.9～2.0。在同一转子直径下，采用较大的长径比有利于降低制造成本，以便制造容积流量大的主机。在同一转子直径下，采用较小的长径比则可承受的压力差更高，可以达到更高的排气压力。

承受更高压力差还与机体结构、所用材料有关。主要考虑的因素是转子的刚度和机械变形，长径比大的主机对这方面的要求将更高。

螺杆压缩机所能承受的压力差，主要取决于转子长径比和阴阳转子的齿数组合。对于常用的阳阴转子齿数4∶6的压缩机：当长径比为2.2时，只能承受1.0MPa的压差；当长径比减小为1.1时，就能承受3.5MPa的压差。当阳阴转子齿数比增大到6∶8时，转子长径比为1.1的螺杆压缩机所能承受的压差可达到5.0MPa。

8.主机转速和齿顶速度

工频螺杆压缩机的转速，通常只提及电机的极数和转速，或者一些通过齿轮传动增、减速，说明阳转子（主动）的实际转速。那么，主机的转速是如何确定的呢？

转速的确定都指向一个指标，即主机的齿顶速度。何谓齿顶速度？即阳转子齿顶圆周速度值。此值与转子型线、压力差、压力比、容积流量、气体性质、间隙、运行方式等因素有关，主机在某一最佳齿顶速度下，其压缩效率最高，如偏离此最佳齿顶速度，多数情况虽然不会立即产生机械破坏或者失效，但将导致效率降低、噪声和振动增大。

因此，主机厂都会提供各种规格主机的性能规格书-性能曲线表（见图3-53），总装厂通过选取不同极数的电机，搭配传动装置来确保齿顶速度在最佳齿顶速度范围内，达成某一流量、压力的机型配置。

3.7.3 主机基本结构

1.双螺杆压缩机的基本结构

（1）单级压缩螺杆压缩机主机 通常所说的螺杆压缩机是指双螺杆压缩机。双螺杆压缩机的主机（见图3-54）主要由阴转子和阳转子、机壳、轴承、端盖等部件组成。主机与原动机、电控元件、润滑和冷却系统、管道阀门等组成完整的压缩机组。

如图3-55所示，通常将节圆外具有突齿的转子称为阳转子，节圆内具有凹齿的转子称为阴转子，阳转子通常与原动机连结带动阴转子转动。阳转子主动，阴转子从动。

双螺杆压缩机在工作时会产生较大的轴向和径向力，通常使用球轴承承受轴向力并轴向定位，使用圆柱滚子轴承承受径向力并径向定位。

在压缩机体的两端，开设进气和排气孔口。一个供吸气用，称作吸气孔口；另一个供排气用，称作排气孔口。

（2）两级压缩螺杆压缩机的主机 两级压缩螺杆压缩机的主机常见的两种结构布局如图3-56所示，相对于单级压缩只有一对阴阳转子，两级压缩则有两对阴阳转子，两套螺杆采用串联的方式，吸入的空气经过逐级压缩后排出。

原理上的区别是：单级压缩只有一次压缩过程，即气体吸入到排出由一对转子完成压缩过程。而两级压缩是在第一级压缩主机压缩完成后，对被压缩气体进行冷却，然后再送入第二级压缩主机进行进一步压缩。

目前，市场上的两级压缩主机主要有上下、前后两种布局结构（见图3-57），也有两个永磁电机带两个主机的分体结构，其中上下结构最常见。

小贴士

并非采用两套转子或者两个主机的都叫两级压缩，两级压缩一定是压缩过程分为两次进行（即串联），且中间有冷却过程。有些两级压缩主机的中间冷却过程在设计上天生不足，也不能称为完全意义上的两级压缩。另外，一些为达到更大气量，采用两个主机并联工作的机型要注意区分。

根据工程热力学理论，空气压缩机的压缩过程可分为等温压缩、多变压缩和绝热压缩，其中等温压缩耗功最小，而空气压缩机实际的压缩过程为多变压缩，等温压缩机是不可能实现的。因此空气压缩机的设计方向就是要使压缩过程尽可能接近等温压缩过程，从而实现效率的最大化。两级压缩就是使压缩过程接近等温压缩的重要技术手段。

为了便于理解，将空气压缩机的压缩过程用 P—V 图表示，如图3-58所示，613 ′ 46为等温压缩过程。如果采用单级压缩，消耗的功相当于面积613 ″ 46；当采用两级压缩时，消耗的功相当于面积61256与面积52 ′ 345之和。节省的功相当于面积 2 ′ 23 ″ 32 ′ 。但与等温压缩相比，仍多耗了面积 122 ′ 1 加上面积2 ′ 33 ′ 2 ′ 的功。

两级压缩喷油螺杆空气压缩机在节能方面的优势较为明显，主要有以下两个原因。

① 采用了两级压缩，使得压缩过程更长，油气能够充分混合，压缩过程更接近等温压缩。

② 每级的压比更低，内泄漏更少，容积效率更高。

在两级压缩主机和系统设计上，不同制造企业各有特色。例如，主机多点喷油，使油气混合更均匀；级间设计特殊结构，形成雾状喷射帘，以降低二级吸气温度。其目的都是使压缩过程接近等温压缩，从而提高效率。

（3）实例 图3-59所示为鲍斯两级压缩螺杆主机，两对转子上下布局。该款主机有如下特点。

① 双级主机具有上下两级独立压缩单元，采用整体化设计，使结构更为紧凑。

② 主机采用等内压比设计，级间应用强制雾化油冷，更接近于等温压缩，使主机更为节能。

③ 双级主机排气端采用面对面配置的双圆锥轴承设计，采用SKF、FAG、NTN、NSK等品牌轴承，轴承设计寿命大于60000小时。

④ 主机采用大转子低转速的设计理念，主轴转速为1480r/min，噪声小、振动小。

⑤ 每级压缩比更低，内泄漏减少，容积效率提升8%～15%。

⑥ 利于调整每级转子达到更佳线速范围25～35m/s，获得更高压缩传递效率。

图3-60所示为鲍斯两级压缩螺杆主机（水平布局）。

鲍斯YHE系列水平双级螺杆空气压缩机采用鲍斯最新4—6齿型线，具有以下特点。

① 设有一体机止口，采用油冷一体电机直连，结构更紧凑。

② 泄漏三角形小，接触线长度合理，齿顶线速度比较接近，便于加工制造。

③ 壁厚优化设计，采用分体式结构，可以简化加工及装配工艺。

④ 优化水平布置结构，直连驱动轴，省略主轴、主轴齿轮和轴承，成本更低。

⑤ 优化油路设计，合理分配级间喷油量，更加节能。

2.主机的主要零部件

（1）机体 机体是连接各零部件的中心部件，它为各零部件提供正确的装配位置，保证阴、阳转子在气缸内啮合，可靠地工作。它由中间部分的气缸及两端的端盖组成，其端面呈“∞”形，这与两个啮合转子的外圆柱面相适应，使转子精确地装入机体内。

具有吸气通道或排气通道的端盖，有整体式结构的，也有中分式结构的。通常端盖内置有轴封、轴承，有的端盖同时兼做增速齿轮或同步齿轮的箱体。

通常机体上部开有吸气孔口，下部开有排气孔口，一般呈对角线布置。有些机体在下部还设有滑阀安装位置，用于流量调节。机体外壁铸有肋板，以提高机体的强度和刚度，并能起到一定的散热作用。

机体的材料主要取决于所要达到的排气压力和被压缩气体的性质。当排气压力小于2.5MPa时，常采用灰铸铁，如HT200等。当排气压力大于2.5MPa时，就应采用铸钢或球墨铸铁。灰铸铁一般用于常态空气和惰性气体，铸钢和球墨铸铁可用于碳氢化合物和一些轻微腐蚀性气体，合金钢或不锈钢用于腐蚀性气体或含水很高的气体。当然，也可以在普通材料上喷涂一层防腐材料。

（2）转子 转子是螺杆压缩机的主要部件。其结构有整体式和组合式两类。常采用整体式结构，将螺杆和轴做成一体。转子的设计和加工难度较高，基本的技术要求有：较好的气密性、较大的面积利用系数、接触线长度尽量短等。

转子一般由锻件加工而来，材料多采用中碳钢，如45＃钢。也有转子是采用铸造方式，材料采用球墨铸铁，常用球墨铸铁牌号QT600-3等。特殊要求的转子采用不锈钢或合金钢或铝合金。

（3）轴承 在螺杆压缩机的转子上，作用有轴向力和径向力。径向力是由于转子两侧所受压力不同而产生的。而轴向力也是因为转子两端的吸气和排气端压力不同，另外还有主动驱动从动转子的因素影响。

由于内压缩的存在，排气端所受的径向力比吸气端要大。两转子所受的径向力大小也不一样，阴转子的径向力较大。轴向力大小也不同，阳转子受力较大，大约是阴转子的4倍。

螺杆压缩机通常采用滚动轴承，一台主机内可能采用多种类型、多种规格的轴承。由于气体力引起的轴承负荷过大，现阶段气体轴承和磁悬浮轴承并不适合螺杆压缩机。

无论采用何种形式的轴承，都应确保转子的一端固定，另一端能够伸缩。一般情况下，转子在排气侧轴向定位，以便保持排气端有不变的间隙值，在吸入侧留有较大的轴向间隙，这是为转子预留的膨胀间隙。

（4）轴封 对喷油螺杆空气压缩机来说，一般小型的采用简单的唇形密封，大中型采用有油润滑机械密封。对无油螺杆压缩机来说，无油干式压缩机的轴封形式主要有石墨环式、迷宫式和机械式3种。对制冷和工艺螺杆压缩机来说，轴封要复杂一些，这里不探讨。

（5）滑阀 在喷油螺杆制冷和工艺压缩机上，滑阀的应用非常普遍。一些喷油螺杆空气压缩机也会采用滑阀。

3.7.4 工作原理

1.压缩机主机工作原理

转子在与它精密配合的机壳内转动，使转子齿槽间的气体不断地产生周期性的容积变化，沿着转子轴线由吸入侧推向排出侧。通过这种周而复始的容积变化，实现压缩机压缩气体的工作过程。

螺杆压缩机的工作循环可分为吸气（包含封闭过程）、压缩和排气3个过程，如图3-61所示（从底部向上观察）。随着转子旋转，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环。

