往復式壓縮機的工作原理

    1.什么是壓縮機工作過程？

    往復式壓縮機都有氣缸、活塞和氣閥。壓縮氣體的工作過程可分成膨脹、吸入、壓縮和排氣四個過程。

    例：單吸式壓縮機的氣缸，這種壓縮機只在氣缸的一段有吸入氣閥和排除氣閥，活塞每往復一次只吸一次氣和排一次氣。

    (1)膨脹：當活塞向左邊移動時，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：當壓力降到稍小于進氣管中的氣體壓力時，進氣管中的氣體便推開吸入氣閥進入氣缸。隨著活塞向左移動，氣體繼續(xù)進入缸內，直到活塞移至左邊的末端(又稱左死點)為止。

    (3)壓縮：當活塞調轉方向向右移動時，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，故缸內氣體不能倒回進口管中，而出口管中氣體壓力又高于氣缸內部的氣體壓力，缸內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。因此缸內的氣體數量保持一定，只因活塞繼續(xù)向右移動，縮小了缸內的容氣空間(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，缸內氣體便頂開排除氣閥的彈簧進入出口管中，并不斷排出，直到活塞移至右邊的末端(又稱右死點)為止。然后，活塞右開始向左移動，重復上述動作。活塞在缸內不斷的往復運動，使氣缸往復循環(huán)的吸入和排出氣體。活塞的每一次往復成為一個工作循環(huán)，活塞每來或回一次所經過的距離叫做沖程。

    2.什么是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。在壓縮氣體時產生大量的熱，導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。壓縮氣體時所產生的熱量，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，壓縮機耗功的大小與除去壓縮氣體所產生的熱量有直接關系。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，把與壓縮功相當的熱量全部移除，使缸內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，實際生產中是很難辦到的。

    (2)絕熱壓縮過程：在壓縮過程中，與外界沒有絲毫的熱交換，結果使缸內氣體的溫度升高。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。因為實際生產中，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。實際生產中氣體的壓縮過程均屬于多變壓縮過程。

    3.什么是多級壓縮？

    所謂多級壓縮，即根據所需的壓力，將壓縮機的氣缸分成若干級，逐級提高壓力。并在每級壓縮之后設立中間冷卻器，冷卻每級壓縮后的高溫氣體。這樣便能降低每級的排氣溫度。

    4.為什么要多級壓縮？

    用單級壓縮機將氣體壓到很高的壓力，壓縮比(壓縮比是指壓縮機排氣和進氣的絕對壓力之比。例：在海平面時進氣絕對壓力為0.1MPa，排氣壓力為絕對壓力0.8MPa。則壓縮比：

    P20.8

    R=-------=---------=8

    P10.1

    多級壓縮的優(yōu)點：

    (1)節(jié)省壓縮功；

    (2)降低排氣溫度；

    (3)提高容積系數；

    (4)對活塞壓縮機來說，降低氣體對活塞的推力。

    (5)必然增大，壓縮后的氣體溫度也會升得很高。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，簡稱壓力比。)越大，氣體溫度升得越高。當壓力比超過一定數值，氣體壓縮后的終結溫度就會超過一般壓縮機潤滑油的閃點(200—240℃)，潤滑油會被燒成碳渣，造成潤滑困難。另外往復式壓縮機在吸氣過程中，需帶殘留在氣缸余隙容積(所謂余隙容積系指壓縮機在排氣終了，活塞處于死點位置時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)內的高壓氣體膨脹到壓力稍低于進氣壓力時，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，壓機的生產能力就顯著降低。同時，壓縮機機件的長度、厚度和直徑都必須相應增大。不然，就不能適應其所承受的負荷。結果，不但使壓機的造價成本增高，而且還會增加機件制造上的困難。因此，為了達到較高的終壓，必須采用多級壓縮機。多級壓縮機所消耗的功比單級的大為減少，級數越多，省功越多。同時，級數越多，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。但壓縮機的級數也不應太多，因為級數每增加一級，就必須多一套氣缸、氣閥、活塞桿和連桿等機件，使壓縮機的結構復雜，并且大大增加設備費用。根據我國目前情況來看，一般壓縮機每一級的壓縮比不超過3～5。

    ５.什么是壓縮機的生產能力(排氣量)？

    單位時間內壓縮機排出的氣體，換算到最初吸入狀態(tài)下的氣體體積量，稱為壓縮機的生產能力，也成為壓縮機的排氣量。其單位為立方米／小時或立方米／分。

    ６.影響壓縮機生產能力提高的因素主要有哪幾方面？

    (1)余隙：當余隙較大時，在吸氣時余隙內的高壓氣體產生膨脹而占去部分容積，致使吸入的氣量減少，使用壓縮機的生產能力降低。當然，余隙過小也不利，因為這樣氣缸中活塞容易與氣缸端蓋發(fā)生撞擊，而損壞機器。所以壓縮機的氣缸余隙一定要調整適當。

    (2)泄漏損失：壓縮機的生產能力與活塞環(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系。活塞環(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另一側。因此，安裝活塞環(huán)時，應使它能自由脹縮，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，被壓縮的高壓氣體便有一部分不經排出閥排出，而從活塞環(huán)不嚴之處漏到活塞的另一邊。這樣由于壓出的氣體量減少，壓縮機的生產能力也就隨著降低。在實際生產中，由于活塞環(huán)磨損而漏氣造成產量降低的情況經常發(fā)生。

