一、 概述 

 在諸多被經(jīng)常使用的能源中，壓縮空氣可說是僅次于電力的普及能源之一，雖然壓縮空氣的使用尚未像電力一樣的深入一般家庭中，但是工業(yè)、礦業(yè)、工程業(yè)、醫(yī)療業(yè)甚至農(nóng)業(yè)都有日趨廣泛的用途，尤其在工業(yè)界的使用量極其可觀，主要是它具有以下幾種其它能源無法取代的特性：

1. 無污染或低污染性，在環(huán)保意識高漲的時代，壓縮空氣取之于大氣而回歸于大氣，不需要回收處理而完全不會制造污染（經(jīng)過分離、過濾的含油壓縮空氣會有微量的油氣，即使有泄漏的情形發(fā)生也沒有污染環(huán)境的顧慮）。

2. 在生產(chǎn)過程中，壓縮空氣可以和絕大部分的產(chǎn)品直接接觸來傳送動力而不會傷害產(chǎn)品。

3. 無自燃性，不容易造成公共意外，除了壓力容器需要按照規(guī)定設(shè)置及定期檢查之外，完全沒有引起公害、電擊的顧慮。

4. 溫度不高，不容易引起灼傷、燙傷等重大傷害。

5. 可借助分離技術(shù)來生產(chǎn)氮氣、氧氣、氫氮或稀有氣體來供應(yīng)特殊用途。

6. 提供非能源用途，例如人員呼吸、水處理、發(fā)酵及化學反應(yīng)等特定用途。

鑒于壓縮空氣己被各行各業(yè)所廣泛的采用，在工廠大型化及自動化的前提下，壓縮空氣的使用與日俱增，而空壓機在生產(chǎn)能源／壓縮空氣的同時，本身也在大量的消耗能源，以最普遍的100PSIG (7kg/c㎡G)壓縮空氣系統(tǒng)為例，每生產(chǎn)100ICFM的壓縮空氣大約需要消耗20HP的能源，在目前的工業(yè)界動輒使用數(shù)千馬力甚至數(shù)萬馬力空壓機的工廠己為數(shù)眾多，如何節(jié)省如此龐大的能源消耗，確實是業(yè)者值得深思的課題。

絕大部份的空壓機都使用馬達驅(qū)動的方式，極少數(shù)的空壓機會使用蒸汽渦輪機 (Steam Turbine) 或燃氣渦輪機 (Gas Turbine) 來驅(qū)動，在蒸汽過?；蛴腥細猓◤U氣）可資利用的行業(yè)使用渦輪機來驅(qū)動空壓機確實有極大的節(jié)能效果。使用渦輪機驅(qū)動的案例不多，后續(xù)中空壓機的驅(qū)動方式將專指馬達驅(qū)動而言。

二、空壓機的種類

 1. 空壓機在壓縮空氣的過程中，以空氣是否和潤滑油的混合來分類，可以區(qū)分為有油式及無油式空壓機兩種，潤滑油對任何機械設(shè)備都具有潤滑和冷卻的作用，針對有油式空壓機，潤滑油還具有氣密的作用來提升空壓機的容積效率，因此，從節(jié)能的觀點來看，有油式空壓機的能源效率絕對會高于無油式空壓機。不可否認的，壓縮空氣中的油氣會造成甚多使用上的困擾，即使經(jīng)過精密過濾器.html'>過濾器的處理也無法達到完全無油的境界，雖然有油空壓機的能源效率較高，但是，精密過濾器的購置成本以及精密過濾器所導(dǎo)致的壓損、能源損失也相當?shù)目捎^，除非氣動設(shè)備可以接受含油的壓縮空氣或是壓縮空氣的使用量很少，絕大部份的用戶，尤其是工業(yè)界都己揚棄有油式空壓機。因此，在后敘的章節(jié)中將以無油式空壓機旳分析介紹為主。

2. 以壓縮的方式來區(qū)分空壓機可以分為定排量式空壓機（Positive Displacement Compressor） 及動能式空壓機 (Dynamic Compressor) 。各類型空壓機的優(yōu)缺點會在后文中分別介紹。