从上述工作原理可以看出，双螺杆压缩机是一种工作容积作回转运动的容积式气体压缩机械。

气体的压缩依靠容积的变化来实现，而容积的变化又是借助压缩机的一对转子在机壳内作回转运动来实现的。与活塞机的区别是，它的工作容积在周期性扩大和缩小的同时，工作容积的空间位置也在改变。只要在机壳上合理地配置吸、排气孔口，就能实现压缩机的基本工作过程——吸气、压缩及排气过程。

小贴士

可以将阴螺杆的凹槽视为气缸，阳螺杆的凸齿视为活塞，阴阳螺杆的啮合，就相当于阳螺杆（活塞）在阴螺杆的凹齿（气缸）内滚动。使气体从螺杆的一侧挤压到另一侧，完成对气体的强制输送，即提升了排气孔口后封闭容积中气体的压力。

为详细说明工作原理，仅以一对螺杆齿为例说明。如图3-62所示，最上角图为从底部向上观察。转子右侧端面与吸气孔口相连，阴、阳螺杆齿在吸气孔口位置时，逐渐脱离啮合状态，齿间容积扩大，在其内部形成一定的真空，外部气体在压差作用下吸入齿槽中。图3-63所示压力仍维持在进气孔口压力不变，齿间容积持续增大。

如图3-64所示，随着转子的转动，阴、阳螺杆的齿间容积达到最大，同时该齿间容积与吸气孔口断开，吸气过程结束，该齿槽进入封闭过程。气体被阴、阳螺杆转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中。齿间容积由于转子的啮合即将开始减小，进入压缩过程。

如图3-65所示，封闭在齿槽的气体随转子的转动，向排气端移动，齿间容积由于转子齿的啮合而不断减小，被密封在齿间容积的气体所占的体积也随之减小，导致压力升高，从而实现气体的压缩过程。

如图3-66所示，齿间容积与排气孔口连通后，即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出。这个过程一直持续到齿末端的型线完全啮合。此时，齿间容积内的气体通过排气孔口被完全排出，封闭的齿间容积的体积将变为零。

随着转子的连续旋转，上述吸气、压缩、排气过程循环进行，各基元容积依次陆续工作，构成了螺杆压缩机的工作循环。

由上可知，两转子转向相迎合的一面，气体受压缩，称为高压力区。另一面，转子彼此脱离，齿间基元容积吸入气体，称为低压区。高压区和低压区被两个转子齿面间的接触线所隔开。另外，由于吸气基元容积的气体随着转子回转，由吸气端向排气端做螺旋运动，因此螺杆压缩机的吸、排气孔口通常呈对角线布置。

2.喷油螺杆空气压缩机的喷油机理

喷油螺杆空气压缩机作为当今空气压缩机市场的主流，尤其在 1～50m ³ /min、0.5～1.3MPa的用途范围，最具优越性和可靠性。而所谓“微油”螺杆空气压缩机也是指这种，市场上双螺杆空气压缩机绝大多数都是这种类型。喷油螺杆空气压缩机以其运行振动小、噪声小、效率高、维护简单、智能化程度高而得到大范围的应用。

喷油螺杆空气压缩机的压缩腔在压缩气体的同时喷入润滑油，并在之后的工作流程中又被分离出来。那么，为什么要喷入润滑油呢？

（1）喷油的4个作用 喷油螺杆之所以成为空气压缩机的主流，正是因为喷油带来的诸多好处，如图3-67所示。

① 密封作用 喷入的润滑油可以增加气密的作用，一方面阴、阳转子间形成的齿间容积的密封效果增加，另一方面转子和机壳、端面间的配合间隙密封也得到加强，从而有效提高容积效率。所以，喷油螺杆的转速相对干式无油螺杆可以低得多，干式无油螺杆必须以较高的速度来弥补泄漏损失。相比较而言，喷油螺杆的能源效率要高出一大截。

② 冷却作用 喷入的润滑油与压缩后的高温气体充分混合成油气混合物，通过后续流程的油分离和冷却后，再次循环喷入主机内参与压缩过程。

换言之，润滑油带走了压缩过程中产生的大部分热量，将压缩主机的温度有效控制在一定范围内。可以说，润滑油是压缩机热量的搬运工和压缩机温度的主要控制者。

③ 润滑作用 螺杆空气压缩机的阳转子带动阴转子转动，而喷入压缩腔的润滑油在转子表面形成油膜，避免了阴、阳转子之间的直接接触，大大降低了摩擦。

所以喷油螺杆无须同步齿轮，而干式无油螺杆则必须有同步齿轮，以避免和减小摩擦的产生。由此，喷油螺杆的主机结构得到极大简化。

④ 降噪作用 润滑油能有效降低压缩过程中产生的高频噪声，减少对环境和人体的危害。再加上罩式机箱的降噪措施（如隔音棉），使螺杆压缩机组噪声相对较低。

（2）喷油机理 大多数一般用的螺杆空气压缩机的油循环并不需要油泵，而是巧妙利用自身气路流程中产生的压力差，持续向压缩室和轴承位置喷入润滑油，不但简化了结构，而且喷油量随排气压力升高而加大，正好匹配了压比越高所产生的热量越大的散热需要。只要还在吸入气体进行压缩，就一定存在压力差，则喷油就一直持续，不可能会中断。对比其他一些机械润滑的都需要油泵，这个设计非常优秀。

当然，压力差太小，油路的循环就建立不起来。例如，低压（通常0.3MPa以下）的喷油螺杆空气压缩机，也是需要油泵进行喷油循环的。

（3）喷油量 润滑油对于喷油螺杆空气压缩机来说好处多多且至关重要，那是不是喷油量越多越好？显然不是！喷油量的多少，通常是在假定排气温度等同于排油的温度，再通过压缩机的热平衡式计算来决定。另外，还需考虑轴承、增速齿轮（如果有）的润滑所需。尤其是不同气体介质、不同压力比、流量大小、转速等不同情况都会影响喷油量的设计。

例如，高压缩比的气体密度大，本身能带走更多的热量，则润滑油就需要的少一些；容积流量小的空气压缩机容积效率相对较低，则需要提高润滑油的循环量以加强密封性；空气压缩机高转速时，相对泄漏小，但此时扰动油的耗功增大，则需减少喷油量。

总之，确定润滑油的循环量是一个较为复杂的计算和实验过程，在既保证排气温度不超标、机头各部件润滑充分的情况下，又能减少润滑油的喷油量，同时也能保证油的使用寿命，很能考验一家空气压缩机厂的设计能力。

*注：油气桶的容量和喷油量多少没有必然关系。

（4）润滑油的性能 喷油螺杆空气压缩机使用的空气压缩机油（有的叫润滑油，还有的叫冷却油、冷却液……不管叫什么，指的都是同一种东西）。

由于喷油螺杆空气压缩机的润滑油需要在高温、高压的环境下长时间使用（试想汽车润滑油5000km保养一次，按50km/小时计算，也仅仅连续使用了100小时。全合成机油10000km保养一次，也仅使用了200小时而已。而空气压缩机油的最低标准是 2000 小时更换，对润滑油的要求可想而知），因此需要具备优良的高温氧化安定性、低的积炭倾向性、适宜的黏度和低温性能及良好的油水分离性和防锈防腐性等。

可以说，喷油螺杆机出厂后能否稳定地运行，润滑油的品质最为关键。压缩机润滑油相关内容参见6.10节。

3.油气分离机理

在喷油螺杆压缩机中，为了降低排气含油量和循环使用机组中的润滑油，必须利用油气分离器把润滑油有效地从气体中分离出来。因此，油气分离器是喷油螺杆压缩机机组系统中的重要设备之一。

喷油螺杆压缩机在压缩气体的同时，大量的油被喷入压缩机的齿间容积。这些油和被压缩气体形成的油气混合物，在经历相同的压缩和排气过程后，被排入机组的油气分离器（油气桶）中。

（1）油气混合物的特性 在由压缩气体和润滑油形成的油气混合物中，润滑油以气相和液相两种形式存在。处于气相的润滑油，是由液相的润滑油蒸发所产生的，其数量的多少除与油气混合物的温度和压力相关外，还与润滑油的饱和蒸汽压有关。气相的油与油气混合物的温度和压力与润滑油的饱和蒸汽压成正比。在喷油螺杆空气压缩机的运行工况中，气相的润滑油较少，同时也很难分离。气相油的特性与其他气体类似，无法用机械方法予以分离，只能用化学方法清除。

显然，降低气相油含量的最有效方法是降低排气温度。但如前所述，在喷油螺杆空气压缩机中，排气温度不允许低到发生水蒸气被冷凝的程度（因为冷凝水会导致润滑油的加速恶化，而且影响成品压缩空气的品质）。减少气相油含量的另一种方法，是采用饱和蒸气压较低的润滑油，合成油和半合成油往往具有相当低的饱和蒸气压力，所以在改善润滑油性能的同时，能有效地降低压缩机排气中的含油量。

值得指出的是，在一般运行工况下，油气混合物中处于气相的润滑油很少。这是因为在通常的排气温度下，混合物中润滑油蒸气的分压力很低。另外，由于润滑油从喷入到分离的时间很短，没有足够的时间达到气相和液相间的平衡状态。

处于液相的润滑油占到了所有被喷入油中的绝大部分。这种液相油滴的尺寸范围分布很广，大部分油滴直径为1～50μm，少部分的油滴可小至与气体分子具有同样的数量级，仅有0.01μm。显然，大油滴和小油滴的性质会有较大的差异。

在重力作用下，只要油气混合物的流速不是太快，大的油滴最终都会落到油气分离器的底部。当然，油滴直径越小，其下落过程的时间就越长。直径很小的润滑油微粒，可以长时间悬浮在气体中，无法在自身重力的作用下，从气体中被分离出来。

（2）油气分离的方法 喷油螺杆压缩机机组中通常采用下面两种油气分离方法（见图3-68）。

① 机械碰撞法 即依靠油滴自身重力的作用，从气体中分离直径较大的油滴。实际测试表明，对于直径大于1μm的油滴，采用机械碰撞法可有效地进行分离。

当采用机械碰撞法进行油气分离时，要在油气混合物的流动方向上设置某种障碍物。当油气混合物与障碍物碰撞后，混合物中的油滴就会聚集在障碍物的表面，并在重力的作用下，落到分离器的底部。

