活塞式壓縮機(jī)的工作原理
一、活塞式壓縮機(jī)工作過程
活塞式壓縮機(jī)都有氣缸、活塞和氣閥。壓縮氣體的工作過程可分成膨脹、吸入、壓縮和排氣四個(gè)過程。
例：?jiǎn)挝綁嚎s機(jī)的氣缸，這種壓縮機(jī)只在氣缸的一段有吸入氣閥和排除氣閥，活塞每往復(fù)一次只吸一次氣和排一次氣。
（1）膨脹：當(dāng)活塞向左邊移動(dòng)時(shí)，缸的容積增大，壓力下降，原先殘留在氣缸中的余氣不斷膨脹。
（2）吸入：當(dāng)壓力降到稍小于進(jìn)氣管中的氣體壓力時(shí)，進(jìn)氣管中的氣體便推開吸入氣閥進(jìn)入氣缸。隨著活塞向左移動(dòng)，氣體繼續(xù)進(jìn)入缸內(nèi)，直到活塞移至左邊的末端（又稱左死點(diǎn)）為止。
（3）壓縮：當(dāng)活塞調(diào)轉(zhuǎn)方向向右移動(dòng)時(shí)，缸的容積逐漸縮小，這樣便開始了壓縮氣體的過程。由于吸入氣閥有止逆作用，故缸內(nèi)氣體不能倒回進(jìn)口管中，而出口管中氣體壓力又高于氣缸內(nèi)部的氣體壓力，缸內(nèi)的氣體也無法從排氣閥跑到缸外。出口管中的氣體因排出氣閥有止逆作用，也不能流入缸內(nèi)。因此缸內(nèi)的氣體數(shù)量保持一定，只因活塞繼續(xù)向右移動(dòng)，縮小了缸內(nèi)的容氣空間（容積），使氣體的壓力不斷升高。
（4）排出：隨著活塞右移，壓縮氣體的壓力升高到稍大于出口管中的氣體壓力時(shí)，缸內(nèi)氣體便頂開排除氣閥的彈簧進(jìn)入出口管中，并不斷排出，直到活塞移至右邊的末端（又稱右死點(diǎn)）為止。然后，活塞右開始向左移動(dòng)，重復(fù)上述動(dòng)作?；钊诟變?nèi)不斷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使氣缸往復(fù)循環(huán)的吸入和排出氣體。活塞的每一次往復(fù)成為一個(gè)工作循環(huán)，活塞每來或回一次所經(jīng)過的距離叫做沖程。
二、壓縮氣體的三種熱過程
氣體在壓縮過程中的能量變化與氣體狀態(tài)（即溫度、壓力、體積等）有關(guān)。在壓縮氣體時(shí)產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致壓縮后氣體溫度升高。氣體受壓縮的程度越大，其受熱的程度也越大，溫度也就升得越高。壓縮氣體時(shí)所產(chǎn)生的熱量，除了大部分留在氣體中使氣體溫度升高外，還有一部分傳給氣缸，使氣缸溫度升高，并有少部分熱量通過缸壁散失于空氣中。
壓縮氣體所需的壓縮功，決定于氣體狀態(tài)的改變。說通縮點(diǎn)，壓縮機(jī)耗功的大小與除去壓縮氣體所產(chǎn)生的熱量有直接關(guān)系。一般來說，壓縮氣體的過程有以下三種：
（1） 等溫壓縮過程：在壓縮過程中，把與壓縮功相當(dāng)?shù)臒崃咳恳瞥?，使缸?nèi)氣體的溫度保持不變，這種壓縮成為等溫壓縮。在等溫壓縮過程中所消耗的壓縮功最小。但這一過程是一種理想過程，實(shí)際生產(chǎn)中是很難辦到的。
（2） 絕熱壓縮過程：在壓縮過程中，與外界沒有絲毫的熱交換，結(jié)果使缸內(nèi)氣體的溫度升高。這種不向外界散熱也不從外界吸熱的壓縮成為絕熱壓縮。這種壓縮過程的耗功最大，也是一種理想壓縮。因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中，無倫何種情況要想避免熱量的散失，是很難做到的。
（3） 多變壓縮過程：在壓縮氣體過程中，既不完全等溫，也不完全絕熱的過程，成為多變壓縮過程。這種壓縮過程介于等溫過程和絕熱過程之間。實(shí)際生產(chǎn)中氣體的壓縮過程均屬于多變壓縮過程。
三、多級(jí)壓縮
所謂多級(jí)壓縮，即根據(jù)所需的壓力，將壓縮機(jī)的氣缸分成若干級(jí)，逐級(jí)提高壓力。并在每級(jí)壓縮之后設(shè)立中間冷卻器，冷卻每級(jí)壓縮后的高溫氣體。這樣便能降低每級(jí)的排氣溫度。
