主要燃料電池汽車(chē)廠商空壓機(jī)類(lèi)型對(duì)比
全球各大燃料電池汽車(chē)生產(chǎn)商為空氣供應(yīng)系統(tǒng)選擇的空壓機(jī)類(lèi)型也不盡相同。比如豐田2002款FCHV和2008款FCHV-adv燃料電池汽車(chē)搭載了渦旋式空壓機(jī)，Mirai燃料電池汽車(chē)搭載六葉螺旋羅茨式空壓機(jī)。本田公司Clarity燃料電池汽車(chē)用兩級(jí)電動(dòng)離心式空壓機(jī)取代了螺桿式空壓機(jī)。戴姆勒旗下xinGLC F-Cell燃料電池汽車(chē)采用離心式空壓機(jī)，而在前幾代中，A-class采取螺桿式空壓機(jī)和膨脹機(jī)結(jié)合的形式，B-Class和F-Class采用螺桿式空壓機(jī)。
各類(lèi)空壓機(jī)對(duì)比
雖然燃料電池用空壓機(jī)的設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)增壓器相似，但兩者在使用環(huán)境、工作范圍和要求上有著較大差別。燃料電池用空壓機(jī)需要滿足無(wú)油、低噪聲、低成本、小型化、工作范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)。某種程度上，燃料電池用空壓機(jī)代表了空氣壓縮機(jī)行業(yè)的高水ping，涉及到空氣動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械、電子、材料、電控和NVH等眾多學(xué)科。上表為幾種燃料電池用空壓機(jī)的簡(jiǎn)單對(duì)比?？梢园l(fā)現(xiàn)，各型空壓機(jī)均有其特有的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，離心式空壓機(jī)綜合評(píng)分高。下面將從離心式空壓機(jī)開(kāi)始，依次從動(dòng)圖出發(fā)介紹各型空壓機(jī)。
1. 離心式空壓機(jī)
離心式空壓機(jī)在功率密度、效率和噪聲等方面具有hao的總體效果，被視為未來(lái)有前途的空氣壓縮方式之一。主要工作原理為通過(guò)葉輪對(duì)氣體做功，在葉輪和擴(kuò)壓器的流道內(nèi)，利用離心升壓作用和降速擴(kuò)壓作用，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能。據(jù)相關(guān)資料顯示，從目前國(guó)內(nèi)外燃料電池空壓機(jī)的開(kāi)發(fā)方向來(lái)看，離心式空壓機(jī)將是今后的主流方向。目前，本田公司旗下Clarity和現(xiàn)代公司旗下ix35燃料電池汽車(chē)使用的正是離心式空壓機(jī)。注意，本田公司旗下Clarity燃料電池汽車(chē)采用的是兩級(jí)電動(dòng)增壓方式。
離心式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖一
離心式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖二
離心式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖三
離心式空壓機(jī)葉輪
本田Clarity燃料電池兩級(jí)電動(dòng)增壓
離心空壓機(jī)也有一些缺點(diǎn)，比如不適合氣體流量太小及壓比過(guò)高的場(chǎng)合，工作區(qū)較窄，經(jīng)濟(jì)性較差，效率較低等。如下圖所示，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)匹配空壓機(jī)往往工作在中等流量范圍，工作范圍較大；燃料電池用空壓機(jī)工作范圍窄且靠近喘振邊界。據(jù)相關(guān)資料顯示，離心式空壓機(jī)與渦輪機(jī)的搭配可能成為燃料電池用空壓機(jī)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，比如博格華納(BorgWarner)開(kāi)發(fā)的FCAS渦輪增壓空壓機(jī)。
傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)與燃料電池用空壓機(jī)工作范圍對(duì)比
博格華納渦輪增壓空壓機(jī)
2. 螺桿式空壓機(jī)
螺桿式空壓機(jī)可分為單螺桿式和雙螺桿式。螺桿式空壓機(jī)在汽缸內(nèi)裝有一對(duì)互相嚙合的螺旋形陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子，兩轉(zhuǎn)子都有幾個(gè)凹形齒，兩者互相反向旋轉(zhuǎn)。主轉(zhuǎn)子又稱(chēng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子或凸轉(zhuǎn)子，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，另一轉(zhuǎn)子稱(chēng)陰轉(zhuǎn)子或凹轉(zhuǎn)子，由主轉(zhuǎn)子端和凹轉(zhuǎn)子端的同步齒輪驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)過(guò)程中理論上沒(méi)有金屬接觸。通用汽車(chē)和戴姆勒旗下燃料電池汽車(chē)層搭載過(guò)螺桿式空壓機(jī)。