值得注意的是，当采用机械碰撞法进行油气分离时，油气混合物撞击障碍物时的速度有一定的范围，其最佳数值与被压缩气体和润滑油的密度有关。对于喷油螺杆空气压缩机，最佳的撞击速度为3m/s左右。当速度太低时，混合物中的油滴会像气体一样，绕着障碍物流动，而不能聚集在障碍物的表面。当速度太高时，聚集在障碍物表面的油滴又会被高速流动的气体吹散，并回到气流中。

当采用机械碰撞法进行油气分离时，所设的障碍物可以是分离器的壁面，也可以是专门制造的网状元件，有时也采用两者的组合，即先让油气混合物撞击分离器的壁面，然后利用网状元件进一步分离。这种网状元件广泛采用不锈钢编造，具有制造简单、耐腐蚀、价格低廉等优点。只有在压缩非常特殊的气体时，才考虑用镍、铝、铜等其他金属材料，或聚丙烯、尼龙、涤纶等非金属材料。

② 亲和聚结法 通过特殊材料制成的元件，使直径在1μm以下的油滴，先聚结为直径更大的油滴，然后再分离出来。

亲和聚结法主要用于分离直径为1μm以下的油滴，由过滤和聚结两个过程组成。这种分离方法中采用的元件，实际上是一种多孔过滤材料，在油气混合物流入过滤元件之前，直径大于元件材料孔径的油滴，将在元件的表面被过滤出来。然后，利用过滤材料内部流道形状和大小的改变，可使进入其内部的小直径油滴在惯性力的作用下，在材料的纤维上聚结成为大直径油滴，并被过滤出来。

很显然，亲和聚结法中过滤元件的孔径将决定分离效果的好坏。如果材料的孔径较大，则许多小直径的油滴将无法被分离出来。然而，也没有必要把材料的孔径做得太小，这主要是因为随着被过滤出来的大油滴在过滤材料上的聚结，元件材料孔径的有效流通面积被明显减小，从而可使更小直径的油滴被分离出来。

当分离元件材料的孔径太小时，不但会使流动阻力增加和产生较大的压降，而且会使一部分油在气体压差的作用下，通过分离元件。另外，孔径越小，越容易被进入元件的灰尘等其他杂物所堵塞。

在早期的设计中，曾采用纯羊毛、改性化纤织物，以及烧结金属和陶瓷作为亲和聚结法的过滤元件材料。近年来，已普遍采用专门为此用途开发的超细玻璃纤维等材料，取得了除油效果佳、寿命长、压降小的效果。通常这类过滤元件可使气体中的含油量降至ppm级。

但无论这种过滤元件的结构多么复杂，经其分离后的气体中仍会含有某些润滑油。这是因为机械碰撞法和亲和聚结法，都无法把处于气相的润滑油有效地分离出来。

除以上两种方法外，亦可进一步采用化学方法，如利用活性碳元件的吸附作用，经过吸附后的气体含油量，甚至比普通大气环境中的含油量要低很多。

但是，这些过滤元件往往不具备自净功能，油气混合物中的灰尘等杂质进入元件后，会滞留其中。所以，在运行过程中，过滤元件的压降逐渐增大，当压降过量时，就需要更换过滤元件。为了尽可能减少气体流过过滤元件时的压力损坏和提高分离效果，气体在其间的流速不能太高。然而，流速越低，所需的过滤材料就越多，过滤元件的成本就越高。

合理的压降和流速，与被压缩介质的密度和润滑油的黏度等因素有关。一般通过洁净过滤元件的压降为0.025～0.03MPa，当此压降增加到 0.07～0.1MPa时，就需更换过滤元件。对于喷油螺杆空气压缩机，气体流过过滤元件时的速度应在0.1m/s左右。

（3）油气分离器设计 喷油螺杆压缩机的机组系统，可以分为开式和闭式两类。

在开式系统中，气体经过压缩机提高压力后，直接被输往使用场所，而不再回到压缩机中。喷油螺杆空气压缩机和喷油螺杆天然气压缩机的系统都属于此类。在闭式系统中，气体经过压缩机提高压力和在使用场所利用后，又会回流到压缩机中。喷油螺杆制冷压缩机的系统是典型的闭式系统。这里仅针对开式系统进行说明。

对于开式系统，机组排气中所含的润滑油就是油的消耗，所以其油气分离器采用机械碰撞法和亲和聚结法的组合形式，以尽量降低润滑油的消耗量。

如图3-69所示为典型的喷油螺杆空气压缩机的油气分离器结构。图3-70（a）为有隔筒结构，图3-70（b）为无隔筒结构，前者对于中、大型机组是必需的，后者只见于小型机组。

如图3-70所示，该机构把一次分离器和二次分离器组合为一体，油气混合物进入分离器后，首先撞击分离器中设置的挡板壁面，利用机械碰撞法进行一次分离。然后，油气混合物以较低的速度进入过滤元件，利用亲和聚结法进行二次分离。通过过滤元件底部的回油管，可将过滤元件分离出的润滑油引出。

经多年研究和试验发现，喷油螺杆空气压缩机通过油气分离罐的机械分离必须去掉95%以上的油滴，而剩余的5%大部分是细小油滴，少部分是油雾，细小油滴则由油气分离滤芯来进行分离。少部分油雾是很难分离的，只能随压缩空气跑掉。如何提高 95%以上的分离效果，其重要因素就是油气分离罐内机械分离罐形式和压缩空气在罐内的线速度。

（4）油气分离罐的结构形式

图3-71中（a）是某公司在其螺杆空气压缩机上使用的机械分离形式，它除采用了降速沉降法以外，还采用了上排气再分离的形式，此种方法的分离效果较好。

图3-71中（b）是国内螺杆压缩机生产厂商用的最多的油气分离罐形式，实际上它仿制自某外资品牌的油气分离罐切向离心分离的形式。

图3-71中（c）为T字形卧式机械分离，均采用水平喷吹碰撞加长距离迂回的降速沉降法，此种形式采用了立式倒装旋装外置油气分离滤芯，螺杆机头、油气分离滤芯均安装在卧式油气分离罐的上侧。

从上述几种类型的油气分离罐中我们看出，无论采用何种形式，都是想方设法将油气混合气中的油，在油气分离罐内与压缩空气尽量多的分离出来，以便减轻油气分离芯的分离负担，从而减少螺杆压缩机排气含油量。

除此之外，润滑油的高闪点也是非常重要的，它避免了润滑油在高温时产生大量的油蒸气。油蒸气的颗粒非常小，很难被油气分离滤芯拦截。跑掉的油和油蒸气会随着压缩空气进入管道系统中，从而造成油污染，严重时会使吸附式干燥机中的吸附剂失效，油和油蒸气随着压缩空气跑到用户生产线上造成更大的损失。如何减少甚至除掉喷油螺杆空气压缩机的排气含油在行业中是比较棘手的问题。

4.流量调节方式

在3.2节中已经介绍了容积式压缩机的容积流量调节原理和方法，双螺杆压缩机也属于容积式，因此这些流量调节方式总体来说也适用于双螺杆压缩机。但是在实际的工程应用中，考虑到经济性、便利性和可靠性，螺杆压缩机的流量调节方式有所取舍。例如，大多数的螺杆制冷和工艺压缩机采用的是在主机结构中内置容量调节滑阀的调节方案，但在螺杆空气压缩机中，这种方式并不多见。本节内容重点探讨一下双螺杆空气压缩机在实际工程中常用的流量调节方式。

对于流量调节，无论称之为“空气压缩机控制”“进气控制”或“气量控制”，其目的都是以最有效的方式使压缩空气的供需保持平衡，从而适应压缩机的运行工况。螺杆压缩机的气量控制按工作原理不同可分为进气调节、转速调节和转子长度调节。

（1）进气调节 进气调节按调节方式不同，还可分为进气阀开/关调节（ON/OFF调节）、进气节流调节、带上限调节的进气调节（自动调节阀调节）3种。有时制造商也常把其中的几种方式组合在一起使用。

① 进气阀开/关调节（加/卸载调节，ON/OFF调节）这种控制方式与微小型空气压缩机类似（微小型空气压缩机是利用气压开关设置上、下限，达到上限压力后空气压缩机停转，达到下限压力后空气压缩机启动）。螺杆空气压缩机与之相同的也是设置压力上、下限。不同的是，到达上限压力后空气压缩机不停转，仅进气阀关闭，此动作称为卸载，卸载后进气阀不再进气，故不再排气，此称为“空载”状态。当气压低至下限压力时，空气压缩机进气阀打开，空气压缩机开始排气，此称为“加载”状态。只有当“空载”状态持续一定时间后（可设置），才会停转。

空载状态下，电动机的负载并非为零，仍然需要消耗30%～45%的功率，这是因为电动机仍需驱动空转的压缩机和油循环。

*注意：空载状态下必须排空主机到最小压力阀之间的气压，只保留油循环必要的压力（0.25～0.4MPa），否则空载功率可能高达70%。

加载/卸载控制方式的主要特点是主机进气阀只有完全打开、完全关闭两种状态，机器的运行状态只有加载、卸载、自动停机3种状态。

这种调节方式简单可靠，早期采用压力开关、继电器和计时器就可方便地实现该功能。这种调节方式也是目前小型和经济型螺杆空气压缩机最常用的流量调节方式。

② 进气节流调节 进气节流调节是根据管网上的压力，调节进气量的大小。利用对进气的节流，降低了吸入气体的压力和密度，故理论上可以进行连续的无级调节。但这种调节方式有先天不足的缺陷，那就是通过节流降低了进气压力，但增大了压缩比（排气压力相同，进气压力更低），增加了功耗。有时气量虽然减少，但功率不降反升。如果节流至完全关闭进气，其耗功是满负荷时的约 70%，因而仅采用这种单一方式，明显经济性较差。因此，这种调节方式常和其他调节方式组合使用。

用进气阀（蝶阀或容调阀）来调节进气量的大小，按照用气量连续地变动进气量，自动使供气量与用气量匹配。调节功能由压力调节器完成，并直接取决于系统压力。压缩机运行在空载和满载范围内预设的压力点，只需消耗相对较小的功率便可保持系统压力。

