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[摘 要]通过对风冷式空压机的研究，发现仅靠风冷式散热片不足以保证空压机排气温度这一指标保持在稳定范围内。将风冷空压机改进为水冷，利用水比热容较大和流动性强物理原理，设计气体通道和水路循环，使空压机降低油温和排气温度效果提升。
[关键词]空压机；风冷；水冷；排气温度
中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0202-01
空压机是通过运动件的位移，使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间，以提高气体静压力的机器。依其工作原理和用途，我們把它定义为车用容积式轴驱动的往复压缩机，简称为车用空压机。其空压机是车用系统关键元件之一，属安全系统件，在汽车、工程机械和大中型拖拉机上有着广泛的应用。这二十几年来，我国制动空压机行业从产品单一、技术落后状况发展到目前产品产量居世界第一位，品种齐全，能满足国内各种机型需要，同时满足了合资、合作机的需要并有少量出口。
一、空压机研究状况及发展趋势
1.空压机的发展状况
空压机的发展源于80年代，东风汽车装配了单缸空压机并且采用了进气卸荷装置，制造工艺简化、效率提高很多。一汽汽车生产的CA1091汽车配装的空压机经过改进，采用单缸、进气卸荷后趋于稳定。
80年代初，为解决其可靠性问题，增大了气缸的直径，实现了单缸化，使进气速度明显加快。80年代中期后，为解决制动空压机的充气系数问题，即高速情况下的排气量问题，在转速要求较高的情况下，通过改变制动空压机的进、排气结构，改板状阀片为舌簧片使问题得到了較好解决。进入90年代，我国汽车行业进入了高速增长期，制动空压机也进入了高产量及多品种期，由于汽车、工程机械普遍应用，部分车种制动空压机的工作条件恶化，因此对制动空压机性能提出了更高的要求。
改进后的空压机的风吹冷却为液体循环冷却就是这样提出来的。制动空压机的液体冷却水冷或油冷的成熟，较好地改善了专有汽车、发动机后置大客车和工程机械等制动空压机的可靠性，使其排气温度大大降低，延长了底盘制动系统件的使用寿命。
2.空压机发展趋势
空压机的发展方向和趋势仍是：改善结构、提高排气量并减少气温油温、减少功率消耗、提高实用寿命。
（1）改善结构。以减轻质量、缩小体积、提高总体布置水平为目标，具体的是以单缸、立式、水冷和进气卸荷为代表。
（2）提高排气量。以改善进、排气系统结构，提高工作效率为目标，具体以先进的结构和优良的材质来实现。
（3）减少功率消耗。系统的功率消耗与有效供气之比是衡量系统总体效率的综合指标，系统的良好气密性为主要影响因素，运动件的质量，功能转换损失为次要影响因素。
（4）提高使用寿命。空压机的使用寿命源于设计的合理性，机械加工的工艺性与保障能力。充足的排气量，有效的排气温度控制，合理的间歇工作时间是提高使用寿命的基本条件。优秀的材质，良好的润滑是提高使用寿命的基本保证。
二、总体设计与改进
1.风冷空压机的组成结构系统
在风冷式空气压缩机的系统中，是由电气控制系统、流量，压力控制系统、油路系统、气路系统、冷却系统、安全保护等各个系统组成。其中冷却系统工作的对象是润滑油和压缩空气，主要目的是为了保证压缩机系统的运行温度正常和压缩空气出口的温度正常。
2.水冷空压机的组成结构系统
在组成水冷空气压缩机的系统中，其他系统组成大径相同，唯独不同的是冷却系统，水冷气缸体空压机的缸盖和气缸体均带水道，通过水道中的水循环，与发动机水路连接进行冷却。即利用水流，通过管壳式热交换器，在水冷气缸体内进行物理水流降温。
3.设计与改进的原理
经过风冷式空气压缩机与水冷式空气压缩机的对比，机体设计应用空压机的运行原理，以发动机为动力源，由齿轮或者皮带轮传递扭矩，在空压机曲柄连杆机构的带动下，空压机的活塞做直线往复运动，在活塞的往复运动间，空压机的进、排气阀片反复交替开启和关闭。核心水冷的设计与改进应用了适用于市场应用度高水冷却方案，水冷效果好，针对排气温度这一数据参数指标，利用水冷方案的原理，即空压机中各个零部件设计水道，利用水比热容较大这一特点原理，使水在其中流通，从而达到降温的效果。
4.设计与改进的原则
a.满足市场应用所适应的排气压力、排气量及其有关参数要求；