(A)定排量式空壓機的共同特性是藉助空壓機將密閉于一定容積內(nèi)的空氣施以機械功來「壓縮」空氣的體積，同時提升壓力，此類型的空壓機以往復(fù)式 (Reciprocating) 及螺桿式 (Rotory Screw) 最具代表性及普及性。

(B)任何非直接「壓縮」空氣的體積以提升壓力的方式都可歸類于動能式空壓機，坊間有很多的專門書刊介紹動能式空壓機，在此不再贅述。以其普及性及節(jié)能的觀點來介紹當推離心式空壓機為主流，事實上，離心式空壓機又可分為多段同軸式 (Milti-Stage In-line) 及齒輪增速式(Integral Gear) 兩種為主。以多段同軸式和齒輪增速式相比較，多段同軸式無論是體積或是重量都遠比齒輪增速式龐大的多，當然除了造價較高之外，其能源效率也遠比不上齒輪增速式，因此，在超大風量（市場的區(qū)隔大約在100,000CFM / 170,000CMH） 壓縮特殊氣體（空氣或氮氣以外的氣體）的用途上尚可見其蹤跡，市場上所常見的機種當首推齒輪增速離心式空壓機為動能式空壓機的代表，后文中也將以此類型空壓機為主要的介紹對象。

 三、往復(fù)式空壓機的優(yōu)缺點介紹

在工業(yè)化的進展過程中，往復(fù)式空壓機是最早問市的空壓機之一，它對工業(yè)界的貢獻是不可抹剎的，即使它己失去了往日的風采，逐漸的被螺桿式、離心式空壓機取代了主導(dǎo)的地位，但是它仍然具有一定的生存空間，可見它仍然存在某些獨特的優(yōu)越特性是其它類型的空壓機無法完全超越或取代的。

其優(yōu)點為：

1. 進氣、排氣壓力的涵蓋范圍非常廣泛，甚至可以滿足4,000PSIG (280kg/c㎡G)以上的需求。

2. 風量的涵蓋范圍也相當廣泛，雖然在大風量的使用上己逐漸的被其它類型的空壓機所取代而退出市場，但是在小風量（數(shù)馬力甚至更小）的使用范圍仍具有相當?shù)膬?yōu)勢。

3. 在小風量、高壓的使用領(lǐng)域，往復(fù)式空壓機可當做增壓機（Booster）來使用。

4. 以100PISG (7kg/c㎡ G)為例，兩段式壓縮的往復(fù)式空壓機在能源效率上的表現(xiàn)即相當優(yōu)越，其多變壓縮效率 (Polytropic Efficiency)大約可達87％，此標準也是其它類型空壓機追求突破的標的。

5. 氣密性相當良好，因此也適合壓縮空氣或氮氣以外的特殊氣體。

6. 采用高強度 (Heavy Duty)的設(shè)計時，轉(zhuǎn)速低、堅固耐用、連續(xù)使用的故障率低。

7. 每段多缸 (Multi–Cylincler)雙動式（Double Acting）的設(shè)計，可以采用多階 (Multi– Step Control) 的容積控制方式，對壓縮空氣消耗量極不穩(wěn)定的壓縮空氣系統(tǒng)可以使用0-50-100％的三階控制式或0-25-50-75-100％的五階控制，對節(jié)流控制的效益相當顯著。

其缺點為：

1. 在壓力及風量上和其它類型空壓機有重迭的適用范圍，如果采用高強度設(shè)計標的的往復(fù)式空壓機，其單位風量的造價相當高。

2. 立式、Ｖ式、Ｗ式或Ｌ式的設(shè)計大部份都有不同程度的不平衡，因此，運轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生不同程度的振動，在安裝基座的設(shè)計上，除了要考慮其靜荷重外，還應(yīng)考慮其動荷重才能避免不必要的后遺癥。

3. 類似引擎的設(shè)計，零件種類繁雜，其中需要定期更換的消耗性零件數(shù)量、項目相當多，不僅維修成本高而且維修時間長，這也是往復(fù)式空壓機在某些使用范圍逐漸退出市場競爭行列的主要因素。

4. 往復(fù)式空壓機有吸氣及排氣的行程，因此，排氣是非連續(xù)性的間歇動作，當然會造成相當明顯的壓力脈動現(xiàn)象，管路設(shè)計工程師必須經(jīng)過仔細的核算才能避免壓力脈動所可能造成的損失。

