一、 概述 

 在諸多被經(jīng)常使用的能源中，壓縮空氣可說(shuō)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(wú)法取代的特性：

1. 無(wú)污染或低污染性，在環(huán)保意識(shí)高漲的時(shí)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(huì)制造污染（經(jīng)過(guò)分離、過(guò)濾的含油壓縮空氣會(huì)有微量的油氣，即使有泄漏的情形發(fā)生也沒(méi)有污染環(huán)境的顧慮）。

2. 在生產(chǎn)過(guò)程中，壓縮空氣可以和絕大部分的產(chǎn)品直接接觸來(lái)傳送動(dòng)力而不會(huì)傷害產(chǎn)品。

3. 無(wú)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(méi)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(lái)生產(chǎn)氮?dú)?、氧氣、氫氮或稀有氣體來(lái)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(xué)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(dòng)化的前提下，壓縮空氣的使用與日俱增，而空壓機(jī)在生產(chǎn)能源／壓縮空氣的同時(shí)，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(dòng)輒使用數(shù)千馬力甚至數(shù)萬(wàn)馬力空壓機(jī)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(shí)是業(yè)者值得深思的課題。

絕大部份的空壓機(jī)都使用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的方式，極少數(shù)的空壓機(jī)會(huì)使用蒸汽渦輪機(jī) (Steam Turbine) 或燃?xì)鉁u輪機(jī) (Gas Turbine) 來(lái)驅(qū)動(dòng)，在蒸汽過(guò)?；蛴腥?xì)猓◤U氣）可資利用的行業(yè)使用渦輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)確實(shí)有極大的節(jié)能效果。使用渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的案例不多，后續(xù)中空壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式將專指馬達(dá)驅(qū)動(dòng)而言。

二、空壓機(jī)的種類

 1. 空壓機(jī)在壓縮空氣的過(guò)程中，以空氣是否和潤(rùn)滑油的混合來(lái)分類，可以區(qū)分為有油式及無(wú)油式空壓機(jī)兩種，潤(rùn)滑油對(duì)任何機(jī)械設(shè)備都具有潤(rùn)滑和冷卻的作用，針對(duì)有油式空壓機(jī)，潤(rùn)滑油還具有氣密的作用來(lái)提升空壓機(jī)的容積效率，因此，從節(jié)能的觀點(diǎn)來(lái)看，有油式空壓機(jī)的能源效率絕對(duì)會(huì)高于無(wú)油式空壓機(jī)。不可否認(rèn)的，壓縮空氣中的油氣會(huì)造成甚多使用上的困擾，即使經(jīng)過(guò)精密過(guò)濾器.html'>過(guò)濾器的處理也無(wú)法達(dá)到完全無(wú)油的境界，雖然有油空壓機(jī)的能源效率較高，但是，精密過(guò)濾器的購(gòu)置成本以及精密過(guò)濾器所導(dǎo)致的壓損、能源損失也相當(dāng)?shù)目捎^，除非氣動(dòng)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(yáng)棄有油式空壓機(jī)。因此，在后敘的章節(jié)中將以無(wú)油式空壓機(jī)旳分析介紹為主。

2. 以壓縮的方式來(lái)區(qū)分空壓機(jī)可以分為定排量式空壓機(jī)（Positive Displacement Compressor） 及動(dòng)能式空壓機(jī) (Dynamic Compressor) 。各類型空壓機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)會(huì)在后文中分別介紹。

(A)定排量式空壓機(jī)的共同特性是藉助空壓機(jī)將密閉于一定容積內(nèi)的空氣施以機(jī)械功來(lái)「壓縮」空氣的體積，同時(shí)提升壓力，此類型的空壓機(jī)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(dòng)能式空壓機(jī)，坊間有很多的專門書(shū)刊介紹動(dòng)能式空壓機(jī)，在此不再贅述。以其普及性及節(jié)能的觀點(diǎn)來(lái)介紹當(dāng)推離心式空壓機(jī)為主流，事實(shí)上，離心式空壓機(jī)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(wú)論是體積或是重量都遠(yuǎn)比齒輪增速式龐大的多，當(dāng)然除了造價(jià)較高之外，其能源效率也遠(yuǎn)比不上齒輪增速式，因此，在超大風(fēng)量（市場(chǎng)的區(qū)隔大約在100,000CFM / 170,000CMH） 壓縮特殊氣體（空氣或氮?dú)庖酝獾臍怏w）的用途上尚可見(jiàn)其蹤跡，市場(chǎng)上所常見(jiàn)的機(jī)種當(dāng)首推齒輪增速離心式空壓機(jī)為動(dòng)能式空壓機(jī)的代表，后文中也將以此類型空壓機(jī)為主要的介紹對(duì)象。