b.足够高的实用可靠度，足够长的使用寿命；
c.有交稿的运转经济性；
d.有良好的动力平衡；
e.尽可能采用新结构，新材料，新技术；
f.制造工艺良好，机器尺寸小而适中、重量轻；
g.水冷设计与整机匹配效果完好；
h.水冷空压机整机与其他装配体能完好匹配。
5.设计与改进的技术参数
排气压力：适用于整车制动系统排出气体要求的最高工作压力（表压），
吸气压力：适用于整车制动系统吸入气体要求的最高工作压力（表压），。
工作容积：空压机气缸体总的工作容积，即气缸体横截面面积×活塞行程×气缸数，
排气温度：标定工况下，空压机排气口的绝对温度，QC/T29077-92规定，空压机标定排气压力为0.8MPa时的排气温度
进气压力：进气压力（进气阻力、负压、真空度）：空压机吸气时缸盖进气口处的气体压力。在任何运转条件下，空压机的进气压力应不低于500mm
三、结论
对空压机的水冷设计与改进，通过对风冷式空压机的分析和研究，经过计算得到压缩机的相关参数，利用水比热容较大和流动性强物理原理，完成了对水冷式空压机的改进与设计，降低了排气温度，使之稳定在指标参数范围内。
参考文献
[1] 鲍鹏龙.燃料电池车用空气压缩机发展现状及趋势[J].电源技术，2016（08）：1731-1734.
[2] 王继苗，程俊涛.螺杆空压机水冷改造及空压机维护[J].建工通用机械，2015（2）：81-82.
[3] 张学林，王思贤，季伟，薛小代，王俊杰.500kW绝热CAES空压机优化设计[J].压缩机技术，2015（1）：1681-1684.
[4] Gongfa Li，Jianyi Kong，Guozhang Jiang，Liangxi Xie.Research of Intelligent Control of Air Compressor at Constant Pressure[J].Journal of Computers.2012，11（1）：47–54.
[5] Richard Adamson，Martin Hobbs，Andy Silcock，Mark J. Willis.Steady-state optimisation of a multiple cryogenic air separation unit and compressor plant[J].Elsevier Ltd.2016（05）：46-49.
[关键词]空压机；风冷；水冷；排气温度
中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0202-01
空压机是通过运动件的位移，使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间，以提高气体静压力的机器。依其工作原理和用途，我們把它定义为车用容积式轴驱动的往复压缩机，简称为车用空压机。其空压机是车用系统关键元件之一，属安全系统件，在汽车、工程机械和大中型拖拉机上有着广泛的应用。这二十几年来，我国制动空压机行业从产品单一、技术落后状况发展到目前产品产量居世界第一位，品种齐全，能满足国内各种机型需要，同时满足了合资、合作机的需要并有少量出口。
一、空压机研究状况及发展趋势
1.空压机的发展状况
空压机的发展源于80年代，东风汽车装配了单缸空压机并且采用了进气卸荷装置，制造工艺简化、效率提高很多。一汽汽车生产的CA1091汽车配装的空压机经过改进，采用单缸、进气卸荷后趋于稳定。
80年代初，为解决其可靠性问题，增大了气缸的直径，实现了单缸化，使进气速度明显加快。80年代中期后，为解决制动空压机的充气系数问题，即高速情况下的排气量问题，在转速要求较高的情况下，通过改变制动空压机的进、排气结构，改板状阀片为舌簧片使问题得到了較好解决。进入90年代，我国汽车行业进入了高速增长期，制动空压机也进入了高产量及多品种期，由于汽车、工程机械普遍应用，部分车种制动空压机的工作条件恶化，因此对制动空压机性能提出了更高的要求。
改进后的空压机的风吹冷却为液体循环冷却就是这样提出来的。制动空压机的液体冷却水冷或油冷的成熟，较好地改善了专有汽车、发动机后置大客车和工程机械等制动空压机的可靠性，使其排气温度大大降低，延长了底盘制动系统件的使用寿命。
2.空压机发展趋势
空压机的发展方向和趋势仍是：改善结构、提高排气量并减少气温油温、减少功率消耗、提高实用寿命。