5. 閥片、活塞環(huán)、密合墊等消耗性零件的狀況是否良好，直接影響到空壓機的能源效率，在缺乏其它檢測設(shè)備時，空壓機的能源效率是否因為內(nèi)部的泄漏而逐日下降？對一般用戶而言，實在是一件相當令人困擾而難以掌控的事實。

四、螺桿式空壓機的優(yōu)缺點介紹

 螺桿式空壓機的問世起于有油螺桿式，它在市場上的表現(xiàn)確實是非常優(yōu)異，無油螺旋式沿襲了市場上對有油螺桿式的良好觀感，在初問世時確實在市場上造成不小的震撼力，經(jīng)過實際使用的嚴酷考驗己逐漸式微，當然有其癥結(jié)所在，究其原因，從下列優(yōu)缺點的比較可窺其一二。

其優(yōu)點為：

1. 產(chǎn)品規(guī)格化較容易，在一定的風量范圍，轉(zhuǎn)子的直徑、形狀的可維持不變而僅需要將螺桿轉(zhuǎn)子加長、縮短來適合不同風量的需求，此特性確實可以降低制造成本來幫助市場的競爭能力。

2. 和往復(fù)式空壓機一樣具有定排量空壓機的共同的特性－排氣壓力有相當廣闊的變化范圍。

3. 空壓機本體結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，在連續(xù)使用的表現(xiàn)上也相當良好，同時較往復(fù)式空壓機大幅減少了很多的消耗性零件，具有保養(yǎng)容易的優(yōu)點。

4. 螺桿式空壓機的噪音度幾乎可說是所有空壓機中最高的，噪音度視風量大小而定，往往都超過100dbA以上，因此螺旋式空壓機必須配備隔音罩，也因此給人較為美觀的良好印象。

5. 可以使用節(jié)流控制。

其缺點為：

1. 陰、陽螺桿之間必須存在的間隙，造成氣密性不甚理想，是無油螺桿式空壓機的能源效率不佳的主要原因，甚至可說是相同容積的各類型空壓機中最差的（在相同條件下，以兩段以上壓縮的各類型空壓機相比較）。

2. 空壓機本體僅有３～５年的壽命，換修空壓機本體的技術(shù)又往往被原制造廠保留，因此，更換整組空壓機本體的成本一般都會超過購置新機的六成，這也是使用者對此類型空壓機最大的詬病。

3. 在長期運轉(zhuǎn)后長期停機，空壓機本體內(nèi)的轉(zhuǎn)子「卡住現(xiàn)象」屢見不鮮，備用空壓機變成極不可靠的備用狀態(tài)。

4. 在理論上，定排量的空壓機屬于等容變壓(Constant Volume, Variable Pressure)的空壓機，每壓縮段單氣缸的螺旋式空壓機不具有節(jié)流作用。凡是采用節(jié)流控制的螺旋式空壓機，其方式不外（A）部分旁通的方式；(B)節(jié)制進氣量的方式。不論采用以上任何一種設(shè)計，雖然有某些程度的節(jié)流效果，但是在節(jié)能的效益上并不如想象中的明顯，其原因如下：

(A)部分旁通的方式：有從排氣端排放或從壓縮過程中間排放兩種方式，縱使有0-100％的節(jié)流作用，但是空氣仍然經(jīng)過壓縮或部分壓縮，當然需要消耗能源。

(B)節(jié)制進氣量的方式：此種方式無非是在進氣口加裝節(jié)流閥，一般使用蝴蝶閥；節(jié)流閥在部份開度時當然有節(jié)流作用，同時空氣在流經(jīng)節(jié)流閥進入空壓機前產(chǎn)生了某種程度的壓降，使空氣的密度降低而有節(jié)流的作用，但也因此而提升了整個壓縮比，節(jié)流所導(dǎo)致的節(jié)能和壓縮比提升所導(dǎo)致的耗能會有部份互相抵消，但仍不失為較旁通方式為佳的控制方式。因受制于進氣負壓有一定程度的限制，所以節(jié)流范圍也會限制在大約60-100%之間。