相对进气阀开/关调节，进气节流调节的优势在于响应速度快，容易和系统用气量匹配，从而在一定气量范围内保持压力基本恒定。

在内燃机驱动的移动式螺杆空气压缩机中，虽然最理想的容积流量调节方式是变转速调节，但当内燃机的转速低到它所能达到的最低转速时，压缩机的容积流量并不为零。因此在最低转速下，再采用进气节流的调节方法，可进一步降低压缩机的容积流量。

③ 带上限容调模式的进气调节 该方式是容调方式和ON/OFF调节方式的结合，由逻辑控制器控制。即ON/OFF调节方式设定上、下限压力，在上、下限压力的上限部分执行容量调节。

如现场使用的压力需求约 0.75MPa，压缩机设定的上、下限压力分别为0.7MPa和0.8MPa，如果仅采用ON/OFF调节方式，那么压缩机必然在0.7～0.8这一区间来回波动。采用上限容调方式，则可在压力升高到0.76MPa时，容调关小进气量，如压力继续上升则容调继续关小，直至压力稳定，如用气量确实过小，压力升至上限0.8MPa，则卸载。当低于下限压力时，再次加载，进气全开，全气量快速补足气压。

（2）变转速调节 螺杆压缩机的容积流量和转速成正比关系，因此根据用气量的大小来改变转子的转速是最经济的调节方法。此种调节方法的另一个优点还在于，整个压缩机组的结构不需做任何变动，而且在调节工况下，气体在压缩机中的工作过程基本相同。

在原动机为蒸汽或燃气轮机、内燃机、直流电动机时，多采用转速调节的方式。例如，在由内燃机驱动的移动式螺杆空气压缩机和由汽轮机驱动的大型螺杆工艺压缩机中，这种调节方式得到了广泛应用。

对螺杆空气压缩机来说，变转速调节也得到了广泛应用。为此，GB 19153—2019《容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》已将变转速回转式空气压缩机列入其中。变频螺杆空气压缩机，特别是中、小型的永磁变频螺杆空气压缩机已得到普遍应用。

此外，需要注意的是，在喷油螺杆空气压缩机中，喷油量并不随转速的变化而变化，当转速过低时，可能会导致压缩过程中油与气的质量比超过其许可范围。

虽然利用转速的改变来调节螺杆压缩机的容积流量是一种非常有效的方法，但由于上述种种原因，这种调节方式只能在一定的范围内采用，通常调速范围在额定转速的60%～100%。

（3）转子长度调节

① 滑阀（见图3-72）滑阀调节方式目前被大量应用于螺杆制冷压缩机。这种调节方式的工作原理是改变转子机壳的密封点，实际上也就是改变进气口的位置，以调整转子的有效压缩长度，从而达到排气量改变时功率的同步下降。

此种滑阀调节最大的特点是可对气量进行连续的无级调节，并且效率较高。通常在50%～100%气量调节范围内，功耗成正比例下降。但在50%以下时，经济性不高。

滑阀已成功地应用于制冷系统长达30余年。也有个别制造商推出带滑阀的螺杆空气压缩机。

滑阀通常是与压缩机机壳融为一体，位于机体高压侧两内圆的交点处，它能在与气缸轴线平行的方向上来回移动，通过排气端盖侧纵向滑进滑出，使得压缩点的位置发生变化。由于它要暴露于全部压缩腔，而且要与两个转子精密配合，因此对加工精度要求非常高，配合公差非常小。另外，滑阀必须能对系统压力的变化做出反应，快速地滑进或滑出机壳的压缩腔，来实现平稳的气量控制，因此，滑阀通常在液压或气动控制下工作，其定位与系统压力成正比例。

为什么滑阀在螺杆空气压缩机中比较少用？一是结构复杂，二是空气压缩机的使用工况对滑阀的工作状态不利。例如，制冷系统是压缩的闭合气体——制冷剂，气体既密封又无尘，而对空气压缩机来说，从大气吸入的气体不可避免有杂质，这会导致滑阀的故障率偏高。

② 转阀（螺旋阀）（见图3-72）除滑阀外，转阀（螺旋阀）也可调节转子有效压缩长度。转阀同样和气缸体结合在一起，它不需要沿气缸水平方向来回移动，它是靠一个开有特殊螺旋槽形状的转阀的旋转来改变压缩开始点位置，即改变螺杆转子的有效压缩长度，从而改变气量。这种方式避免了滑阀这一活动部件作为气缸的一部分对精度的要求很高而难于加工的问题。

当用户用气量减少时，通过执行机构旋转转阀（螺旋阀），此时转阀（螺旋阀）开启，将位于主机气缸内壁上的旁路小孔部分或全部打开，使齿槽中原来要开始压缩的空气通过转阀（螺旋阀）又回到转子的吸气端面，这样就延迟了压缩开始的时间，即改变了转子的有效长度。

转阀（螺旋阀）的工作原理和特点同滑阀的原理是一样的，只是结构不同。这种调节方式也具有较高的效率，在现代的喷油螺杆空气压缩机中也有一些中、小机型采用。

（4）进排气管连通调节 通过在空气压缩机吸排气管之间的支路上装一个溢流阀，来达到调节压缩机的容积流量的目的。一旦排气压力超过特定数值，溢流阀就会打开，从而把排气压力维持在设定值。进排气管连通调节具有结构简单的优点，但是这种调节方式并没有改变压缩机的流量和排气压力，因而并没有省功，反而明显是一种浪费。因此，这种调节方式通常不采用，仅在部分移动螺杆空气压缩机中应用。

（5）实例 变转速螺杆空气压缩机（通常指变频）是区别于工频螺杆空气压缩机的另一类别。

对于电动机驱动的螺杆空气压缩机来说，容积流量的精细调节，变频方案在技术和经济性方面几乎是目前唯一的选择。宁波德曼（见图3-73）是国内最早一批开始生产变频螺杆空气压缩机的厂商之一，变频螺杆空气压缩机应用在用气量波动工况下相对更为节能的特点，使其一经推出就获得了市场的广泛认可。

早期的螺杆空气压缩机几乎均为工频，大约在2004年，开始出现普通异步电机或变频异步电机加装变频器的第一代变频螺杆空气压缩机，随着变频和电机技术的改进，变频螺杆空气压缩机的应用领域得到了不断扩展。目前永磁变频同步电机驱动的变频螺杆空气压缩机已成为一般动力用空气压缩机市场的主流产品。

通常，当螺杆空气压缩机配用一般通用工频电机时，称为工频螺杆空气压缩机；当配用变频电机和变频器时，称为变频螺杆空气压缩机；当配用异步启动永磁同步电机时，称为永磁螺杆空气压缩机；当配用永磁同步电机和变频器时，称为永磁变频螺杆空气压缩机。

① 变频控制原理 驱动工频螺杆空气压缩机的是三相异步电动机，其运行转速为：

式中： n ——电机转速，r/min；

f ——频率，Hz；

p ——电机的极对数；

s ——转差率。

由上式可知，只要设法改变三相交流电动机的供电频率 f ，就能十分方便地改变电动机的转速 n 。而当转差率 s 变化不大时，交流电动机的转速 n 与 f 基本成正比，即当改变供电频率 f 时，便可改变电动机的转速 n ，从而实现对电机的转速控制，最终实现螺杆空气压缩机容积流量的调节。这就是螺杆变频空气压缩机的理论原理。

虽然螺杆空气压缩机启动时的负载比较大，当压力大幅变化时，转矩变化也较大，但通常认为螺杆空气压缩机仍属于恒转矩重载类负载，其产气量与转速成正比。

拓展阅读

异步电机使用变频器调速时，改变输出频率则必须改变供电电压。这是因为为了充分利用铁芯材料，在设计电动机时一般将额定工作点选在磁化曲线开始弯曲处，调速时也期望能保持电机每极的磁通 φ 为额定值。因为磁通增加将引起铁芯过分饱和，励磁电流急剧增大，导致绕组过分发热，功率因数降低；而磁通减少，将使电动机输出转矩下降，如果负载转矩维持不变，势必导致定、转子过电流（电动机要稳定运行，电磁转矩必须等于负载转矩），从而产生过热现象。

② 变频控制系统 通常变频螺杆空气压缩机对转速的控制要求并不是特别高，考虑结构简单、成本等因素，常采用V/F控制与PID（Proportion Integration Differentiation）控制器组合的控制方式。V/F控制是使输出电压与频率成正比，保持电动机的磁通稳定，即输出频率低时，电压也低，频率高时，电压也高，直到满频运行，电压到达400V。但在启动或低频运行时，会出现转矩小的问题，发生无法启动或转矩不够的情况。因此，还需有控制转矩补偿，也就是变频器在启动时，输出电压有一个补偿量，不按V/F基本比例关系输出。这样才能保证电机可以启动，在低频下可以正常拖动负载运行。

空气压缩机变频调速系统主要由变频器、压力传感器、可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Contrdler）3个部分组成。其中变频器是系统运行的核心，主要作用是将输入的工频电转变为幅值和频率都可调节的交流电，然后输出至交流电机；压力传感器主要用于采集气压管网的压力信号，并将采集的信号反馈给可编程逻辑控制器（PLC）；PLC是整个空气压缩机机组的大脑，它把设定的压力值与压力传感器反馈的压力值做比对，通过内部的PID程序模块，控制变频器的输出频率。此外，在运行过程中，变频器将电流、电压、频率等数据反馈给PLC，PLC负责显示或存储运行状态、相关数值或故障信息等。

变频调速系统以空气压缩机系统实时压力作为控制对象，通过对电机的变速调节实现对空气压缩机输出压力的自动化控制，从而使空气压缩机输出压力与管网用气量变化达到动态化匹配的理想运行状态，减少功耗浪费。

③ 变频系统运行控制

A.变频运行控制

启动：按控制器启动按钮，控制器检测系统无故障的状态下，输出启动信号给变频器，驱使变频器运行；由压力传感器采集系统的压力值，不断通过PID计算，给出变频器当前需运行的频率，同时关闭卸放电磁阀，保证气压上升。

运行过程控制：螺杆空气压缩机完成启动以后，空气压缩机产气，压力开始升高，当气压靠近设定的恒定压力时，通过控制器输出的频率值变小，使得变频器频率降低，维持压力稳定在所设的恒定压力值；当用气量增大时，储气罐压力值减小，压力传感器反馈给控制器的压力低于恒定压力值，控制器的输出频率值变大，变频器输出频率增加，压缩机的产气量增大，直到维持在恒定压力值。