（1）改善结构。以减轻质量、缩小体积、提高总体布置水平为目标，具体的是以单缸、立式、水冷和进气卸荷为代表。
（2）提高排气量。以改善进、排气系统结构，提高工作效率为目标，具体以先进的结构和优良的材质来实现。
（3）减少功率消耗。系统的功率消耗与有效供气之比是衡量系统总体效率的综合指标，系统的良好气密性为主要影响因素，运动件的质量，功能转换损失为次要影响因素。
（4）提高使用寿命。空压机的使用寿命源于设计的合理性，机械加工的工艺性与保障能力。充足的排气量，有效的排气温度控制，合理的间歇工作时间是提高使用寿命的基本条件。优秀的材质，良好的润滑是提高使用寿命的基本保证。
二、总体设计与改进
1.风冷空压机的组成结构系统
在风冷式空气压缩机的系统中，是由电气控制系统、流量，压力控制系统、油路系统、气路系统、冷却系统、安全保护等各个系统组成。其中冷却系统工作的对象是润滑油和压缩空气，主要目的是为了保证压缩机系统的运行温度正常和压缩空气出口的温度正常。
2.水冷空压机的组成结构系统
在组成水冷空气压缩机的系统中，其他系统组成大径相同，唯独不同的是冷却系统，水冷气缸体空压机的缸盖和气缸体均带水道，通过水道中的水循环，与发动机水路连接进行冷却。即利用水流，通过管壳式热交换器，在水冷气缸体内进行物理水流降温。
3.设计与改进的原理
经过风冷式空气压缩机与水冷式空气压缩机的对比，机体设计应用空压机的运行原理，以发动机为动力源，由齿轮或者皮带轮传递扭矩，在空压机曲柄连杆机构的带动下，空压机的活塞做直线往复运动，在活塞的往复运动间，空压机的进、排气阀片反复交替开启和关闭。核心水冷的设计与改进应用了适用于市场应用度高水冷却方案，水冷效果好，针对排气温度这一数据参数指标，利用水冷方案的原理，即空压机中各个零部件设计水道，利用水比热容较大这一特点原理，使水在其中流通，从而达到降温的效果。
4.设计与改进的原则
a.满足市场应用所适应的排气压力、排气量及其有关参数要求；
b.足够高的实用可靠度，足够长的使用寿命；
c.有交稿的运转经济性；
d.有良好的动力平衡；
e.尽可能采用新结构，新材料，新技术；
f.制造工艺良好，机器尺寸小而适中、重量轻；
g.水冷设计与整机匹配效果完好；
h.水冷空压机整机与其他装配体能完好匹配。
5.设计与改进的技术参数
排气压力：适用于整车制动系统排出气体要求的最高工作压力（表压），
吸气压力：适用于整车制动系统吸入气体要求的最高工作压力（表压），。
工作容积：空压机气缸体总的工作容积，即气缸体横截面面积×活塞行程×气缸数，
排气温度：标定工况下，空压机排气口的绝对温度，QC/T29077-92规定，空压机标定排气压力为0.8MPa时的排气温度
进气压力：进气压力（进气阻力、负压、真空度）：空压机吸气时缸盖进气口处的气体压力。在任何运转条件下，空压机的进气压力应不低于500mm
三、结论
对空压机的水冷设计与改进，通过对风冷式空压机的分析和研究，经过计算得到压缩机的相关参数，利用水比热容较大和流动性强物理原理，完成了对水冷式空压机的改进与设计，降低了排气温度，使之稳定在指标参数范围内。
参考文献
[1] 鲍鹏龙.燃料电池车用空气压缩机发展现状及趋势[J].电源技术，2016（08）：1731-1734.
[2] 王继苗，程俊涛.螺杆空压机水冷改造及空压机维护[J].建工通用机械，2015（2）：81-82.
[3] 张学林，王思贤，季伟，薛小代，王俊杰.500kW绝热CAES空压机优化设计[J].压缩机技术，2015（1）：1681-1684.
[4] Gongfa Li，Jianyi Kong，Guozhang Jiang，Liangxi Xie.Research of Intelligent Control of Air Compressor at Constant Pressure[J].Journal of Computers.2012，11（1）：47–54.
[5] Richard Adamson，Martin Hobbs，Andy Silcock，Mark J. Willis.Steady-state optimisation of a multiple cryogenic air separation unit and compressor plant[J].Elsevier Ltd.2016（05）：46-49.