四、為什么要多級(jí)壓縮？
用單級(jí)壓縮機(jī)將氣體壓到很高的壓力，壓縮比（壓縮比是指壓縮機(jī)排氣和進(jìn)氣的絕對(duì)壓力之比。例：在海平面時(shí)進(jìn)氣絕對(duì)壓力為0.1 MPa ，排氣壓力為絕對(duì)壓力0.8MPa。則壓縮比：
P2 0.8
R=--------- =--------- =8
P1 0.1
多級(jí)壓縮的優(yōu)點(diǎn)：
節(jié)省壓縮功；
降低排氣溫度；
提高容積系數(shù)；
對(duì)活塞壓縮機(jī)來說，降低氣體對(duì)活塞的推力。
必然增大，壓縮后的氣體溫度也會(huì)升得很高。氣體壓力升高比（壓力升高比：壓縮后氣體壓力與壓縮前氣體壓力之比成為壓力升高比，簡(jiǎn)稱壓力比。）越大，氣體溫度升得越高。當(dāng)壓力比超過一定數(shù)值，氣體壓縮后的終結(jié)溫度就會(huì)超過一般壓縮機(jī)潤滑油的閃點(diǎn)（200—240℃），潤滑油會(huì)被燒成碳渣，造成潤滑困難。另外活塞式壓縮機(jī)在吸氣過程中，需帶殘留在氣缸余隙容積（所謂余隙容積系指壓縮機(jī)在排氣終了，活塞處于死點(diǎn)位置時(shí)活塞與氣缸之間的空間以及連接氣閥和氣缸間的通道空間）內(nèi)的高壓氣體膨脹到壓力稍低于進(jìn)氣壓力時(shí)，才開始吸氣。高壓氣體膨脹后占去一部分氣缸容積，使氣缸吸入氣體的容積減少。
顯然，如果壓力比越高，余隙內(nèi)殘留的氣體壓力也越高，余氣膨脹后所占去的容積就越大，壓機(jī)的生產(chǎn)能力就顯著降低。同時(shí)，壓縮機(jī)機(jī)件的長(zhǎng)度、厚度和直徑都必須相應(yīng)增大。不然，就不能適應(yīng)其所承受的負(fù)荷。結(jié)果，不但使壓機(jī)的造價(jià)成本增高，而且還會(huì)增加機(jī)件制造上的困難。
因此，為了達(dá)到較高的終壓，必須采用多級(jí)壓縮機(jī)。多級(jí)壓縮機(jī)所消耗的功比單級(jí)的大為減少，級(jí)數(shù)越多，省功越多。同時(shí)，級(jí)數(shù)越多，氣體壓縮后的溫度也越低，氣缸所能吸入的其他體積也越大。但壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)也不應(yīng)太多，因?yàn)榧?jí)數(shù)每增加一級(jí)，就必須多一套氣缸、氣閥、活塞桿和連桿等機(jī)件，使壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且大大增加設(shè)備費(fèi)用。根據(jù)我國目前情況來看，一般壓縮機(jī)每一級(jí)的壓縮比不超過3～5。
五、壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力（排氣量）
單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)排出的氣體，換算到最初吸入狀態(tài)下的氣體體積量，稱為壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力，也成為壓縮機(jī)的排氣量。其單位為立方米／小時(shí)或立方米／分。
六、影響壓縮機(jī)生產(chǎn)能力提高的因素主要有哪幾方面？
（1）余隙：當(dāng)余隙較大時(shí)，在吸氣時(shí)余隙內(nèi)的高壓氣體產(chǎn)生膨脹而占去部分容積，致使吸入的氣量減少，使用壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力降低。當(dāng)然，余隙過小也不利，因?yàn)檫@樣氣缸中活塞容易與氣缸端蓋發(fā)生撞擊，而損壞機(jī)器。所以壓縮機(jī)的氣缸余隙一定要調(diào)整適當(dāng)。