停车控制：按控制器的停止按钮，控制器输出停止信号给变频器，使得变频器马上自由停车，此时空气压缩机停止运行，电磁阀打开，卸去空气压缩机的内部压力。

B.防频繁启动控制

在变频控制方式下，该系统需要设置防频繁启动的控制功能，即正常停机、故障停机后，需要延时一段时间才能重新启动。在启动的时候，保证系统内压已经卸放，防止变频器在启动的时候，因负载过大而过流，同时也保护电机。

C.温度控制

在机组运行过程中，当排气温度大于风机启动温度时，风机开启，并且根据排气温度，通过PID计算给出风机运行的频率，输出给主变频器，主变频器通过模拟量输出口，控制风机变频器的运行速度，从而调节空气压缩机的系统温度，使空气压缩机的运行温度基本维持在设定的恒定温度值，提高系统的稳定性。

D.故障停机与紧急停止

在运行过程中出现电气故障或排气温度高等故障时，控制器会输出故障信号，并且停止运行空气压缩机，需要排除故障并且复位以后才能正常启动空气压缩机。当空气压缩机出现紧急情况需要紧急停止时，空气压缩机上设置有急停开关按钮，立即使控制器输出频率置零。

图3-74所示为德曼GGV系列变频双螺杆空气压缩机。此系列专为超高效空压站、合同能源管理项目、压缩空气售气项目定制，追求极限节能和安全。

5.温度控制

喷油螺杆压缩机的温度不由工作压力和介质物性质决定，而是由压缩机功耗、被压缩气体的比热容，以及所喷入的润滑油温、油量共同作用的结果。事实上，如果供入足量温度很低的油或其他液体，甚至可以使这类压缩机的排气温度低于进气温度。在这种情况下，有时会误认为实现了等温压缩过程，能获得比绝热压缩时更高的效率。但实测数据表明，实际压缩机的最高效率仍比绝热压缩时的效率低一点。

另外，由于螺杆压缩机的转速较高，被压缩气体在压力升高过程中，与喷入的润滑油之间的热交换很不充分。因此，在压缩结束时，气体的温度会明显高于油的温度，随着气体和油排入油气分离系统和相关管路，在流动中最终实现热量平衡，达到相同的排气温度。

运行的排气温度越高，所需的油冷却器越小，并且所需的润滑油量也越小。但是排气温度越高，压缩机中专为膨胀影响而留的间隙也就越大，压缩机的效率将会降低。同时，高的排气温度也会导致更多的润滑油处于气相，增加油分离的难度。另外，高的排气温度还会降低油的使用寿命。特别是矿物油，在高温的情况下，矿物油会发生氧化、碳化或分解。所以，喷油螺杆空气压缩机的排气温度通常是指高温对油的影响。

对于螺杆空气压缩机来说，排气温度在85℃左右最佳。螺杆转子间的间隙一般为5～12μm，大机器较大，小机器较小，其咬合的膨胀温度一般为130℃～140℃，所以需要控制压缩机的温度在此之下，大多上限设置为110℃。同时，支承轴承一般不允许长时间运转在100℃以上，对于有必要长期运行在 100℃以上的压缩机，多采用合成油，以适应高温下保证油的润滑特性和寿命。

（1）上、下两个温度限值 螺杆空气压缩机的排气温度，其温度取样点就在压缩主机出口附近（*注意：不能望文生义，排气温度并不是整台压缩机的出口位置的温度）。排气温度是指压缩机主机的排气端出口油气混合物的温度，也就是进油气桶前的油气混合物的温度。

控制压缩主机的出口温度，最主要的是控制压缩主机的喷油温度，而担此重任的就是温控阀。

螺杆空气压缩机排气温度是有特别要求的，既不能过高，也不能过低，因此有上、下两个温度限值。

螺杆空气压缩机排气温度过高，高温会引起跳闸、油积碳、效率降低，甚至损坏零部件。一般排气温度控制上限为110℃。

排气温度的下限值，原则是尽可能不在系统内出现冷凝的液态水。因此，排气温度不得低于气体压缩后水蒸气分压力所对应的饱和温度，即压力露点温度。如在100%的相对湿度下，从20℃的环境温度中吸气压缩到0.8MPa时，对应的饱和温度约为59℃，即低于59℃压缩空气中开始有冷凝水出现。考虑到工况的不稳定，为了保证足够的冗余度，尽量少出现或不出现冷凝水，通常应控制排气温度不低于70℃。

但事实上，温度下限值还受环境温度、湿度、压力的影响，应该是一个变化值，例如，环境温度和湿度与所处的地理位置和季节有关。

压缩空气析出水分的温度如表3-2所示。

从上表可以看出，湿度越大、温度越高，则压缩空气可以析出水分时的温度越高。

因此，压缩空气的排气温度不可过低。春季潮湿，尤其是南方的“回南天”，尤其注意要提高空气压缩机的排气温度，如采取调高散热风扇的启动温度（风冷）、减小冷却水流量（水冷）等措施，否则压缩空气中的水分结露成液态水进到润滑油里，非常容易造成润滑油乳化变质劣化。

（2）温度控制的机制 对于制造商而言，批量生产的压缩机在配置上是一致的，通常设计成可匹配大部分的使用工况，如用大的冗余来换取更广的适应性。但从出厂后的压缩机实际使用的角度来说，随着压缩机使用年限的增长，机组性能必然下降，在一些并不极端的工况下，也容易出现机组温度控制失败的情况。当我们在理解了螺杆空气压缩机温度控制的机理后，就可以做出适当的调整。

例如，高温的夏季，在机组散热能力不足的情况下，除了尽可能改善机组散热措施外，还应尽量使用高品质全合成润滑油，减少润滑油结焦积碳的风险，并尽量使排气压力运行在允许的使用压力的下限，以减少压缩热。再如，上文提到的南方的“回南天”，压缩机在这种工况下运行，虽然较少出现高温报警的故障，这容易让使用者麻痹。其实这种工况对油的考验很大，尤其是对油的抗乳化性能。在一些实际使用案例中，就出现过“油越用越多”的现象，实质是冷凝水进入了润滑油系统中。要理解将排气温度保持在合理区间内的重要性，无论高温还是低温，对压缩机正常运行都有很大的损害。

在喷油螺杆空气压缩机机组系统中，一般采用常规的冷却器来冷却机组中的润滑油和压缩空气，冷却介质可以是水或空气。通常水冷的机型，其油冷却器和气冷却器（也叫后冷却器）是分别安装的。而风冷的机型，通常把油冷却器和气冷却器拼接在一起，观感上是一个整体，实际是各自独立的。从散热面积来看，油冷却器明显要大得多。一些中大机型的气冷却器装有气水分离器，以去除压缩空气在散热器中冷却时冷凝析出的水分。

（3）润滑油量 喷油螺杆空气压缩机的喷油量是比较大的，通常每立方米吸入气体要喷入8～15L油，相当于油与空气的质量比为1.5～10，而容积比小于0.01。供给压缩机中所有部件的油，都起到了控制排气温度的作用。确定润滑油量就是每个制造厂商必须慎重对待的关键设计步骤。本书不深入探讨这方面的知识，仅做一些方法上的介绍，或许有助于了解各制造商产品的制造设计水平。

在假定不向外界散发热量、排气与排油温度相等的条件下，可由压缩机的热平衡式求出喷油量：

P = q _mg c _pg （ T _d -T _sg ）+ q _mo c _po （ T _d -T _so ）

式中： P ——压缩机轴功率，kW；

q _mg ——气体质量流量，kg/s；

q _mo ——喷油质量流量，kg/s；

c _pg ——气体的比定压热容；kJ/（kg·K）；

c _po ——油的比定压热容，kJ/（kg·K）；

T _sg ——气体的进气温度，K；

T _so ——喷油温度，K；

T _d ——排气温度，K。

上式，根据预设的排气温度，可以确定喷油量。反之，如已知喷油量等参数，可求出排气温度。

例： 一台喷油螺杆空气压缩机的排气压力为0.8MPa，容积流量为1000m ³ /h，轴功率为105kW，进气压力为0.1MPa，进气温度为15℃，供油的油温为50℃。为了将排气温度控制为100℃，计算其喷油量。

15℃时空气的密度为1.226kg/m ³ ，质量流量为：

空气的比定压热容为1.005kJ/（kg·K），一般油的比定压热容为1.842kJ/（kg·K），则：

P = q _mg c _pg （ T _d -T _sg ）+ q _mo c _po （ T _d -T _so ）

105=0.34×1.005（100-15）+ q _mo 1.842（100-50）

105=29.045+92.1 q _mo

即：

当油的密度为0.9kg/L时，所需喷油量为：

当然，上式仅是根据满足油对气体的冷却作用而得出，但由于存在向外界的散热和油气间的换热温差，因此必然出现一定的偏差，还需参照实测数据予以矫正。

在实际工程中，确定螺杆压缩机的喷油量时，还要考虑一些其他因素。例如，在相同的条件下，如果机体等机件的散热条件较差，油循环量就应适当提高；对容积流量较小的机器，容积效率较低，内部损失相对较高，也要求适当提高油的循环量。另外，转速高时，相对泄漏损失小，但扰动油的耗功较大，所以就要求适当减少油的循环量。

3.7.5 系统组成

以工业上使用最普遍的工频喷油双螺杆空气压缩机为例，详细讲解螺杆压缩机的系统组成及主要零部件。喷油螺杆空气压缩机的集成度和智能化程度越来越高，结构越发多变。例如，两级压缩、变频，甚至是其他回转式压缩机机型，如单螺杆压缩机、滑片式压缩机等。但是万变不离其宗，除主机外，其他必须具备的几大系统大体都差不多。

通常喷油螺杆空气压缩机主要包含的几个系统：动力系统、空气压缩系统、润滑油循环系统、冷却系统、控制系统、机箱及其他附属系统。这些系统相辅相成，紧密协作只为一个目的：生产压缩空气。

1.动力系统

喷油螺杆空气压缩机的动力系统包含原动机及传动装置。

（1）原动机 原动机主要使用电动机及柴油机。

通常固定式的原动机几乎都使用电动机，而移动式则电动机和柴油机兼有（行业俗称电移、柴移）。

无论从购置费用、效费比还是操作维护来说，电动机都有绝对的优势，所以只有在一些野外施工、矿山等缺乏电源的情况下，才使用柴油机驱动，而且一般只是用在气动工具、设备的驱动上。

