迷宫式压缩机是一种无接触式容积式压缩机，其核心原理是通过转子与定子间的“迷宫密封结构”实现气体压缩，因无摩擦部件、密封性强，广泛应用于高压（10-100MPa）、洁净（如食品、医药）及易泄漏（如氢气、氨气）场景。其工作过程依托气体在曲折通道中的节流、膨胀与再压缩，实现压力逐级提升。
一、核心结构与密封原理
1.迷宫密封单元
压缩机的转子（主轴上的叶轮或活塞）与定子（缸体或机壳）表面加工有交错排列的“迷宫齿”——即一系列环形或螺旋形凸齿（高度0.1-0.5mm，齿距1-3mm），转子与定子间保持微小间隙（0.05-0.2mm），形成曲折的气体通道（“迷宫”）。齿形多为直角或三角形，部分高压机型采用阶梯式齿（每级齿高递减），增强节流效果。
2.非接触密封特性
与活塞式压缩机的活塞环密封、螺杆式的油膜密封不同，迷宫式通过“节流效应”实现密封：气体流经迷宫通道时，在齿间腔室中经历“膨胀-压缩-再膨胀”循环，压力沿程衰减（每级压力降可达50%），蕞终仅微量气体泄漏（泄漏率≤0.5%），且无需润滑介质，避免气体污染。
二、压缩工作过程
1.吸气阶段
当转子旋转（或往复运动）时，吸气侧容积扩大，气体在压差作用下进入迷宫入口。此时入口处迷宫齿间压力接近吸气压力（如0.1MPa），气体流速较低（≤10m/s），主要依靠容积变化吸入气体。
2.逐级压缩阶段
气体进入迷宫通道后，沿曲折路径流动：
di一步节流：气体流经di一个齿间隙时，通道截面骤缩，流速增至声速（超声速流动），动能转化为热能，压力短暂升高；
第二步膨胀：进入齿间腔室后，空间突然扩大，气体膨胀降温，部分动能转化为压力能，压力略降但比容增大；
多级迭代：经过3-10级迷宫齿（根据压缩比设计）后，每级压力按几何级数递增（如5级可将压力从0.1MPa升至10MPa），蕞终出口压力达到设定值。
此过程中，气体与齿壁的摩擦及涡流进一步消耗能量，确保压力稳定提升，温度控制在80-150℃（需冷却系统辅助）。
3.排气阶段
当压缩后的高压气体（如30MPa）到达排气侧，因排气腔容积缩小，气体在压差作用下推开排气阀排出。排气阀多采用弹簧式单向阀，确保气体单向流动，避免回流。
三、关键设计参数与效率
1.压缩比与级数
单级压缩比通常为2-4（压力比），总压缩比=各级压缩比乘积（如6级、单级3则总比729）。高压机型（≥50MPa）需10级以上，且级间设冷却器（水冷式，降温至40-60℃），避免气体过热导致效率下降。
2.间隙与转速影响
间隙过大会导致泄漏率激增（间隙增加0.1mm，泄漏量可翻倍），过小则可能因热膨胀发生摩擦（需预留热补偿间隙）；
转速影响容积效率：往复式迷宫压缩机转速≤300r/min，离心式迷宫叶轮转速可达3000-10000r/min，需匹配动平衡设计（不平衡量≤0.5g・mm）。
四、技术特点与应用场景
1.核心优势
零污染：无润滑油或密封件接触，气体洁净度达Class0级（ISO8573-1），适合食品、半导体行业；
高可靠性：无摩擦部件，寿命超10万小时（是活塞式的3-5倍），维护周期≥8000小时；
适应高压：单机能实现100MPa以上压力，远超螺杆式（≤1.6MPa）和普通活塞式（≤30MPa）。
2.局限性
容积效率较低（70%-85%，低于螺杆式的85%-90%），因存在不可避免的泄漏；
制造成本高（精密加工迷宫齿需微米级精度），适合高附加值场景。
3.典型应用
能源领域：天然气增压（20MPa）、氢燃料电池氢气压缩（35MPa）；
化工行业：氨气、氯气等腐蚀性气体压缩（避免密封件腐蚀）；
特殊场景：航空航天风洞试验（高压空气源）、深海潜水呼吸气压缩（洁净无油）。