（2）泄漏損失：壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力與活塞環(huán)、吸入氣閥和排出氣閥以及氣缸填料的氣密程度有很大的關(guān)系?；钊h(huán)套在活塞上，其作用是密封活塞與氣缸之間的空隙，以防止被壓縮的氣體竄到活塞隊(duì)另一側(cè)。因此，安裝活塞環(huán)時(shí)，應(yīng)使它能自由脹縮，即能形成良好的密封，又不使活塞與氣缸的摩擦太大。如果活塞環(huán)安裝的不好或與氣缸摩擦造成磨損而不能完全密封時(shí)，被壓縮的高壓氣體便有一部分不經(jīng)排出閥排出，而從活塞環(huán)不嚴(yán)之處漏到活塞的另一邊。這樣由于壓出的氣體量減少，壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力也就隨著降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于活塞環(huán)磨損而漏氣造成產(chǎn)量降低的情況經(jīng)常發(fā)生。
在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于氣缸填料經(jīng)常與活塞桿摩擦而發(fā)生磨損，或因安裝質(zhì)量不好，都會(huì)產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。因此，氣缸填料的漏氣在實(shí)際生產(chǎn)中也會(huì)經(jīng)常遇到。
（3）吸入氣閥的阻力：壓縮機(jī)的吸入氣閥應(yīng)在一定程度上具有抵抗氣體壓力的能力，并且只有在缸內(nèi)氣體的壓力稍高于進(jìn)口管中的氣體壓力時(shí)才開啟。如果吸入氣閥的阻力大于平常的阻力，開啟速度就會(huì)遲緩，進(jìn)入氣缸的氣量也會(huì)減少，壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力也會(huì)降低。
（4）吸入氣體的溫度：壓縮機(jī)氣缸的容積隨恒定不變，但如果吸入氣體的溫度高，則吸入缸內(nèi)氣體的密度就會(huì)減小單位時(shí)間吸入缸內(nèi)氣體的質(zhì)量就會(huì)減少，導(dǎo)致壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力降低。壓縮機(jī)在夏天的生產(chǎn)能力總比在冬天時(shí)低，就是這個(gè)原因。另外，在進(jìn)口管中的氣體溫度雖然不高，但如果氣缸的冷卻不好，進(jìn)入氣缸室的氣體溫度過高，也會(huì)使氣體的體積膨脹，密度減小，壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力也會(huì)減小。
七、為什么壓縮機(jī)氣缸必須留有余隙？
（1）壓縮氣體時(shí)，氣體中可能有部分水蒸氣凝結(jié)下來。因水是不可壓縮的，如果氣缸中不留余隙，則壓縮機(jī)不可避免地會(huì)遭到損壞。因此，在壓縮機(jī)氣缸中必須留有余隙。
（2）余隙存在以及殘留在余隙容積內(nèi)地氣體可以起到氣墊作用，也不會(huì)使活塞與氣缸端蓋發(fā)生撞擊而損壞。同時(shí)，為了裝配和調(diào)節(jié)的需要，在氣缸端蓋與處于死點(diǎn)位置的活塞之間也必須留有一定的余隙。
（3）壓縮機(jī)上裝有氣閥，在氣閥與氣缸之間以及閥座本身的氣道上都會(huì)有活塞趕不盡的余氣，這些余氣可以減緩氣體對(duì)出口氣閥的沖擊作用，同時(shí)也減緩了閥片對(duì)閥座及升程限制器（閥蓋）的沖擊作用。
