滑片式空气压缩机

定义

滑片式空气压缩机属于回转式容积压缩机，由气缸（定子）、偏心安装在气缸内的转子以及插在转子纵向槽中的若干滑片构成。转子外表面与气缸内壁之间围成一个截面呈月牙形的空间，滑片把这一空间分隔成若干个随转子转动而连续变化的基元容积，空气在其中被吸入、压缩并排出^[1]。

它与往复活塞式空压机的区别在于没有吸气阀、排气阀和曲轴连杆机构，转子是唯一持续运转的部件，因而可以直接与电动机或内燃机输出轴连接^[2]。按润滑方式，可分为滴油式、喷油式和无油式三类^[3]。

原理

转子轴线与气缸轴线之间保持一定偏心距，转子外圆一侧与气缸内壁相切，另一侧留出逐渐变宽的间隙，形成月牙形工作空间^[4]。转子槽内的滑片可沿径向自由滑动，转子旋转时滑片在离心力作用下被甩出并压向气缸内壁，有时还辅以槽底弹簧帮助滑片在低速时贴壁。相邻两片滑片、转子外圆与气缸内壁之间因此形成一个个彼此隔离的封闭小腔^[5]。

气缸壁上开有吸气孔口和排气孔口，两者在圆周方向错开布置^[1]。当某个基元容积随转子转到吸气口位置时，其体积正由小变大，外界空气经空气过滤器被吸入；越过吸气口边缘后，该腔体与吸气口隔断，体积随转子继续转动而逐渐缩小，腔内空气压力随之升高；转到排气口位置时，压缩空气（喷油机型为油气混合物）被排出^[6]。

设滑片数为 $z$，则转子每转一周，各个基元容积依次完成一次吸气、压缩、排气和余隙膨胀过程，全周共完成 $z$ 次排气，因此排气较为连续、压力脉动较小，不必配置很大的储气罐^[1]。喷油机型在压缩过程中向腔内喷入润滑油，油液起冷却、密封和减摩作用，并在气缸壁上形成油膜，避免滑片端部与缸壁金属直接接触；排出后的油气混合物再经机械分离和过滤分离，使压缩空气含油量降至较低水平^[3]。

flowchart LR

A[电机或内燃机] --> B[偏心转子旋转]

B --> C[滑片受离心力甩出贴壁]

C --> D[月牙形空间被分隔成基元容积]

D --> E[容积增大段: 经吸气口吸入空气]

D --> F[容积缩小段: 空气被压缩、压力升高]

F --> G[经排气口输出压缩空气]

G --> H[油气分离与冷却]

发展历程

滑片式压缩机的雏形出现较早，1892 年这种机型已在美国投入实际使用^[7]。20 世纪前期，随着回转式机械加工的成熟，滑片结构逐步定型为偏心转子加径向滑片的基本形式，并在此后长期与往复活塞式机型并存^[8]。

在喷油螺杆空压机技术走向成熟和普及之前，动力用移动式空压机上的活塞式机型大多被滑片式机型取代，这是滑片机应用范围扩张最快的阶段^[2]。据文献记载，20 世纪 60 年代滑片式空压机作为新机型在国内逐步推广，国产机型以中型为主，小型较少，部分产品用于与凿岩机械等配套^[9]。

国内轨道交通领域长期以活塞式和双螺杆空压机作为制动风源，滑片式机型进入该领域较晚；相关单位在 2014 年至 2017 年间研制的列车制动风源系统，将滑片式压缩机首次用于国内机车车辆，并在石家庄地铁 1 号线、北京 S1 线、大连中低速磁悬浮等项目上应用^[10]。近年针对首都机场线风源装置的国产化研究，也以滑片式空压机为对象，重点解决润滑油乳化等问题^[11]。

应用

工业供气是滑片式空压机最传统的用途，常见于印刷、包装、气动元件驱动、机床、实验室、牙科设备及仪表用气等场合，也用于酿造、蒸馏等车间^[3]。这类场合多用气量中等、压力要求不高，机型常做成敞开式，需要时加装箱体以降低噪声^[12]。

在城市轨道交通车辆上，滑片式空气压缩机为制动、车门等气动系统提供洁净压缩空气，并逐步替代部分传统往复活塞式空压机^[13]。列车风源对排气量和压力稳定性要求较高，文献报道的制动风源系统排气量可达 0.95 m³/min、排气压力 1000 kPa^[10]。

在新能源汽车和电动客车上，滑片式空气压缩机被集成为电机、驱动器与主机一体的电动空压机单元，为气压制动系统提供高压空气，其体积小、便于在车内布置^[14]。此外，它还被用于电解铝多功能天车等移动式气源场合，为出铝、打壳等作业供气，不过此类环境高温、高粉尘，设备故障率相对较高^[9]。

局限

滑片与气缸内壁之间始终存在相对滑动，机械摩擦带来的能量损失是其固有短板，效率因而低于同参数的螺杆式和往复式机型。以排气量 10 m³/min、排气压力 6.86×10⁵ N/m² 的移动式空压机为例，滑片式机型的效率比同参数螺杆机约低 10%，比同参数往复机约低 20%^[8]。

滑片本身是易损件，寿命受材质、加工精度和运行工况影响，尽管已有突破 8000 小时的记录，它仍是制约整机连续运转周期的关键因素^[8]。在无油机型中，滑片多采用石墨等自润滑材料，端部与缸壁摩擦时磨损并发热，磨损后变形容易造成高低压腔之间的气体泄漏，使排气损失增大、压力难以提高^[6]。

转速过高时滑片对缸壁的压紧力和相对滑动速度都很大，摩擦磨损加剧；转速过低时滑片又不易甩出贴壁，压缩机可能无法正常建立压力，因而工作转速区间受到限制^[15]。喷油机型还存在润滑油乳化风险，在车载等集成度高的场合，需借助温控阀和专用油品等方案提高抗乳化性能^[2]。

参见

• 空气压缩机 —— 滑片式空气压缩机所属的更大类设备，用于把机械能转化为压缩空气的压力能。

• 螺杆式空气压缩机 —— 同属回转式容积压缩机的另一主流机型，常与滑片式机型在效率与维护上作比较。

• 往复活塞式空气压缩机 —— 早期主流机型，滑片式机型在其后逐步取代了相当一部分移动式应用。

• 容积式压缩机 —— 按工作腔容积变化实现增压的压缩机总类，滑片式机型是其中一种。

• 轨道交通 —— 列车制动风源系统的使用场景之一，滑片式空压机在此领域应用较晚。