工频喷油螺杆空气压缩机使用的电动机一般为三相风冷笼式异步电动机，且有匹配空气压缩机的负载特点的专门设计。

（2）传动装置 螺杆空气压缩机的传动方式比较多，有带传动、齿轮传动、直联传动、一体轴传动等。

① 带传动（皮带），通常用在小机型上，早期用在 90kW以下的机型居多，现在一般只有45kW以下才会采用。优点是简单、经济、改型方便，对制造商的整机设计和集成能力要求不高；缺点是噪声大、皮带易磨损打滑、传动效率较其他的方式低。

② 齿轮传动（见图3-75），一般用在需要增速或减速的较大功率的空气压缩机上（110kW以上），它和带传动一样，都是针对要求有速比（传动比）的场合，即电机的转速和机头（阳转子）转速不一样。通常齿轮与主机都布置在一个机壳内。

③ 直联传动，指电机与主机的轴通过联轴器传动。行业使用的联轴器均为挠性联轴器，即允许两转子对中可有一定的偏差。联轴器形式多种多样，如梅花型、轮胎型等。

小贴士

“1∶1直联”为行业的商业化宣传语，意指传动比为1。也就是说，电机轴通过联轴器联接的是主机阳转子的轴。即主机转速等于电机转速，潜在意思是用来表示主机的转速低，主机规格大，不是小机头拉高速的短命机器，物有所值。

但是，如果是采用齿轮和直联相结合的传动方式（见图3-76），由于主机和齿轮是做成一体的，因此传动比并非等于1，虽然看起来是电机和主机直接联接，但不能说是1∶1直联了。

④ 一体轴传动，是最近几年随着永磁一体机出现的传动方式，也就是电机的轴和主机的轴是同一根轴，主机的伸出轴就是电机的转子，是完完全全的直接传动，传动效率最高。相比其他直联传动，尺寸上短了很多（少了中心托架和联轴器位置），方便了整机的小型化布局。

图3-77所示为鲍斯单级永磁一体机，其特点如下。

A.螺杆主机与高效永磁电机合而为一，传动部件减少35%以上。

B.主电机一体式驱动结构，无传动损失，可获得近100%的传动效率。

C.永磁电机采用高性能钕铁硼永磁体转子，带来超高的电机效率（钕磁铁的磁力，可以吸起自身640倍质量的铁，即使在180°高温下亦不退磁）。

D.强制排风的设计，电机内部可保持理想温度，更确保钕磁铁的磁力长久强劲，使用寿命可超过15年。

E.矢量变频控制，响应迅捷，合理分配电流值，转矩提升效果更加优异。

2.空气压缩系统

空气压缩系统是螺杆压缩机的主要功能部件，包括过滤进气组件、压缩主机和油气分离组件3个部分。

（1）过滤进气组件 包括过滤和进气控制两部分。前者负责对进气进行过滤，去除空气中的粉尘、杂物等固态颗粒物，后者对主机的吸气量进行控制，以此达到控制容积流量的目的。

① 进气过滤器单元进气过滤器单元（见图3-78），相对结构上比较简单，通常由空气过滤器和进气导管（软、硬管都有）组成。一些小型机没有进气导管，甚至空气过滤器外壳都不需要，而直接将空滤芯安装在进气阀上。更大一些流量的机组也会采用多套空气过滤器，以获得更好的过滤效果和降低吸入阻力。

小贴士

空气过滤器的滤芯是易耗品。螺杆空气压缩机保养“三滤一油”，即空滤芯、油滤、油气分离器芯和空气压缩机油。

图3-79为三格生产的空滤实物图。

采用含有玻纤的木浆滤纸，使用间隔泡位折叠工艺，可以高效拦截和捕捉空气压缩机进气系统的粉尘颗粒和尘埃粒子，降低润滑油劣化速度，减少压缩机非正常磨损。

设计流量：1～60m ³ /min。

过滤效率：1μm≥98%；2μm≥99.5%；3μm≥99.9%。

② 进气阀组，安装在压缩机主机的进气端口上，用来对吸入空气的量进行控制，以达成空气压缩机加载、卸载、比例调节等不同的工作状态。

进气阀组通常包含阀体、执行元件（如气缸）及控制元件（如电磁阀）构成。进气阀的形式多种多样，根据阀体结构常用的为活塞式和蝶式。

活塞式进气阀（见图3-80）利用进气阀内活塞上下或左右动作控制空气压缩机的进气，通常只有开启/关闭两种状态，一般用于小流量场合。

蝶式进气阀（见图3-81）的主体结构就是一个蝶阀，运动部件是一块阀板，由伺服气缸的推杆推动，控制阀板的开启/关闭、开度，就能实现对入口流量的控制，通常用在较大流量场合。

（2）压缩主机 如前所述，喷油螺杆空气压缩机的主机是整套机组的核心，包括压缩主机、相关的附件（如断油阀、单向阀等）。

目前，市场上的螺杆主机从工作原理上来说分为单级压缩和两级压缩两种（见图3-82）。至于各种集成上创新的机型，如一体机等，本质上工作原理并没有改变。

（3）油气分离组件 喷油螺杆空气压缩机在压缩过程中“喷油”参与压缩，则必须有一个系统将油和气分离开，把油留在机体内继续循环使用，排出较为纯净的压缩空气。油气分离系统的作用就在于此。

正是有油气分离系统的分离效率达到可接受水平，喷油螺杆这一机型才得以大范围应用。空气压缩机的油气分离系统主要由油气桶和油气分离器组成，如图3-83所示。

油气桶是喷油螺杆空气压缩机中的一个重要部件。从结构上来说，油气桶一般为圆柱形钢制压力容器。桶内有起到一次分离油气作用的隔板和二次分离油气混合物的油气分离滤芯，主要作用是对压缩机机头中出来的油气混合物进行分离以及储存液态的润滑油。

通常在油气桶上还安装有其他用于不同功能的部件或仪表。在其内部安装的油气分离器芯是实现油和气分离的核心部件，可以认为是一种过滤装置。油气分离器芯也属于易耗品，且价值较高。

工作原理：压缩机主机在压缩过程中，大量润滑油参与压缩过程。因此，主机排气口排出的是油和气的混合物，这些油气混合物进入油分离罐体空间，经过特殊设计的流道，发生碰撞，在重力作用下，大部分液态油滴聚集在罐体的底部，准备进入再一次的油路循环。而此时油气桶内的压缩空气中仍会有少量的润滑油油雾，这就需要油气分离器芯发挥作用，将润滑油雾拦截在油气桶内，只让较为纯净的压缩空气通过。

3.润滑油循环系统

在喷油螺杆空气压缩机中，常向工作腔内喷入具有一定压力的润滑油，喷入的油与压缩气体直接接触，吸收气体的压缩热。同时，润滑油在转子表面形成一层油膜，提高转子工作容积的密封性。此外，机头内的轴承同步得到润滑，在压缩过程中产生的中高频噪声可以得到一定程度的抑制。

因此，喷油螺杆空气压缩机的油具有冷却、密封、润滑、降噪4个功能。

油的喷入使螺杆压缩机的特性发生了很大的改变，提高了能适应的压力和压比，简化了结构设计，降低了制造难度。喷油螺杆压缩机的油路系统较为复杂，按有无油泵可分为无油泵系统、有油泵系统和联合系统3类。

（1）无油泵润滑油循环系统 常规压力动力用螺杆空气压缩机基本上采用的都是无油泵系统（见图3-84），只有低压≤0.3MPa 的螺杆空气压缩机才会使用有油泵系统。

在无油泵的润滑油循环系统中，润滑油依靠压缩机的排气与机头喷油处的压力差来实现油的循环。

当机器运转时，油气桶底部的润滑油在压差的作用下，经过温控阀进入油冷却区，再经油过滤器除去杂质微粒后，大部分润滑油经压缩机主机喷油口喷入压缩腔内，一小部分润滑油分别通向轴承、轴封等处，起到润滑、密封的作用。最后，所有的润滑油都随被压缩气体一起排入油气桶内。液态油沉积到油气桶底部，有极小一部分润滑油在油气分离器芯内也被抽取到压缩机的吸气口等低压处。

无油泵的润滑油循环系统具有系统可靠、运行可靠的特点，而且喷入的油量与压缩机的排气压力成正比。建立油压差的关键部件是最小压力阀，它的作用是在机器启动后，首先确保油气桶内的压力能快速达到0.3MPa以上，以建立与主机喷油口的压差，从而形成油循环。

（2）有油泵润滑油循环系统 有油泵的油循环系统主要是因为排气压力低，因而无法建立足够的压差推动润滑油循环（见图3-85）。

油泵的位置通常在油气桶或油冷却器后，油泵将油压提升到 0.35～0.4MPa。不过，油温很高，而且当冷却器和油过滤器压差较大时，对油泵的性能考验很大。

另外，由于油泵基本是定流量输出，主机的喷油量不能像无油泵系统一样随着排气压力变化而变化，这对压缩机的温度控制不利，因此不太适合压力频繁变化。

（3）有油泵+无油泵联合 同时具备无油泵系统和有油泵系统的优点。在压缩机启动期间或排气压力较低时，由油泵供给足够的油；在高压下运行时，由排气压力建立的压力差控制油量。

例如，机器在严寒的冬季使用，冷机状态启动时，油比较黏，为避免油路不畅、流量不足造成机头干磨，可由油泵向压缩机强制供油。

此外，由于有油泵，因此在卸载时，可以彻底放空油气桶压力，降低卸载功率。

4.冷却系统

空气压缩机冷却方式有风冷和水冷两种。风冷和水冷并没有谁好谁坏，只有适用和不适用。水冷需要业主企业有冷却水系统；风冷则布置更灵活，但也有安装场所通风良好的要求。

水冷机型使用中的冷却效果完全依赖于冷却水系统，如果业主企业的冷却水系统运转正常，则冷却效果非常稳定可靠。风冷受环境温度及安装环境的影响较大，但通常制造企业设计时已经考虑到了极端情况，所以按照要求安装，也都能达到满意的冷却效果。