5.某些螺桿式空壓機的設(shè)計卸載時仍然需要大約70~80％的全載功率，在選購前確實需要分辨清楚，較佳的設(shè)計也往往需要25％的全載功率。注：單段往復(fù)式空壓機在卸載時需要大約25％的全載功率，需雙段往復(fù)式空壓機則僅需要大約15％的全載功率。

五、離心式空壓機的優(yōu)缺點介紹

自1980年離心式空壓機己成功的發(fā)展到300HP以上的機型，在市場市上的良好表現(xiàn)己逐漸蔚為市場主流，目前更發(fā)展到125HP的機型，在效率上仍然有不錯的表現(xiàn)，己完全扭轉(zhuǎn)了早期認為離心式空壓機只適用于大風量的觀念，離心式空壓機也存在一些先天上的缺陷。

其優(yōu)點為：

1. 涵蓋的風量范圍非常廣泛，從20M3/min到數(shù)千M3/min都能以單機來承擔，單臺風量愈大則愈凸顯單位風量的投資成本低廉。

2. 堅固耐用，長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的故障率極低。

3. 構(gòu)造簡單，僅由少數(shù)的齒輪、軸承及葉輪 (Impeller)構(gòu)成主要的壓縮部分，消耗性零件極少，保養(yǎng)容易。

4. 具有等壓變?nèi)?nbsp;(Constant Pressure, Variable Volume)的特性，不僅有保持壓力穩(wěn)定的作用而且有某種程度的節(jié)流作用，甚至還有超過額定風量(Rated Flow)的能力，對于評估使用風量準確度的質(zhì)疑減少了不少的困擾。

5. 沒有像往復(fù)式空壓機一樣的壓力脈動現(xiàn)象。

6. 是相同風量的各類型空壓機中噪音最低者。

7. 葉輪可以經(jīng)過特殊設(shè)計來適合特殊的地理環(huán)境。

8. 良好的動平衡設(shè)計，基礎(chǔ)設(shè)計完全可以不必考慮空壓機的動負荷。

9. 必須使用多段壓縮，這是效率良好的主要原因之一。

10. 長期運轉(zhuǎn)后的效率也不會有顯著的差異（保養(yǎng)不良則另當別論）。

其缺點：

1. 環(huán)境因素的改變，例如進氣溫度、進氣壓力、濕度、水溫對離心式空壓機效率的沖擊較大，甚至會影響離心式空壓機到完全不能使用的地步，選購離心式空壓機需要更周詳?shù)囊?guī)劃來彌補此項缺陷。

2. 以目前的市場區(qū)隔，離心式空壓機仍然不適合低風量 (100HP以下)、高壓 (50kg/c㎡以上)的用途。

3. 構(gòu)造雖然簡單但是非常精密，維修人員的技術(shù)層次要遠高于往復(fù)式空壓機，因此維修人員必須經(jīng)過相當?shù)酿B(yǎng)成訓(xùn)練才能承擔精密部分的維修工作（并非指例行的保養(yǎng)工作）。

4. 用于高轉(zhuǎn)速的軸封氣密性無法達到100％，因此不適合空氣或氮氣以外的任何氣體壓縮。

5. 在靜止中（備用）的離心式空壓機一旦遭受壓縮空氣系統(tǒng)的逆流將會反轉(zhuǎn)，如果油泵也在靜止中，離心式空壓機會有因為供油而嚴重損壞的風險，因此，操作人員要養(yǎng)成良好的習慣，將靜止中的空壓機的出口閥關(guān)閉以根絕僅靠逆止閥來保護空壓機的風險。

6. 離心式空壓機和定排量式空壓機有截然不同的壓縮特性，操作人員最好要有離心式空壓機的基本概念以防止離心式空機獨具的氣窒現(xiàn)象（Surge），連續(xù)性旳氣窒很可能會造成離心式空壓機嚴重的損壞，修復(fù)的費用相當可觀。

7. 不能使用變速控制。

8. 電力系統(tǒng)頻率不同的地區(qū)，離心式空壓機完全不可以移地使用（即使可以更換齒輪箱內(nèi)部的機件，所花費的成本也相當高，很可能不如購買新機）。同理，在電力系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定的地區(qū)選購離心式空壓機要特別的慎重。