（4）由于金屬的熱膨脹，活塞桿、連桿在工作中，隨著溫度升高會(huì)發(fā)生膨脹而伸長(zhǎng)。氣缸中留有余隙就能給壓縮機(jī)的裝配、操作和安全使用帶來很多好處，但余隙留得過大，不僅沒有好處，反而對(duì)壓縮機(jī)的工作帶來不好的影響。所以，在一般情況下，所留壓縮機(jī)氣缸的余隙容積約為氣缸工作部分體積的3～8％，而對(duì)壓力較高、直徑較小的壓縮機(jī)氣缸，所留的余隙容積通常為5～12％。
八、為什么壓縮機(jī)各級(jí)之間要有中間冷卻器？
各級(jí)壓縮后，由于溫度升高，氣缸的潤滑油會(huì)降低粘度，同時(shí)會(huì)分解出膠質(zhì)的物質(zhì)，在閥片等重要部位積聚，妨礙閥片正常運(yùn)轉(zhuǎn)。若溫度高于潤滑油的閃點(diǎn)，則具有引起爆炸的潛在危險(xiǎn)。有時(shí)壓縮的氣體為碳?xì)浠衔餁怏w（如石油氣等）。在高溫下氣體物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，如產(chǎn)生聚合作用等。一般壓縮機(jī)排氣溫度應(yīng)低于潤滑油閃點(diǎn)30～50℃。壓縮空氣時(shí)，排氣溫度應(yīng)限制在160～180℃以下，石油氣、乙烯、乙炔氣等應(yīng)限制在100℃以下，所以必須有中間冷卻器。
在多級(jí)壓縮機(jī)中，每級(jí)的壓力比較低，而且級(jí)間冷卻器，每級(jí)排出的氣體冷卻到接近第一級(jí)吸入前的溫度（但靠著氣缸套中的冷卻是達(dá)不到的），因此，每一級(jí)氣缸壓縮終了時(shí)，氣體的溫度不會(huì)太高。
九、為什么第一級(jí)氣缸直徑一定要比第二級(jí)氣缸直徑大？它們之間的關(guān)系怎樣？
因?yàn)榻?jīng)第一級(jí)壓縮后，氣體的壓力增加，容積減小，當(dāng)氣體進(jìn)入第二級(jí)氣缸時(shí)，氣量沒有第一那么大，故第二級(jí)氣缸的直徑要比第一級(jí)的小。另外，如有中間抽氣或蒸汽冷凝，則下一級(jí)氣缸尺寸必然比前一級(jí)氣缸為小。
十、氣閥是由哪些零件組成的？各個(gè)零件有何作用？閥片升程大小對(duì)壓縮機(jī)有何影響？如何調(diào)節(jié)？氣閥的彈簧彈力不一致有什么影響？
氣閥是由閥座、升高限制器以及閥片和彈簧組成，用螺栓把他們緊固在一起。
閥座是氣閥的基礎(chǔ)，是主體；升高限制器用來控制閥片升程的大小，而升高限制器上幾個(gè)同心凸臺(tái)是起導(dǎo)向作用的。閥片是是氣閥的關(guān)鍵零件，它是關(guān)閉進(jìn)出口閥，保證壓縮機(jī)吸入氣量和排出氣量按設(shè)計(jì)要求工作，它的好壞關(guān)系到壓縮機(jī)的性能；彈簧起著輔助閥片迅速回彈，以及保持密封的作用。
閥片升程的大小對(duì)壓縮機(jī)有直接的影響。升程大，閥片易沖擊，影響閥的壽命；升程小，氣體通道截面積小，通過的氣體大，排氣量小，生產(chǎn)效率低。在調(diào)節(jié)閥片升程大小時(shí)，對(duì)于沒有調(diào)節(jié)裝置的氣閥，可以車削加工閥片升高限制器，對(duì)于有調(diào)節(jié)裝置的氣閥，可以調(diào)節(jié)氣閥內(nèi)間距墊片的厚度。
彈簧的彈力不一致時(shí)，會(huì)使閥片歪斜、卡死。
十一、吸氣閥和排氣閥有何區(qū)別？安裝氣閥時(shí)應(yīng)注意什么？吸排氣閥裝反會(huì)出現(xiàn)什么問題？
吸氣閥的閥座在氣缸外側(cè)，而排氣閥的閥座在氣缸內(nèi)側(cè)，其它零件按照閥座位置裝配。在判斷時(shí)可用螺絲刀檢查。對(duì)于吸氣閥，螺絲刀可以從閥的外側(cè)頂開閥片；對(duì)于排氣閥，螺絲刀可以從閥的內(nèi)側(cè)頂開閥片
在安裝氣閥時(shí)，首先確定排氣閥和吸氣閥的位置。如果把吸、排氣閥裝反，則惡無法吸入氣體。
十二、壓縮機(jī)的潤滑作潤滑類別及潤滑方法？
壓縮機(jī)的潤滑作用主要是減少摩擦部件的磨損和消耗的摩擦功，此外還能冷卻運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦表面、密封活塞以及填料函，從而提高活塞和填料函工作的可靠性。因此壓縮機(jī)的潤滑油很重要的意義。