水冷空气压缩机在冷却过程中无须用电设备，不占用空气压缩机本身的能源消耗（业主企业的循环冷却水需要的电力另当别论）。而风冷空气压缩机则需要配备冷却风扇，占用的是空气压缩机本体的能源消耗。

水冷换热效率高，体积小，较风冷结构上更为简洁和紧凑，另外由于风冷有散热风扇，工作时风噪较大，故水冷较风冷型机器整机噪声更低。

空气压缩机需要被冷却的介质一是压缩空气，二是润滑油（或称空气压缩机油、冷却油、冷却液）。其中润滑最为关键，它是整个机组能否持续稳定运行的关键所在。

空气压缩机油需要在机体内无限循环，起到热量搬运工的作用，将主机压缩过程中空气被压缩释放出的热量及其他热量带到冷却器中，由冷介质（风或水）带走。

在工程上，风冷空气压缩机几乎都采用板翅式冷却器，一般小功率压缩机通常将空冷和油冷做成一体，一部分冷却压缩空气（空冷），一部分冷却润滑油（油冷）。而水冷空气压缩机几乎都采用管壳式（或称列管式），分油冷冷却器和空冷冷却器。

风冷的板翅式冷却器为铝或铝合金材质钎焊制成，高温的油和压缩空气在冷却器内流动，通过散热风扇强制对流将热量带走。

水冷的管壳式（列管式）冷却器，热介质为高温的油和压缩空气，冷介质为冷却循环水。通过热交换，将热量由冷却水带走。

5.监视控制系统

空气压缩机的监视控制系统包括逻辑控制器、传感器、电控部分及其他控制元件。形象地说，空气压缩机控制系统是大脑、小脑、神经网络、肌肉肌腱等，没有控制系统的空气压缩机就只是一堆零部件。早期的监视控制系统采用的是常规压力表、温度计等机械仪表来监测重要的状态参数，并用开关、继电器、接触器等元件控制机组的运行。这种传统的监视控制系统监测参数有限，控制精度不高，智能化程度很低，目前市场上基本已经没有纯机械仪表监视控制的螺杆空气压缩机了。

螺杆压缩机机组的监视控制系统主要功能有3个：显示与提示、控制与记录、故障与保护。

（1）显示与提示 重要状态参数和机组工作性能，防止机组在不正常工况下运行，并提示维护保养信息和预测可能出现的故障。这是人机交互最主要的途径，包括基本操作、设置、查看等。

（2）控制与记录功能 压缩机系统智能化的主要体现。监测机组核心状态参数和运行参数，适应不断变化的运行工况，实时对压缩机的运行状态做出调整，包括启/停、加/卸载、容积流量调节等。记录必要的运行数据，如运行时间、故障信息等。

（3）故障与保护功能 负责对运行前、运行中状态的判定，一旦机组运行于不正常工况时，及时发出警报，必要时控制机组停机，并记录有关故障信息。

螺杆空气压缩机的控制器目前大体上有两种（纯仪表的几乎没有了）：一种是单片机，一种是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。前者一般由专门的空气压缩机控制器厂生产，用于满足空气压缩机控制的通用需求，逻辑程序不可更改。PLC是一种通用的工业控制器，需通过自行编程实现空气压缩机控制的功能，也能满足自身产品的独特控制需求（对空气压缩机整机厂而言）。

空气压缩机用到的传感器主要有压力传感器和温度传感器，当然还有一些部位会用到压差传感器、振动传感器等。

电机的电控是空气压缩机控制的主要部分，简单来说，就是通过对电机的通/断电操作实现对空气压缩机组的控制。包括各种交流接触器、断路器、互感器、继电器等，一般将主电机的电控部分称为启动盘。

除了电机启/停控制外，对电机转速的控制也随着变频技术的广泛应用变得重要起来。这一部分是由变频器或嵌入式变频组件完成，通常使用变频的空气压缩机电控部分的启/停也一并交由变频器来控制，除非是工/变频双系统的空气压缩机。

除了电气控制外，空气压缩机上还有另外一些机械仪表、开关阀门等也起到控制、保护的作用，如温控阀、最小压力阀等。

伴随着微电子技术和控制理论的发展，螺杆压缩机的监视控制系统实现了变革性的飞跃。采用PLC、单片机或工控机（联控）的螺杆压缩机监视控制系统已得到广泛使用。控制方式从传统的简单逻辑控制，发展到复杂的智能控制。近十年来物联网技术的蓬勃发展，将螺杆压缩机监视控制系统的智能化水平推上新的高度，“云”控制概念的深入已经悄然将螺杆压缩机纳入到工业互联网中。关于空气压缩机物联网的一些知识将在6.17节详细讲解。

（1）PLC PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种通用的自动控制装置，被广泛应用于目前的各类工业控制领域。不管是计算机直接控制系统，还是集中分散式控制系统（Distributed control system，DCS），或者现场总线控制系统（Field Bus Control System，FCS）中，总是有各类PLC的大量使用。

PLC具有编程简单、通用性强、技术成熟等优点，并具有极高的可靠性和抗干扰能力，能适合恶劣的运行环境，因此在螺杆压缩机的监视控制系统中获得了较多的应用。不过，PLC的成本较高。在螺杆压缩机中使用最多的PLC是西门子S7-200和S7-300。

（2）单片机控制器 是基于单片机的芯片及其他电子元器件与控制外部电路的集成PCB板组合在一起的控制器。单片机控制器一般用于针对性的项目，特点是程序和线路板均需要自行开发，因此首次开发成本高，但后期批量生产成本低。单片机的逻辑程序通常是烧录在芯片中配合其他电路以实现需要的功能，不可编程。

小贴士

PLC和单片机在用于压缩机控制上的区别可以这样简单理解：前者通用，后者专用。

前者PLC是通用型控制器，适用于任何控制项目，只要PLC本身的控制点满足要求，就可以用专用编程软件为PLC编程，实现各种控制功能。它是芯片（处理器）和电路都已完备的控制系统，因此通常一些有特别控制需求的设备和项目或专用的压缩机单片机控制器无法满足的情况下，压缩机制造商才会使用PLC。

后者单片机简单理解就是用芯片和外围电路自行编程设计生产出来的针对某一种控制需求的专用控制器。因此，压缩机所使用的控制器通常是控制系统厂商专为压缩机这种设备控制而设计生产的，又因为需求不尽相同，所以压缩机的单片机控制器有很多型号规格。另外，一些较大型的压缩机制造商也会自己开发这种只适合自己压缩机使用的专用控制器。

单片机控制器的突出优点是成本低廉、系统组成灵活、运行可靠、体积小、运算和存储效率高。在目前市场中，螺杆压缩机的监视控制系统绝大部分采用的就是这种。

在工业企业中，经常有对空气压缩机集控/联控的需求，主要是以下两种方式。

（1）DCS（集散控制系统）。在一些大型的螺杆压缩机机群，或与其他系统配合中，有时也采用工控机或计算机组成监视控制系统。具体体现是区别于一般压缩机的“就地控制”的“远程通讯和控制”。在这种系统中，工控机或计算机作为上位机使用，下位机就是“就地控制”采用的上文所述的PLC或单片机控制器。这种集散控制系统的目的是可远程（如总控室）对压缩机（通常是多台）进行动态的监控和管理，并可在上位机和下位机之间进行实时动态数据通信。

（2）远程（网络）监视控制系统 随着网络通信技术的发展（尤其是物联网），螺杆压缩机的远程监控系统得到大范围应用。在这种系统中，“就地控制”系统无论是采用PLC还是单片机控制，都可通过通信光缆或无线网络，与网络上的中央监视控制系统（通常采用专业厂商提供的云服务器）进行数据通信。利用这种系统，无论是使用者、服务商还是制造商，都可以在任何时间、任何地点，通过网络连接上专门开发的管理界面获取这些设备的运行情况。这种系统的实质是DCS在网络上部署的一种形式。相对于DCS，这种系统赋予了其更好的便利性、更强的数据统计和分析能力，以及由此衍生出的更加灵活的适配现场实际应用情况的智能运行模式的能力。

监视控制系统主要由控制器主机、外部设备和工业自动化仪表组成。控制器主机是整个监视控制系统的核心，主要功能是完成程序的存储和执行，可采用PLC、单片机或工控机。外部设备包括数据输入、输出通道、人机交互设备和外存储器。工业自动化仪表包括传感器、调节器和显示仪表等。图3-86所示为螺杆压缩机监视控制系统示意图。

目前，螺杆压缩机监视控制系统多是以经典控制理论为基础，采用模拟调节器对运行中的有关参数分别作必要的调节，构成如图3-87所示的单回路并联控制系统。控制元件也多为机械式的双位或比例调节器，以及一些保护继电器。这种控制模式虽然能对参数进行一定的调节，可以保证装置正常安全运行，实现必要的工艺要求，但调节器难以适应大的负荷变化和工况变化，无法使机组按最佳的节能方式运行。

近年发展起来的模糊控制及神经元网络技术，为压缩机的智能控制奠定了基础。模糊控制技术不需要确切地了解对象的数学模型，而是用语言来描述受控的模型，从而充分利用经验优秀的操作者或专家对过程细微独到的认识，在复杂的条件下提供适当的输出。神经元网络技术是一个由大量的简单处理单元连接组成的人工网络，用来模拟大脑神经系统的结构和功能，可用于压缩机的负荷预测、系统分析和控制，以及某些多变量函数最佳值的求取等方面，是一种更为理想和前瞻的控制技术。

6.机箱及其他附属系统

在喷油螺杆空气压缩机机组中，还需要有一些附属部件来实现其他一些功能，这些附属部件虽然不太影响机器的正常运行，但可用来改善机组运行条件、提供维护保养便利性、降低对环境的危害等。

如喷油螺杆空气压缩机出厂基本上都安装在一个共同的钢制底座上，无须额外的安装作业，方便运输和调试。且基本都是罩式机箱，一方面可以有效降低压缩机运行时的噪声，另一方面外现整洁、操作方便。在空气压缩机箱体的内壁，贴有消音棉，用以吸收空气压缩机运行时发出的高频噪声。在电机、主机、油气桶等可能产生振动的位置，布置有橡胶减震垫，消减振动对机组其他部件的影响。在稍大的机型上，除冷却系统外，一般还配有通风扇（用于加强机箱内部如电机等设备的散热）、气水分离器（安装于空气冷却器后或集成在内，用于压缩空气的初步除水）。