 三、往復(fù)式空壓機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)介紹

在工業(yè)化的進(jìn)展過(guò)程中，往復(fù)式空壓機(jī)是最早問(wèn)市的空壓機(jī)之一，它對(duì)工業(yè)界的貢獻(xiàn)是不可抹剎的，即使它己失去了往日的風(fēng)采，逐漸的被螺桿式、離心式空壓機(jī)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(jiàn)它仍然存在某些獨(dú)特的優(yōu)越特性是其它類型的空壓機(jī)無(wú)法完全超越或取代的。

其優(yōu)點(diǎn)為：

1. 進(jìn)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(fēng)量的涵蓋范圍也相當(dāng)廣泛，雖然在大風(fēng)量的使用上己逐漸的被其它類型的空壓機(jī)所取代而退出市場(chǎng)，但是在小風(fēng)量（數(shù)馬力甚至更?。┑氖褂梅秶跃哂邢喈?dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。

3. 在小風(fēng)量、高壓的使用領(lǐng)域，往復(fù)式空壓機(jī)可當(dāng)做增壓機(jī)（Booster）來(lái)使用。

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

5. 氣密性相當(dāng)良好，因此也適合壓縮空氣或氮?dú)庖酝獾奶厥鈿怏w。

6. 采用高強(qiáng)度 (Heavy Duty)的設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)速低、堅(jiān)固耐用、連續(xù)使用的故障率低。

7. 每段多缸 (Multi–Cylincler)雙動(dòng)式（Double Acting）的設(shè)計(jì)，可以采用多階 (Multi– Step Control) 的容積控制方式，對(duì)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(duì)節(jié)流控制的效益相當(dāng)顯著。

其缺點(diǎn)為：

1. 在壓力及風(fēng)量上和其它類型空壓機(jī)有重迭的適用范圍，如果采用高強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)的的往復(fù)式空壓機(jī)，其單位風(fēng)量的造價(jià)相當(dāng)高。

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

3. 類似引擎的設(shè)計(jì)，零件種類繁雜，其中需要定期更換的消耗性零件數(shù)量、項(xiàng)目相當(dāng)多，不僅維修成本高而且維修時(shí)間長(zhǎng)，這也是往復(fù)式空壓機(jī)在某些使用范圍逐漸退出市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)行列的主要因素。

4. 往復(fù)式空壓機(jī)有吸氣及排氣的行程，因此，排氣是非連續(xù)性的間歇?jiǎng)幼?，?dāng)然會(huì)造成相當(dāng)明顯的壓力脈動(dòng)現(xiàn)象，管路設(shè)計(jì)工程師必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)的核算才能避免壓力脈動(dòng)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(jī)的能源效率，在缺乏其它檢測(cè)設(shè)備時(shí)，空壓機(jī)的能源效率是否因?yàn)閮?nèi)部的泄漏而逐日下降？對(duì)一般用戶而言，實(shí)在是一件相當(dāng)令人困擾而難以掌控的事實(shí)。

四、螺桿式空壓機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)介紹

 螺桿式空壓機(jī)的問(wèn)世起于有油螺桿式，它在市場(chǎng)上的表現(xiàn)確實(shí)是非常優(yōu)異，無(wú)油螺旋式沿襲了市場(chǎng)上對(duì)有油螺桿式的良好觀感，在初問(wèn)世時(shí)確實(shí)在市場(chǎng)上造成不小的震撼力，經(jīng)過(guò)實(shí)際使用的嚴(yán)酷考驗(yàn)己逐漸式微，當(dāng)然有其癥結(jié)所在，究其原因，從下列優(yōu)缺點(diǎn)的比較可窺其一二。

其優(yōu)點(diǎn)為：

1. 產(chǎn)品規(guī)格化較容易，在一定的風(fēng)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(zhǎng)、縮短來(lái)適合不同風(fēng)量的需求，此特性確實(shí)可以降低制造成本來(lái)幫助市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

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

3. 空壓機(jī)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(dāng)良好，同時(shí)較往復(fù)式空壓機(jī)大幅減少了很多的消耗性零件，具有保養(yǎng)容易的優(yōu)點(diǎn)。

4. 螺桿式空壓機(jī)的噪音度幾乎可說(shuō)是所有空壓機(jī)中最高的，噪音度視風(fēng)量大小而定，往往都超過(guò)100dbA以上，因此螺旋式空壓機(jī)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(diǎn)為：

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

2. 空壓機(jī)本體僅有３～５年的壽命，換修空壓機(jī)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(jī)本體的成本一般都會(huì)超過(guò)購(gòu)置新機(jī)的六成，這也是使用者對(duì)此類型空壓機(jī)最大的詬病。