單螺桿式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖
雙螺桿式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖一
雙螺桿式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖二
雙螺桿式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖三
注意，戴姆勒旗下燃料電池汽車(chē)GLC F-CELL已經(jīng)用電動(dòng)增壓器(離心式)取代了傳統(tǒng)的螺桿式壓縮機(jī)。
3. 羅茨式空壓機(jī)
羅茨式空壓機(jī)屬于容積回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)靠轉(zhuǎn)子軸端的同步齒輪使兩轉(zhuǎn)子保持嚙合。轉(zhuǎn)子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積，在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過(guò)程找那個(gè)從吸氣口帶走氣體，當(dāng)移到排氣口附件與排氣口相連通的瞬時(shí)間，因有較高壓力的氣體回流，此時(shí)工作容積中的壓力突然升高，然后將氣體輸送到排氣通道。兩轉(zhuǎn)子互不接觸，靠嚴(yán)密控制的間隙實(shí)現(xiàn)密封，故排出的氣體不受潤(rùn)滑油污染。
羅茨式空壓機(jī)葉輪形狀
羅茨式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖一
羅茨式空壓機(jī)工作原理分解
羅茨式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖二
豐田公司旗下Mirai燃料電池汽車(chē)搭載了全新開(kāi)發(fā)的六葉螺旋羅茨式空壓機(jī)。與傳統(tǒng)羅茨式空壓機(jī)中葉輪與軸向平行不同，豐田紡織開(kāi)發(fā)的羅茨式空壓機(jī)，葉輪呈現(xiàn)螺旋形狀。上汽集團(tuán)開(kāi)發(fā)的燃料電池汽車(chē)也層搭載過(guò)羅茨式空壓機(jī)。羅茨式空壓機(jī)的優(yōu)勢(shì)主要有：轉(zhuǎn)速較低，不必使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空氣軸承；運(yùn)行區(qū)較寬；技術(shù)相對(duì)成熟。
Mirai六葉螺旋羅茨式空壓機(jī)
4. 渦旋式空壓機(jī)
渦旋式空壓機(jī)由一個(gè)固定的漸開(kāi)線渦旋盤(pán)和一個(gè)呈偏心回旋平動(dòng)的漸開(kāi)線運(yùn)動(dòng)渦旋盤(pán)組成的可壓縮容積壓縮機(jī)，由兩個(gè)雙函數(shù)方程型線的動(dòng)、靜渦盤(pán)相互咬合而成。在吸氣、壓縮、排氣工作過(guò)程中，靜盤(pán)固定在機(jī)架上，動(dòng)盤(pán)由偏心軸驅(qū)動(dòng)并由防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制約，圍繞靜盤(pán)基圓中心，作很小半徑的平面轉(zhuǎn)動(dòng)。氣體通過(guò)空氣濾芯吸入靜盤(pán)的外圍，隨著偏心軸的旋轉(zhuǎn)，氣體在動(dòng)靜盤(pán)噬合所組成的若干個(gè)月牙形壓縮腔內(nèi)被逐步壓縮，然后由靜盤(pán)中心部件的軸向孔連續(xù)排出。
渦旋式空壓機(jī)轉(zhuǎn)子
渦旋式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖一
渦旋式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖二
豐田公司在2002版FCHV和2008版FCHV-adv燃料電池汽車(chē)上均曾搭載了渦旋式空壓機(jī)。
5. 往復(fù)式空壓機(jī)
往復(fù)式空壓機(jī)通過(guò)氣缸內(nèi)活塞或隔膜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使剛體容積周期變化并實(shí)現(xiàn)氣體增壓和輸送，屬于容積型空壓機(jī)。根據(jù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件分為活塞式和隔膜式空壓機(jī)。
活塞式空壓機(jī)動(dòng)態(tài)圖一
優(yōu)點(diǎn)：1.熱效率高、單位耗電量少；2.加工方便，對(duì)材料要求低，造價(jià)低廉；3.裝置簡(jiǎn)單；4.設(shè)計(jì)、生產(chǎn)早，制造技術(shù)成熟；5.應(yīng)用范圍廣。