为便于理解，下面将以萨震两级压缩永磁变频螺杆空气压缩机为例，介绍系统的组成和流程原理。图3-88为萨震永磁变频两级压缩螺杆空气压缩机外观图。

（1）整体布局。如图3-89、图3-90所示，考虑内部气流流通，布置成冷热室分区。一方面需利于压缩机主机吸气，保证气流通道通畅；另一方面还需考虑主机压缩时产生的热量、电机运行时产生的热量、油气桶内热润滑油的热辐射、电控箱（变频器）得到良好的散热。

冷却器系统外吸顶排，散热效果好，便于安装。散热器不用拆卸即可进行清洗，可以在不停机的情况下用气枪吹扫或者用水冲洗冷却器表面，不影响后面的驱动电机等电器元件。内部导流设计，离心风机可以从侧面带走电机、主机、电控箱及油气桶产生的热量。

空滤进气、冷却器、电控箱、电机进风均前置滤网，减少粉尘等大颗粒杂物进入内部表面，影响散热效果。

（2）主机。如图3-91所示，两级压缩主机降低了压缩比，从而减少泄漏量，提高了容积效率。一级压缩完成后，进行级间冷却，更接近等温压缩，提高压缩了效率。优化螺杆型线设计，按不同压力定制主机，按 25m/s 最佳转子外圆线速度配比，可有效提高压缩效率。

优化主机内部润滑系统，确保主机冷机启动时减少干摩擦风险。保证初始主机高效率，减少效率衰减。

（3）油气分离系统。合理的进气孔口口径，使得油气桶入口流速在12m/s左右，在作旋风分离的时候可以有效地分离 99.5%的油。内置折叠式油分，压力损失小，油气分离效果好，出气孔口含油量低于3ppm。

（4）驱动控制系统。变频控制系统，压力定制，恒压供气，消除空载，消除过余压力的能源浪费。电机采用WEG品牌、IE4能效等级，主电机和散热风机均采用变频控制。

智能控制系统：可在线显示压力、温度、功率等数据；支持不停机恒压、恒温数据设定；支持多级联控、远程显示及监控的强大功能。

标配智能物联系统（见图3-92）：手机、电脑、现场都可实时显示空气压缩机运行状态，远程预警功能，使用户、服务人员、厂商无缝衔接，更好地为企业稳定生产保驾护航。

（5）可选配余热回收系统。选配内置热回收板式换热器，将热回收板式换热器直接内置在空气压缩机内部，结构简单，操作方便，换热效率高，回收的热能可达70%～80%，同时降低用户单独购置余热回收机的成本（见图3-93）。

可以选配预留热回收接口方案，若用户本身拥有余热回收机，可以直接从空气压缩机处接管到余热回收机上，实现余热回收功能。

（6）流程原理图如图3-94所示。

3.7.6 系统工作流程

对于螺杆空气压缩机的学习入门来说，气路和油路的工作流程是必须掌握的。只有理解了工作流程，才能对设备有整体上的认识。以下以无油泵系统为例，介绍螺杆空气压缩机的气路和油路工作流程（见图3-95）。

1.气路工作流程

螺杆空气压缩机的气路工作流程是空气被吸入至排出的流程，此流程顺序为单向。

气路工作流程描述（见图3-96）：空气经过空气过滤器过滤，将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气阀进入压缩主机，在压缩过程中与喷入的润滑油混合，经压缩后的油气混合物从压缩机机头排气孔口排入油气分离罐，此时压缩排出的含油气体通过专门设计的流道，历经碰撞、拦截，在重力作用下，绝大部分的液态油被分离下来，积聚在油气分离罐底部。而仍含有气态油的压缩气体进入油气分离器进行二次分离，得到含油量很少的压缩空气。当空气被压缩到设定的压力值时，最小压力阀开启，排出压缩空气到后冷却器进行冷却，最后排出送入使用系统。

2.油路工作流程

螺杆空气压缩机油路是一个闭式循环流程（见图3-97）。喷油螺杆空气压缩机没有油泵，润滑油的循环是利用油气桶与主机喷油口所产生的压力差实现的。通常认为有主循环和二次回油两个流程。

（1）主循环：主机在压缩空气时，向压缩腔喷入润滑油，压缩结束后油气混合物进入油气桶，通过碰撞、拦截，在重力作用下，大部分的润滑油被分离下来储存在油气桶的底部，接着经过温控阀的控制导通进入冷却器进行冷却，冷却后的润滑油经过油过滤器过滤再回到主机向压缩腔喷油。

螺杆空气压缩机的润滑油循环系统被设计成闭式循环系统。目前市场上最常见的润滑油循环系统就是图3-98、图3-99、图3-100所示的3种。

图3-98所示是一种目前在螺杆空气压缩机中应用较为普遍的温控阀与油滤座集成结构的油循环系统，油滤底座内装设温控阀芯。阀体共设计有4个阀口，进口A接来自油气分离罐中的热油，中间接口R1连接油冷却器进口，中间接口R2连接油冷却器出口，将热油输至油冷却器，经冷却后的油流回至阀体，经安装在阀体上的油过滤器过滤后，经出口B将润滑油送往压缩主机。

图3-99所示的润滑油循环系统通常被称为分流型，它是通过入口A的油温来控制阀芯的开启度，继而达到控制通过B、C口的油通量，温度越高，B口油通量越大，直至完全开启，C口则完全相反。这种方式的特点是阀芯开启温度较高（常见有71℃、76℃），能快速建立起合适的油温，尤其对寒冷地区使用的机器的启动是优选方案。

从油气分离罐过来的润滑油，如果温度还未达到阀芯开启的温度，则全部的油不经过油冷却器，直接通过油过滤器输送到主机喷油口。如油温达到阀芯的预定温度并继续上升，则阀芯逐渐开启，油将部分或全部通过油冷却器降温，以此维持机组温度在控制范围之内。

图3-100所示的润滑循环系统通常被称为混流型，它是通过出口A的油温来控制阀芯的开启度，继而达到控制通过B、C口的油通量，温度越高，B口油通量越小，直至完全关闭，C口则完全相反。这种方式的特点是阀芯开启温度较低（常见有54℃、43℃），特点是阀芯开始动作的温度较低。如一些大型机因为产气量大，润滑油量也大，调整润滑油的温度所需时间也变长。出口A的温度和主机喷油口的喷油温度近似相等，这为设计带来了便利。

（2）二次回油：油气混合物在进入油气桶时，绝大部分的油经过碰撞、拦截，在重力作用下沉淀下来，但压缩空气中还是含有大量的油蒸汽，在经过油气分离器芯对压缩空气中的油蒸汽进行分离时，一部分油会聚集在油气分离器芯的底部，这部分油通过带单向阀的管路回到压缩主机。

（3）油循环关键零部件

① 最小压力阀（见图3-101）在喷油螺杆空气压缩机中的作用非常重要，主要是让机组保持一定的压力。这是为了：

A.建立一定的压力，与主机进气端形成一定的压差，以保证润滑油在压差的作用下循环起来。

B.使一些气动控制元件正常动作。

C.确保流经内置油气分离器的气流流速在合理范围内，避免因加载时或用气量过大时，排气出口的压力过低，流经油气分离器芯的气体流速过快，影响油气分离效果，甚至损坏油气分离器芯。

D.止回阀的作用：螺杆空气压缩机为降低空载时机组的背压，以期降低机组的空载能耗，通常在螺杆机卸载时将油气桶内的气体通过泄放阀放空一部分，只保留维持油循环的最低压力（通常为0.2～0.4MPa）。最小压力阀这时起到单向阀的作用，阻止管网中的压缩空气倒流，避免造成能源浪费或发生机头“呕油”故障。

② 温控阀（见图3-102）的作用主要有二：一是空气压缩机在冷机启动时，油走小循环，即油气桶内的润滑油经温控阀和油滤后直接喷入主机内。通常螺杆空气压缩机在冷机启动时，由于温度较低，油的黏度较大，加上刚启动系统内压（油气桶与主机进气端压力差）尚未完全建立，虽然主机吸气端有一定的负压，但不足以完全克服主油路循环的管道内阻力，润滑油无法及时地循环起来，就会造成主机短时间缺油，转子干摩擦，造成磨损和噪声增大，甚至发生主机排气高温故障。温控阀可用来建立小循环，快速为主机供油，最大程度地避免这种情况的发生。二是通过控制喷入主机的润滑油的温度来达到控制主机排气端的排气温度，以使排出的空气和润滑油的混合气始终高于露点温度，同时防止温度过高损害主机转子和轴承。

A.偏低的喷油温度，会使压缩机主机的排气温度偏低，当低于压力露点温度时，油气桶内的油气混合物会析出冷凝水，恶化润滑油的品质，缩短其使用寿命。

B.偏高的喷油温度，会使压缩机主机的转子冷却效果差，恶化润滑油的品质，产生积碳。

温控阀是由阀体、弹簧、阀芯和导套组成。阀芯是按照热伸冷缩的原理来工作的。通常大型机器会单独配置，而小型机器通常将温控阀芯集成在油滤底座内。

温控阀的阀芯是一感温的热动力元件，它能在预定温度范围内膨胀或收缩。利用此物理特性就可以实现对阀门的通断控制。

当油温高于预定温度时，热动力元件膨胀推动阀芯克服弹簧的作用力移动，温度越高，阀芯的位移就越大，阀的开口就越大，形成新的通路。当油温达到热动力元件温度上限时，开口全部打开。当油温下降时，热动力元件产生与上述相反的作用，油温降到热动力元件感温范围以下，阀芯回到初始位置，阀开口关闭。

③ 油滤，油滤滤材通常为纸质或玻纤，可滤除润滑油中的杂质，以减少对机件的磨损。当过滤器堵塞时，应立即更换，否则易造成润滑油循环量不足，排气温度过高，导致压缩机主机润滑不足而寿命缩短，严重者会烧毁机器。

图3-103为三格滤清器生产的油过滤器实物图。

功能作用：过滤油路中的金属颗粒等杂质，确保主机及润滑系统正常运行，防止油路中的杂质进入主机内对机件造成磨损。

过滤粒子：10μm。

建议更换周期：3000h。

最高承压：3～5MPa。

3.系统工作流程

图3-104、图3-105所示分别为风冷、水冷螺杆式空气压缩机系统流程图。