3. 在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后長(zhǎng)期停機(jī)，空壓機(jī)本體內(nèi)的轉(zhuǎn)子「卡住現(xiàn)象」屢見(jiàn)不鮮，備用空壓機(jī)變成極不可靠的備用狀態(tài)。

4. 在理論上，定排量的空壓機(jī)屬于等容變壓(Constant Volume, Variable Pressure)的空壓機(jī)，每壓縮段單氣缸的螺旋式空壓機(jī)不具有節(jié)流作用。凡是采用節(jié)流控制的螺旋式空壓機(jī)，其方式不外（A）部分旁通的方式；(B)節(jié)制進(jìn)氣量的方式。不論采用以上任何一種設(shè)計(jì)，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(guò)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(guò)壓縮或部分壓縮，當(dāng)然需要消耗能源。

(B)節(jié)制進(jìn)氣量的方式：此種方式無(wú)非是在進(jìn)氣口加裝節(jié)流閥，一般使用蝴蝶閥；節(jié)流閥在部份開(kāi)度時(shí)當(dāng)然有節(jié)流作用，同時(shí)空氣在流經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入空壓機(jī)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(gè)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(huì)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(jìn)氣負(fù)壓有一定程度的限制，所以節(jié)流范圍也會(huì)限制在大約60-100%之間。

5.某些螺桿式空壓機(jī)的設(shè)計(jì)卸載時(shí)仍然需要大約70~80％的全載功率，在選購(gòu)前確實(shí)需要分辨清楚，較佳的設(shè)計(jì)也往往需要25％的全載功率。注：?jiǎn)味瓮鶑?fù)式空壓機(jī)在卸載時(shí)需要大約25％的全載功率，需雙段往復(fù)式空壓機(jī)則僅需要大約15％的全載功率。

五、離心式空壓機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)介紹

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

其優(yōu)點(diǎn)為：

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

2. 堅(jiān)固耐用，長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的故障率極低。

3. 構(gòu)造簡(jiǎn)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(guò)額定風(fēng)量(Rated Flow)的能力，對(duì)于評(píng)估使用風(fēng)量準(zhǔn)確度的質(zhì)疑減少了不少的困擾。

5. 沒(méi)有像往復(fù)式空壓機(jī)一樣的壓力脈動(dòng)現(xiàn)象。

6. 是相同風(fēng)量的各類型空壓機(jī)中噪音最低者。

7. 葉輪可以經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)來(lái)適合特殊的地理環(huán)境。

8. 良好的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)完全可以不必考慮空壓機(jī)的動(dòng)負(fù)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(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后的效率也不會(huì)有顯著的差異（保養(yǎng)不良則另當(dāng)別論）。

其缺點(diǎn)：

1. 環(huán)境因素的改變，例如進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、濕度、水溫對(duì)離心式空壓機(jī)效率的沖擊較大，甚至?xí)绊戨x心式空壓機(jī)到完全不能使用的地步，選購(gòu)離心式空壓機(jī)需要更周詳?shù)囊?guī)劃來(lái)彌補(bǔ)此項(xiàng)缺陷。

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

3. 構(gòu)造雖然簡(jiǎn)單但是非常精密，維修人員的技術(shù)層次要遠(yuǎn)高于往復(fù)式空壓機(jī)，因此維修人員必須經(jīng)過(guò)相當(dāng)?shù)酿B(yǎng)成訓(xùn)練才能承擔(dān)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(wú)法達(dá)到100％，因此不適合空氣或氮?dú)庖酝獾娜魏螝怏w壓縮。

5. 在靜止中（備用）的離心式空壓機(jī)一旦遭受壓縮空氣系統(tǒng)的逆流將會(huì)反轉(zhuǎn)，如果油泵也在靜止中，離心式空壓機(jī)會(huì)有因?yàn)楣┯投鴩?yán)重?fù)p壞的風(fēng)險(xiǎn)，因此，操作人員要養(yǎng)成良好的習(xí)慣，將靜止中的空壓機(jī)的出口閥關(guān)閉以根絕僅靠逆止閥來(lái)保護(hù)空壓機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

6. 離心式空壓機(jī)和定排量式空壓機(jī)有截然不同的壓縮特性，操作人員最好要有離心式空壓機(jī)的基本概念以防止離心式空機(jī)獨(dú)具的氣窒現(xiàn)象（Surge），連續(xù)性旳氣窒很可能會(huì)造成離心式空壓機(jī)嚴(yán)重的損壞，修復(fù)的費(fèi)用相當(dāng)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(jī)完全不可以移地使用（即使可以更換齒輪箱內(nèi)部的機(jī)件，所花費(fèi)的成本也相當(dāng)高，很可能不如購(gòu)買新機(jī)）。同理，在電力系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定的地區(qū)選購(gòu)離心式空壓機(jī)要特別的慎重。