壓縮機(jī)的潤滑基本上可分為氣缸潤滑系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤滑系統(tǒng)。
潤滑氣缸用的潤滑油要有較高的粘度，在活塞環(huán)與氣缸之間能起到良好的潤滑和密封作用。其次還要求有較高的閃點(diǎn)，較高的穩(wěn)定性，使油不易揮發(fā)，不易氧化而引起積碳（潤滑油氧化后所形成的碳化物），而積碳一旦燃燒會(huì)引起爆炸，此外積碳會(huì)加劇氣缸閥門的磨損，故在氣缸中形成積碳對(duì)壓縮機(jī)操作極為不利。所以，氣缸潤滑油是采用專門的壓縮機(jī)潤滑油來潤滑。
空氣壓縮機(jī)的氣缸潤滑油消耗量限制得比較嚴(yán)格。油量過多，既不經(jīng)濟(jì)而且會(huì)使導(dǎo)管和附屬裝置沾污，促使積碳形成。對(duì)于低壓和中壓壓縮機(jī)來說，其中臥式壓縮機(jī)每400㎡的潤滑表面潤滑油消耗量平均為每分1克，立式壓縮機(jī)每500㎡的潤滑表面潤滑油消耗量平均為每分1克。高壓壓縮機(jī)由于在壓縮機(jī)之后有冷卻器和油分離器，潤滑油消耗量就會(huì)提高，每200㎡氣缸潤滑表面潤滑油消耗量平均為每分1克，而每100㎡的填料函中活塞桿潤滑表面潤滑油消耗量為每分3克，新壓縮機(jī)在試車運(yùn)轉(zhuǎn)（跑合）時(shí)，加油量為定額的兩倍。
運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的潤滑油量（循環(huán)量）視有無潤滑油冷卻器而不同，有冷卻器時(shí)潤滑油量為每分·千瓦0.075公斤，無冷卻器為每分·千瓦0.15公斤。
潤滑油的消耗量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定，以上數(shù)據(jù)僅供參考。
壓縮機(jī)氣缸的潤滑方法一般有兩種：
（1）飛濺法：用回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（如曲軸）將曲軸箱中的潤滑油甩向氣缸壁，以供給氣缸潤滑油這種方法只適用于無十字頭的單級(jí)壓縮機(jī)但供油量無法調(diào)節(jié)，尤其是當(dāng)刮油環(huán)活塞環(huán)配合的不好時(shí)，會(huì)使?jié)櫥瓦^剩而被氣體帶走。
（2）強(qiáng)制潤滑法（壓力潤滑）：氣缸及金屬填料部分的潤滑油用注油器加壓強(qiáng)制注入。常用的注油器為單柱塞真空注油式，此種注油器與以前使用的活門配油多柱塞泵、滑閥配油多柱塞泵相比，構(gòu)造簡(jiǎn)單、技術(shù)先進(jìn)，使用時(shí)可在不停機(jī)的情況下處理故障。此種注油器內(nèi)安有小油泵，每個(gè)油泵擔(dān)負(fù)一個(gè)潤滑點(diǎn)。
壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的潤滑方法一般有兩種：
（1）飛濺法：用回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將曲軸箱中的潤滑油甩成油滴，當(dāng)有油滴落到軸承（瓦）上的油孔時(shí)，即可流到摩擦表面上。
（2）壓力潤滑法：用齒輪油泵進(jìn)行循環(huán)潤滑。在這種方法中，潤滑油通過下列諸元件：油箱、油泵、過濾器、冷卻器、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)各潤滑點(diǎn)，再流回油箱。循環(huán)系統(tǒng)還裝有調(diào)節(jié)潤滑油壓力的旁通閥和壓力表。
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