缺點(diǎn)：1.運(yùn)動(dòng)部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修工作量大；2.轉(zhuǎn)速受限制；3.活塞環(huán)的磨損、氣缸的磨損、皮帶的傳動(dòng)方式使效率下降很快；4.噪音大；5.控制系統(tǒng)的落后，不適應(yīng)連鎖控制和無(wú)人值守的需要。
煥能科技離心機(jī)余熱回收系統(tǒng)，已在食品、制藥、鋼鐵廠、造船廠得到廣泛使用，通過(guò)回收高溫壓縮空氣熱量，轉(zhuǎn)化產(chǎn)出熱水，穩(wěn)定供給全廠員工生活熱水，以及辦公區(qū)和宿舍供暖。在石油化工、食品、制藥、造船等工廠內(nèi)，壓縮空氣需求量大，空壓機(jī)房一般都使用，大型離心空氣壓縮機(jī)，才能穩(wěn)定供應(yīng)全廠壓縮空氣。而大型離心空壓機(jī)耗電量高，維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)用投入大，壓縮空氣制造成本相對(duì)較高。
離心機(jī)冷卻系統(tǒng)分風(fēng)冷和水冷，風(fēng)冷系統(tǒng)投入很大，大多選用水冷卻塔。離心機(jī)冷卻塔冷卻高溫空氣，存在兩個(gè)方面的弊端：
煥能科技離心機(jī)余熱回收系統(tǒng)，已在食品、制藥、鋼鐵廠、造船廠得到廣泛使用，通過(guò)回收高溫壓縮空氣熱量，轉(zhuǎn)化產(chǎn)出熱水，穩(wěn)定供給全廠員工生活熱水，以及辦公區(qū)和宿舍供暖。
空壓機(jī)是氣源裝置中的主體，它是將原動(dòng)機(jī)(通常是電動(dòng)機(jī))的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置,是利用空氣壓縮原理制成超過(guò)大氣壓力的壓縮空氣的機(jī)械。空壓機(jī)的種類(lèi)很多，按工作原理可分為容積式壓縮機(jī)，速度式壓縮機(jī)，容積式壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力;速度式壓縮機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。那么，空壓機(jī)常見(jiàn)的故障該如何進(jìn)行排除呢?
想要排除空壓機(jī)常見(jiàn)的故障應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
一、在空壓機(jī)操作前，應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1、保持油池中潤(rùn)滑油在標(biāo)尺范圍內(nèi)，空壓機(jī)操作前應(yīng)檢查注油器內(nèi)的油量不應(yīng)低于刻度線值。2、檢查各運(yùn)動(dòng)部位是否靈活，各聯(lián)接部位是否緊固，潤(rùn)滑系統(tǒng)是否正常，電機(jī)及電器控制設(shè)備是否安全可靠。3、空壓機(jī)操作前應(yīng)檢查防護(hù)裝置及安全附件是否完好齊全。4、檢查排氣管路是否暢通。5、接通水源，打開(kāi)各進(jìn)水閥，使冷卻水暢通。
二、空壓機(jī)操作時(shí)應(yīng)注意長(zhǎng)期停用后首次起動(dòng)前，必須盤(pán)車(chē)檢查，注意有無(wú)撞擊、卡住或響聲異常等現(xiàn)象。
三、機(jī)械必須在無(wú)載荷狀態(tài)下起動(dòng)，待空載運(yùn)轉(zhuǎn)情況正常后，再逐步使空壓機(jī)進(jìn)入負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
四、空壓機(jī)操作時(shí),正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，應(yīng)經(jīng)常注意各種儀表讀數(shù)，并隨時(shí)予以調(diào)整。
五、空壓機(jī)操作中，還應(yīng)檢查下列情況：1、電動(dòng)機(jī)溫度是否正常，各電表讀數(shù)是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。2、各機(jī)件運(yùn)行聲音是否正常。3、吸氣閥蓋是否發(fā)熱，閥的聲音是否正常。4、空壓機(jī)各種安全防護(hù)設(shè)備是否可靠。
六、空壓機(jī)操作2小時(shí)后，需將油水分離器、中間冷卻器、后冷卻器內(nèi)的油水排放一次，儲(chǔ)風(fēng)桶內(nèi)油水每班排放一次。
七、空壓機(jī)操作中發(fā)現(xiàn)下列情況時(shí)，應(yīng)立即停車(chē)，查明原因，并予以排除。1、潤(rùn)滑油終斷或冷卻水終斷。2、水溫突然升高或下降。3、排氣壓力突然升高，安全閥失靈。4、負(fù)荷突然超出正常值。5、機(jī)械響聲異常。6、電動(dòng)機(jī)或電器設(shè)備等出現(xiàn)異常。
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