螺杆空压机温控阀选型研究
【买空压机网】一、引言
螺杆空压机凭借效率高、运行稳定、维护简便等优势，广泛应用于机械、化工、矿山、纺织等工业领域。润滑油承担润滑、密封、冷却、降噪四大功能，其工作温度直接决定空压机运行可靠性与使用寿命。常压8bar的螺杆空压机理想的排气温度为75–95℃：排温过低易导致润滑油乳化、润滑失效；排温过高会加速油品氧化结焦、密封件老化，甚至触发高温停机。
温控阀作为无需外部能源的自力式温控元件，依靠感温介质热胀冷缩实现油路自动切换，是稳定油温的关键部件。当前工程应用中，温控阀选型多依赖经验匹配，存在通径偏小、动作温度不匹配、材质不适用等问题，导致控温失效、系统压降过大、能耗增加。因此，建立科学、规范的温控阀选型方法，对提升螺杆空压机运行效率、延长设备寿命具有重要工程价值。
二、螺杆空压机温控阀工作原理与结构类型
（一）核心工作原理
螺杆空压机温控阀采用石蜡感温包+弹簧复位的自力式结构，以油温为驱动信号，自动调节进入冷却器与旁通油路的润滑油比例，实现油温闭环控制。
以分流型温控阀为例进行工作过程说明。工作过程如图1所示：
1.低温启动阶段（＜71℃）：感温石蜡收缩，弹簧推动阀芯关闭冷却器油路，润滑油经旁通直接返回主机，快速提升油温，避免低温高黏度导致启动负载过大。
2.过渡调节阶段（71-85℃）：石蜡受热膨胀推动阀芯，逐步打开冷却油路，部分润滑油进入冷却器降温，冷、热油混合后进入主机，油温平稳上升。
3.高温全通阶段（＞85℃）：阀芯完全打开冷却油路，全部润滑油流经冷却器，最大限度散热，防止油温超95℃，保护主机与润滑系统。
（二）结构类型
分流型温控阀：主流应用于中小型螺杆机，一进两出结构，如图2所示，控制进入冷却器的流量，适配常规风冷/水冷系统。润滑油从温控阀的A口流入，当温控阀内部感温原件感知润滑油温度过低时（例如＜71℃），润滑油通过温控阀芯的中间的通道直接到达B口，润滑油未经冷却喷入到压缩机主机。当温控阀内部感温原件感知润滑油温度变高时（例如＞71–＜85℃），内部的温控阀芯慢慢打开，一部分润滑油通过阀芯打开的环形通道到达C口，进入油冷却器进行冷却，一部分润滑油仍旧通过温控阀芯中间的环形通道到达B口，通过C口进入油冷却器冷却后的润滑油与通过B口未冷却的润滑油混合在一起喷如入压缩机主机。温控阀芯环形通道开启的大小由温控阀芯感温原件感知的润滑油温度决定，从而自适应灵活的调节喷入压缩机主机的润滑油温度；当温控阀内部感温原件感知润滑油的温度过高时（例如＞85℃），内部的温控阀芯就会全部打开，所有的润滑油都会通过温控阀芯中间的环形通道到达C口，经过油冷却器冷却后喷入压缩机主机，从而控制螺杆空压机的排气温度处于合理的区间，系统流程图如图3所示。
2.混流型温控阀：多用于大型/高压螺杆机，两进一出结构，如图4所示。混合冷、热油流量，控温精度更高，适配复杂油路布局；润滑油分别从温控阀的B、C口流入，其中经过B口的润滑油为热油，经过C口的润滑是经过油冷却器冷却后的较冷的润滑油。当润滑油流入A口时，如A口处的温控阀感温原件感知的润滑油温度过低时（例如＜50℃），温控阀芯依旧维持关闭状态，从C口流进的经过油冷却器冷却的润滑油无法进入到A口，仅有从B口进入未经冷却的温度较高的润滑油，通过温控阀芯中间的通道到达A口，喷入压缩机主机，避免压缩机的排气温度进一步降低；当A口处的润滑油感温原件感知的润滑油温度慢慢升高时（例如＞50℃-＜65℃），内部的温控阀芯慢慢打开。此时来自C口经过油冷却器冷却后的润滑油通过温控阀阀芯的开启的环形通道到达A口，与来自B口到达A口的润滑油混合在一起，从而降低喷入压缩机主机的润滑油温度，控制压缩机排气温度不至于过快的升高。当A口处的润滑油感温原件感知的润滑油温度过升高时（例如＞65℃），内部的温控阀芯就会全部打开，所有的润滑油都经过油冷却冷却后，由C口通过全开的温控阀芯的环形通道到达A口，避免排气温度超过允许的温度，从而控制螺杆空压机的排气温度处于合理的区间，系统流程图如图5所示。
三、温控阀选型时需关注的核心参数
（一）公称通径（DN）
温控阀的通径选择依据螺杆压缩机额定工况的循环润滑油最大流量与允许压降确定，直接影响系统流阻与换热效率。首先需要计算出机头的循环润滑油量，以75kW的两级压缩机螺杆压缩机为例，电机的应用服务系数约为1.1，循环润滑油的温差约为25℃，润滑油带走的热量大约为轴功率的80%，即为75x1.1x80%=66kW。根据如下热量方程的计算公式可以计算出循环的润滑油量。
Qoil=qmo cpo(Td-Tso)（1）
式中：Qoil——循环润滑油带走的热量，kW；
qmo——循环喷油量，kg/s；
cpo——润滑油的比定压热容，kJ/kg.℃,
