研發實驗室空壓機耐久型與商用型差在哪裡? 以無油往復式為例

許多朋友採用中小型活塞式空壓機,而且目前有不少朋友採用有油式的活塞式空壓機。請容許我們先提一下在密閉空調空間我們十分不建議採用有油式空壓機 (不管是哪一種有油式空壓機)；因為有油活塞式空壓機壓縮熱溫度會高達攝氏180度C~200度C, 潤滑油進行降溫潤滑過程，會產生相當數量的油氣，並且隨著管路在空調空間逸散影響環境空氣品質。除此之外，油垢與油氣混合冷凝水造成油乳化跑到診療或車機，對於電磁閥、主軸或氣壓缸都是致命傷。

商用型空壓機一般應用在裝潢噴漆、木工、招牌製作….等每日需要空壓機啟動運轉低於累積小於2小時的設計；也就是說, 一般商用型的設計是以每年起動運轉時數300~900小時 (中端<500小時/年; 高端<900小時/年) 為設計基準。因為是為了應付這樣的輕負荷需求，所以包括空壓機的氣缸、活塞以及連桿並不需要太精密且也不需要太堅固強壯。

商用型無油空壓機結構分析

正式進入正題，交流關於工業型空壓機與商用型空壓機的主要差異：結構耐用程度。我們將以往復式 (活塞式) 來區分比較，而且以往復式空壓機最主要的部品活塞連桿組作為最主要的範例說明；至於工業型有油式與工業型無油式活塞空壓機先歸類成同一類，暫時不區分。下圖是商用型往復式空壓機的機體解剖圖，請各位參考並注意活塞連桿的主要結構：

商用型無油活塞式空壓機機體解剖圖

商用型活塞連桿組

商用型空壓機採用的馬達娆組

馬達純銅娆組成為行銷工具?

基本上活塞的結構類似銅板的形狀，活塞與連桿的連結是靠鉚釘卯入，活塞與氣缸壁則靠類似橡膠襯墊或鐵氟龍O型環來保持氣密。活塞與連桿的材質通常是鋁合金，汽缸或汽缸蓋也是鋁合金以傳統銑床與鑽床快速加工，精度與表面粗度較粗糙。因為活塞連桿的連結屬於硬式連結，活塞與汽缸靠類似O型的橡膠或鐵氟龍襯墊容易產生間隙或變位卡住，效率衰減會比較快。不過本來商用型的設計就不是設計用來長時間負荷運轉或提供長期使用的，因此這樣的結構設計在DIY、木工、噴漆或商業用途只要價格便宜，是可以被消費者接受的。

工業型無油往復式空壓機

長壽穩定型或者說工業型設計因為材質選擇、加工精度，各種部品匹配、機器的運轉保護以及散熱設計均需要經過長期驗證; 因此，一般設計會以每年實際運轉時數超過2,000小時以上者為基礎。

無油往復式機體設計

岩田無油活塞機構材質分析

一般工業用活塞連桿組

活塞、氣缸與氣缸蓋的材質通常是矽鋁合金 (增加耐磨度) 或球墨鑄鐵活塞 (更耐用)，連桿則多數是FC300的鑄鐵，並經過NC或CNC專用銑床做精度加工；尤其是連桿下方與軸承套入的部分更加在意精度要求。

活塞與連桿也是採用小軸承活塞內軸連結，可以順著氣缸與氣缸壁的磨耗狀況有些許彈性應對；軸承一般8,000~10,000小時必須更換，當然活塞有活塞環及刮油環 (如果是有油式) 來與氣缸壁接觸做密封與抗磨損。

下面照片中的機體馬達是實驗室或研發中心經常看到的空壓機型式，筆者以目前市場上屬於中高端的商用型無油往復式空壓機來做分析 (請參考下圖擷取自使用手冊之資料)；我們逐步來解析為何這型中高端商用型無油往復式空壓機應用在商用領域十分不錯，但是應用在工業輕中負荷就會比較辛苦….。

商用型無油往復式空壓機應用限制

操作注意事項中的2-5明確標示，這一類機體馬達的設計強力建議不要高於整個使用運轉循環的70%運轉負荷；也就是說，經常超過70%負載運轉，容易造成機體馬達燒掉。

高端商用無油活塞式機體更換

另外一方面，機體本身建議每年檢查且兩年就必須更換氣缸、活塞壓縮環及閥組；往往因為更換不容易且只換零件不划算，所以在機體馬達燒掉之後才會想到換整組的機體馬達….這樣的結果會產生極高的使用者營運機會成本！兩年到每三年就必須擔心機體馬達燒掉，每次更換的時間又不短，每次更換的費用也不低。因此，我們建議評估無油空壓機時，除了噪音與佔地空間之外，耐久可靠以及後續的維護保養成本才是關鍵！

岩田機體氣缸與整個機體散熱設計比較

為了延長各種零件部品的壽命, 日本岩田無油往復式空壓機則是採用兩段壓縮設計，為了降低壓縮腔高溫並設計他力二段式冷卻 (第二段強制他力風扇冷卻設計；氣缸與氣缸蓋的散熱鰭片深度與密度增加散熱面積，當然鋁壓鑄或鑄鐵砂模費用也相對高很多，詳見下圖比較)，陶瓷氣缸、高分子密合樹脂活塞 (可以隨著與氣缸磨損程度自然膨脹維持間隙)。

P.S. 日本岩田無油渦卷式空壓機在正常保養及環境條件下，機體壽命長達馬達啟動運轉30,000小時才需要觀察是否需要更換本體…；更何況GoUseAir方案提供使用者日本鹽田無油渦卷式空壓機不需要投入太多關心也不需要自己關注維護保養的使用權方案…。

日本岩田適合實驗室與研發中心無油空壓機

日本岩田無油式空壓機適合場域

1. 無油渦卷式空壓機 : 特別適合住宅區、辦公區、住辦混合大樓或住商混合大樓。
2. 靜音型無油往復式空壓機 : 適合廠辦大樓、工業區 (內部也帶桶)。
3. 開放式無油往復式空壓機 : 適合廠辦大樓轉動設備專區、一般工業區。

三型式空壓機噪音值比較(自家比較)

工業長壽命耐久無油空壓機通常是大機體低轉速、馬達、電氣部品元件….也都有相當的差異，包括：馬達娆線銅線材質是高純銅還是鋁線材鍍銅？是否有足夠的安全或機械保護設計？…。

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