空氣壓縮機
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空氣壓縮機(英語:Air compressor),一般簡稱為空壓機,压缩机。為一種空气壓縮設備,使用电动机或发动机(由電力、柴油或汽油等驅動),轉動压缩机,將空氣(其压强通常為1大气压(atm),約為1巴(bar))轉換為压缩空气。
空氣壓縮機的用途很多。常見的用途是將壓縮空氣充入空氣儲罐內,以便後續使用。若壓力超過設定上限值,會關閉空氣壓縮機,或是由過壓閥釋放過多的空氣[1]。壓縮空氣中儲存的壓力能可以用在許多的應用中,例如作為气动工具的能量來源。若空氣儲罐的壓力低於下限值時,會再開啟空氣壓縮機,將空氣儲罐內的空氣加壓。
空壓機是工廠常見設備,也是高耗能設備之一,佔工業用電比例約10%以上[2]。
空氣壓縮機和幫浦不同,空氣壓縮機處理的是气体,而幫浦處理的通常是液体。
分類
[编辑]空氣壓縮機可以依其輸送氣體壓力分類:
- 低壓空氣壓縮機,其輸送氣體壓力小於150磅力每平方英寸(10巴)[3]
- 中壓空氣壓縮機,其輸送氣體壓力在151磅力每平方英寸(10.4巴)到1,000磅力每平方英寸(69巴)之間[3]
- 高壓空氣壓縮機,其輸送氣體壓力超過1,000磅力每平方英寸(69巴)[3]
空氣壓縮的方式有許多種,可以分為容積式(positive-displacement)或旋轉動力式(roto-dynamic type)[4]
另一種分類方式是以其潤滑方式分類,油潤滑式空壓機以及無油式空壓機。無油式空壓機系統是較新技術的系統,不需要油以進潤滑,重量比油潤滑式空壓機要輕,也更容易攜帶,但需要更勤保養。油潤滑式空壓機是比較傳統的空壓機,需要用油潤滑馬達,以延長壓縮機壽命。其優點是比較耐用,而且不像無油式空壓機那麼需要保養。有些無油式空壓機是用水代替油作為潤滑用,也有些是無油無水式空壓機。
容積式壓縮機
[编辑]容積式壓縮機會使空氣進入一個體積縮小的腔室中,以此壓縮空氣。只要其壓力大於排出閥外的壓力,排出閥會開啟,使壓縮腔室中的空氣排出[6]。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/19/Portable_Single_Stage_Air_Compressor.jpg/220px-Portable_Single_Stage_Air_Compressor.jpg)
- 活塞式空壓機利用氣缸內往復運動的活塞來壓縮空氣。活塞式空壓機會有單向閥,在氣缸進氣行程裡,讓空氣進入氣缸,並且避免空氣從單向閥外洩,另外有一個排出閥,在氣缸壓縮行程時,會將高壓氣體從排出閥排出,也會配合逆止閥,避免高壓氣體在進氣行程時再進入氣缸。活塞式空壓機可以是單段或是多段的,可能只有一個氣缸,也可能是多個相同壓力的氣缸同時運作。多段壓縮機的壓縮比高,效率也比單段壓縮機好,一般會用段間冷卻(interstage cooling)來提昇效率。
單段壓縮機及二段壓縮機的容量一般會用每分鐘標準立方英尺(SCFM)及磅力每平方英寸(PSI)來表示,或是用每分鐘標準公升以及巴來表示。有些壓縮機的標示會用每分鐘實際立方英尺(ACFM),但較少見[需要解释][來源請求],也有些仍標示立方英尺每分鐘(CFM)[需要解释][來源請求]。只標示CFM是比較模糊的作法,因為沒有對應的參考壓力。
- 螺旋式壓縮機的容積式壓縮是靠二個相配合的螺旋型螺絲來實現,當二個螺絲旋轉時,會導引空氣進入腔室中,且在螺絲旋轉時,腔室體積會逐漸縮小。螺旋式壓縮機可以是單段的,也可以是二段的[需要解释]。
- 旋片泵是用葉片位置可變的開槽轉子[需要解释]來引導空氣進入腔室,並且使其體積變小。這類的壓縮機可以提供高壓的定量空氣[需要解释]。
旋轉動力式空壓機
[编辑]旋轉動力式壓縮機(Roto-dynamic compressors)包括了離心式壓縮機及軸流式壓縮機。離心式壓縮機是用旋轉葉片使氣體增加動能,再用不動的通道使動能轉換為氣體的壓力,軸流式壓縮機是用旋轉葉片使氣體增加動能,再用固定葉片使氣體動能轉換為氣體的壓力。
冷卻
[编辑]由於氣體的绝热压缩會使機體產生废热,壓縮機需要冷卻散熱。一般而言會透過風冷或水冷散熱,不過有些空壓機(特別是旋轉型空壓機)會用油冷散熱(之後再用風冷或水冷來為油散熱)[7]。冷卻方式可以透過入口温度、環境溫度、壓縮機功率以及應用領域決定。沒有一種壓縮機是可以適用在所有場合的。
應用
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c0/CompAir_Fahrbarer_Kompressor_Typ_C38.jpg/220px-CompAir_Fahrbarer_Kompressor_Typ_C38.jpg)
空氣壓縮機的用途很多,像是提供純淨的高壓空氣填充氣瓶,提供純淨的中壓空氣供水面供給潛水者使用,提供中壓空氣給辦公室以及學校建築中的氣動力HVAC控制系統裝置,供應大量的中壓壓縮空氣作為气动工具動力來源,像是手提鑽,填充高壓压力容器,輪胎充氣,也可以提供大量的中壓壓縮空氣供大規模的工業製程(例如石化廠石油焦的氧化等)[8]。
空氣壓縮機也常用在石油及天然气採集、采矿以及钻井應用中,作為欠平衡鑽井的沖洗介質,以及管道中的清洗用氣體。
大部份的空氣壓縮機是活塞往復式壓縮機、旋片泵或是螺旋式壓縮機。非常大型的應用中會用到離心式壓縮機,不過中小型的應用較常使用螺旋式、渦捲式[9]及往復式空壓機。
