空气压缩机

时间：2023-10-14 百科知识版权反馈

【摘要】：单级活塞式压缩机如图8-2所示，只需一个行程就将吸入的大气压空气压缩到所需要的压力。在单级压缩机中，若空气压力超过6×105Pa，产生的过热将大大地降低压缩机的效率。活塞式空压机的优点是结构简单，使用寿命长，并且容易实现大容量和高压输出。这样，在回转过程中不需要活塞式空压机中具有的吸气阀和排气阀。活塞式空压机适用的压力范围大，特别适用于压力较高的中小流量场合。

8.1.1　空气压缩机

工厂气动系统的主体是空气压缩机，压缩机能将电机或内燃机的机械能转化为压缩空气的压力能。除此之外还有对压缩空气进行各种处理的辅助元件，因为虽然在压力、流量方面满足了气压传动的要求，但压缩空气中的水分、杂质油气等尚未去除。另外，部分气动装置需油润滑。

空气压缩机的种类很多，按照国家标准的规定分为容积型和速度型两大类，若按空压机的公称排气压力来分，则有低压式（0.2MPa～1MPa）、中压式（1MPa～10MPa）、高压式（10MPa～100MPa）和超高压式（＞100MPa）等。

容积型空压机是通过机件的运动，使密封容积发生周期性大小的变化，从而完成对空气的吸入和压缩过程。这种空压机又有几种不同形式，如活塞式、螺杆式等。其中最常用的是活塞式低压空压机。

速度型空压机的原理是利用转子或叶轮的高速旋转使空气产生高速而具有高动能，再使气流速度降低，将动能转化为压力能。

空气压缩机的分类如图8-1所示。

图8-1　空气压缩机的分类

1．空气压缩机的工作原理

（1）往复单级活塞式压缩机工作原理

单级活塞式压缩机如图8-2所示，只需一个行程就将吸入的大气压空气压缩到所需要的压力。活塞3下移，气缸容积2增加，缸内压力小于大气压，空气便从进气阀门4进入缸内。在行程末端，活塞向上运动，进气阀关闭，空气被压缩，同时排气阀1被打开，输出空气被压入储气罐。

当气缸内的容积增大时，活塞无杆腔的压力低于大气压力p₀，吸气阀4开启，外界空气吸入缸内，这个过程称为吸气过程。当缸内容积减小，活塞无杆腔的压力高于输出空气管道内压力p后，排气阀1打开，压缩空气送至输气管内，这个过程称为排气过程。活塞的往复运动是由电动机动的曲柄滑块机构形成的。曲柄旋转运动转换为活塞的往复运动。

这种结构的压缩机在排气过程结束时总有剩余容积存在。在下一次吸气时，剩余容积内的压缩空气会膨胀，从而减少了吸入的空气量，降低了效率，增加了压缩功。且由于剩余容积的存在，当压缩比增大时，温度积聚升高。故当输出压力较高时，应采取分级压缩。分级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。这种形式的压缩机通常用于需要3×10⁵～7×10⁵Pa压力范围的系统。

（2）往复式两级活塞压缩机工作原理

在单级压缩机中，若空气压力超过6×10⁵Pa，产生的过热将大大地降低压缩机的效率。因此，工业中使用的活塞式压缩机通常是两级的，如图8-3所示。两个阶段就将吸入的大气压空气压缩到最终的压力。

图8-2　单级活塞式压缩机

1-排气阀；2-气缸；3-活塞及杆活塞；4-吸气阀

图8-3　两级活塞式压缩机

1-第一级气缸；2-第二级气缸；3-冷却管道；4-活塞

如果最终压力为7×10⁵Pa，第一级气缸通常将它压缩到3×10⁵Pa，然后被冷却，再输送到第二级汽缸中压缩到7×10⁵Pa。压缩空气通过中间冷却器后温度大大下降，再进入第二级气缸。因此，相对于单级压缩机提高了效率。最后输出的温度约在120℃。

活塞式空压机的优点是结构简单，使用寿命长，并且容易实现大容量和高压输出。缺点是振动大，噪声大，且因为排气为断续进行，输出有脉动，需要贮气罐。

（3）旋转叶片式空压机工作原理

叶片式空压机的工作原理如图8-4所示。把转子偏心安装在定子（机体）内，叶片插在转子的放射状槽内，叶片能在槽内滑动。左半周叶片逐渐外伸，空间逐渐增大进行吸气。右半周叶片、转子和机体内壁构成的容积空间在转子回转过程中逐渐变小，由此从进气口吸入的空气体积就逐渐变小，压力升高，逐渐被压缩排出。这样，在回转过程中不需要活塞式空压机中具有的吸气阀和排气阀。在转子的每一次回转中，将根据叶片的数目多次进行吸气、压缩和排气，所以输出压力的脉动小。