其数值约为：2.1kJ/kg.℃；
Tso——喷油温度，℃；
Td——排气温度，℃；
根据如上的公式可以计算出75kW两级压缩机的循环润滑油量约为：66/25/2.1=1.26kg/s=0.00145m3/s。通常推荐的润滑油的管道流速为1.5-2.5m/s，取润滑油流速为2m/s，可计算出油管路的直径约为30mm。可以根据此直径选择温控阀的通径。
压降要求：全开状态下阀压降≤0.03MPa，通径过小会导致压损更大从而引起供油不足、导致排气温度偏高、能耗上升。
（二）动作温度
动作温度为温控阀开始开启温度与完全开启温度也叫全开温度，分流型温控阀与混流型温控阀对于动作温度的选择依据原则完全不一致。分流型温控阀感温包感知的温度是来自于油气桶底部的热油，此热油温度近似等同于空压机的排气温度。其开启温度的设定是为了保证压缩机的排气温度值大于机器工作压力状态下的压力露点温度值，避免液态水从压缩空气当中析出，进入润滑油当中，引起润滑油乳化。因此分流型温控阀的开启温度一般设定为额定工作压力下压力露点温度+5℃，露点温度可以根据马格努斯经验公式换算到工作压力状态下进行计算，其公式如下所示：
式中，p为空气饱和水蒸气压，bar；
a为与物质相关的特性常数；
b为与物质相关的特性常数；
t为压缩后饱和状态下的气体温度，℃；
p0为与物质相关的特性常数；hPa；
根据公式（2）可以计算，螺杆压缩机入口状态下不同的相对湿度压缩至8公斤时的压力空气露点。例如30℃，70%相对湿度进气，压缩至8公斤时的压力空气露点为66℃。如图6所示，因此温控阀芯的开启温度可设定为71℃。为避免温控阀芯频繁开启与关闭，同时避免排气温度过高，温控阀芯的全开温度一般比开启温度大10-15℃，可设定为81-86℃。随着机组使用压力的升高，对应的压缩空气的露点温度也会相应的升高，因此温控阀芯的开启温度也需要相应的提高。例如，当工作压力升高到16公斤时，同样的进气工况下压力露点升高为81℃，如图7所示，因此温控阀的开启温度也需对应升高至86℃。
混流型温控阀感温包感知的温度是喷入机头喷油口的喷油温度，此温度属于经过冷却后的冷油温度。根据公式（1）可知，排气温度与喷油温度的差值大约为25℃，因此要想将排气温度控制在75℃以上，喷油温度值需要大于或者等于50℃，因此常压8公斤的混流型温控阀的开启温度通常都设定为50℃，全开温度取与开启温度15℃的温差，可以设定为65℃。同理，随着机组压力的升高，压缩空气露点温度升高，对应的允许的最低排气温度也相应升高，因此温控阀的开启温度也需要提高，才能满足使用要求。
（三）流量系数（Cv/Kv）
流量系数表征阀门流通能力，选型需满足最大油流量需求，计算公式：
·Cv=Q×(ρ/ΔP)（美标）
·Kv=Q×(1/ΔP)（国标）
式中：Q—油流量（L/min）；ρ—润滑油密度（kg/m3）；ΔP—阀压降（MPa）。
选型原则：计算Cv/Kv值上浮**10%–20%**余量，避免满开度运行。
（四）压力等级
螺杆空压机系统工作压力通常为0.7–1.3MPa，温控阀公称压力选PN16/PN25，高压机型选PN40及以上，确保承压安全。
四、结论与展望
温控阀选型是螺杆空压机润滑系统设计的关键环节，需综合油流量、压降、动作温度、压力等级等参数，遵循计算—校核—验证的科学流程，避免经验选型带来的运行风险。合理选型可将排气温度温稳定在75-95℃，降低能耗3%-8%，延长润滑油与主机寿命，提升机组可靠性。
未来，随着智能空压系统发展，电子式温控阀与物联网监控结合，可实现油温远程调节、故障预警与自适应控制，进一步提升温控精度与运维效率。温控阀选型将向标准化、智能化、定制化方向发展，更好适配不同工况与节能需求。
参考文献
[1]压缩机设计手册。机械工业出版社，2020.
[2]螺杆式空气压缩机维护与故障诊断。化学工业出版社，2021.
[3]自力式温控阀选型规范.GB/T 12241-2019.
[4]袁冬冬。温控阀结构、工作原理及工程应用研究。电力科技与环保，2025.
[5]螺杆空压机润滑油系统设计与优化。流体机械，2022.
作者简介
周艳辉(1984-)，男，高级工程师，佛山市诚仁科技有限公司总经理，主要从事固定式螺杆空气压缩机、螺杆真空泵、制冷螺杆压缩机、螺杆冷水机组及柴驱移动式螺杆压缩机的设计研究、产品开发、技术管理及团队培养、技术咨询、技术培训及应用支持工作。
以上为正文!
买空压机网部分新闻素材来源于各大品牌公众号和压缩机网(www.compressor.cn).
压缩机网作为行业内最早的平台型网站.一直为空压机行业的发展而努力.
在此致以敬意. 希望有机会能一起合作.为用户提供最优质的行业资讯.