動力來源
[编辑]空氣壓縮機可以使用不同的動力來源。一般最常會用汽油引擎、柴油引擎或是電動機驅動壓縮機,不過在一些應用中也會用汽車引擎、能量擷取系統或是液壓元件來驅動壓縮機[10]。
壓縮機的功率是由HP(馬力)以及CFM(立方英呎每分鐘,進氣量)來計算[11]。壓力容器的體積以及儲存氣體的壓力即表示儲存壓縮空氣的量。
在一些不易取得電力的應用,會使用汽油引擎或柴油引擎作為動力來源。引擎的缺點是噪音,以及需要通風將廢氣排出。若壓縮空氣是要供作呼吸用,驅動壓縮機的引擎更需要通風。電動壓縮機常用在生產線,店舖或是車庫等可以持續供電的場合。常見的壓縮機電源是110-120伏特或是230-240伏特。
維護
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b7/Niger%2C_Kodo_%289%29%2C_tire_repair_shop.jpg/220px-Niger%2C_Kodo_%289%29%2C_tire_repair_shop.jpg)
為了確保空氣壓縮機正常運作,沒有泄漏空氣情形,需要定期進行維護保養。在空壓機的整生命週期成本中,維護保養只佔了8%[12]。
空氣壓縮機等熵效率
[编辑]空壓機等熵效率(air compressor isentropic efficiency)越高,表示能源效率越好,越省電,越節能。根據美國CAGI空壓機效能檢測報告,目前(2022年)市場技術,大馬力油潤滑螺旋式空壓機,雙段壓縮螺旋式空壓機之等熵效率,最高已達到95%以上。單段壓縮螺旋式空壓機之等熵效率,最高已達到86%以上。[13]
空壓機的整生命週期成本中,約有70~80%是在能源消耗上,因此使用高效率的空壓機可以有效的節約能源。
空壓機製造商
[编辑]參見
[编辑]參考資料
[编辑]- ^ How Do Air Compressors Work?. Popular Mechanics. 2015-03-18 [2017-01-12].
- ^ 台灣電力公司_能源技術服務 (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].
- ^ Air Compressor Types and Controls. Natural Resources Canada. 4 February 2014.
- ^ Davis, Jeff. What is a Two Stage Air Compressor – Air Compressor Insider. 2022-02-23 [2023-07-26] (美国英语).
- ^ Compressor Selection Basics: Positive Displacement versus Dynamic Compression. [2017-01-12] –通过The 5th Utility.
- ^ Types of Air Compressors. The Engineering ToolBox.
- ^ Applications for Compressors. www.industry.siemens.com. [2017-01-12] (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].
- ^ Easy Guide To Rotary Screw Air Compressors For Vehicles – By VMAC. VMAC. 2018-10-16 [2018-10-30] (美国英语).
- ^ Evaluating True Horsepower and CFM Ratings of Air Compressors.
- ^ How Many Watts Does An Air Compressor Use.
- ^ CAGI Performance Verification Data Sheets (页面存档备份,存于互联网档案馆).
外部連結
[编辑]- 容积式空气压缩机能效限定值及能效等级 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- Compressed Air System Controls (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- Compressed Air Systems (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- 空壓系統節能技術 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- 空壓系統效率改善 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- 美國CAGI空壓機效能檢測報告 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- 歐盟馬達與變頻器管制 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
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