    在壓縮機運轉過程中，由于氣缸填料經常與活塞桿摩擦而發(fā)生磨損，或因安裝質量不好，都會產生漏氣現象。因此，氣缸填料的漏氣在實際生產中也會經常遇到。

    (3)吸入氣閥的阻力：壓縮機的吸入氣閥應在一定程度上具有抵抗氣體壓力的能力，并且只有在缸內氣體的壓力稍高于進口管中的氣體壓力時才開啟。如果吸入氣閥的阻力大于平常的阻力，開啟速度就會遲緩，進入氣缸的氣量也會減少，壓縮機的生產能力也會降低。

    (4)吸入氣體的溫度：壓縮機氣缸的容積隨恒定不變，但如果吸入氣體的溫度高，則吸入缸內氣體的密度就會減小單位時間吸入缸內氣體的質量就會減少，導致壓縮機的生產能力降低。壓縮機在夏天的生產能力總比在冬天時低，就是這個原因。另外，在進口管中的氣體溫度雖然不高，但如果氣缸的冷卻不好，進入氣缸室的氣體溫度過高，也會使氣體的體積膨脹，密度減小，壓縮機的生產能力也會減小。

    7.為什么壓縮機氣缸必須留有余隙？

    (1)壓縮氣體時，氣體中可能有部分水蒸氣凝結下來。因水是不可壓縮的，如果氣缸中不留余隙，則壓縮機不可避免地會遭到損壞。因此，在壓縮機氣缸中必須留有余隙。

    (2)余隙存在以及殘留在余隙容積內地氣體可以起到氣墊作用，也不會使活塞與氣缸端蓋發(fā)生撞擊而損壞。同時，為了裝配和調節(jié)的需要，在氣缸端蓋與處于死點位置的活塞之間也必須留有一定的余隙。

    (3)壓縮機上裝有氣閥，在氣閥與氣缸之間以及閥座本身的氣道上都會有活塞趕不盡的余氣，這些余氣可以減緩氣體對出口氣閥的沖擊作用，同時也減緩了閥片對閥座及升程限制器(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，隨著溫度升高會發(fā)生膨脹而伸長。氣缸中留有余隙就能給壓縮機的裝配、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，反而對壓縮機的工作帶來不好的影響。所以，在一般情況下，所留壓縮機氣缸的余隙容積約為氣缸工作部分體積的3～8％，而對壓力較高、直徑較小的壓縮機氣缸，所留的余隙容積通常為5～12％。

    ８.為什么壓縮機各級之間要有中間冷卻器？

    各級壓縮后，由于溫度升高，氣缸的潤滑油會降低粘度，同時會分解出膠質的物質，在閥片等重要部位積聚，妨礙閥片正常運轉。若溫度高于潤滑油的閃點，則具有引起爆炸的潛在危險。有時壓縮的氣體為碳氫化合物氣體(如石油氣等)。在高溫下氣體物理性質會發(fā)生變化，如產生聚合作用等。一般壓縮機排氣溫度應低于潤滑油閃點30～50℃.壓縮空氣時，排氣溫度應限制在160～180℃以下，石油氣、乙烯、乙炔氣等應限制在100℃以下，所以必須有中間冷卻器。

    在多級壓縮機中，每級的壓力比較低，而且級間冷卻器，每級排出的氣體冷卻到接近第一級吸入前的溫度(但靠著氣缸套中的冷卻是達不到的)，因此，每一級氣缸壓縮終了時，氣體的溫度不會太高。

    ９.為什么第一級氣缸直徑一定要比第二級氣缸直徑大？它們之間的關系怎樣？

    因為經第一級壓縮后，氣體的壓力增加，容積減小，當氣體進入第二級氣缸時，氣量沒有第一那么大，故第二級氣缸的直徑要比第一級的小。另外，如有中間抽氣或蒸汽冷凝，則下一級氣缸尺寸必然比前一級氣缸為小。

    10.氣閥是由哪些零件組成的？各個零件有何作用？閥片升程大小對壓縮機有何影響？如何調節(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，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同心凸臺是起導向作用的。閥片是是氣閥的關鍵零件，它是關閉進出口閥，保證壓縮機吸入氣量和排出氣量按設計要求工作，它的好壞關系到壓縮機的性能；彈簧起著輔助閥片迅速回彈，以及保持密封的作用。

    閥片升程的大小對壓縮機有直接的影響。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，生產效率低。在調節(jié)閥片升程大小時，對于沒有調節(jié)裝置的氣閥，可以車削加工閥片升高限制器，對于有調節(jié)裝置的氣閥，可以調節(jié)氣閥內間距墊片的厚度。

    彈簧的彈力不一致時，會使閥片歪斜、卡死。

    11.吸氣閥和排氣閥有何區(qū)別？安裝氣閥時應注意什么？吸排氣閥裝反會出現什么問題？

    吸氣閥的閥座在氣缸外側，而排氣閥的閥座在氣缸內側，其它零件按照閥座位置裝配。在判斷時可用螺絲刀檢查。對于吸氣閥，螺絲刀可以從閥的外側頂開閥片；對于排氣閥，螺絲刀可以從閥的內側頂開閥片。

    在安裝氣閥時，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。

    12.壓縮機的潤滑作潤滑類別及潤滑方法？

    壓縮機的潤滑作用主要是減少摩擦部件的磨損和消耗的摩擦功，此外還能冷卻運動機構的摩擦表面、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。因此壓縮機的潤滑油很重要的意義。

    壓縮機的潤滑基本上可分為氣缸潤滑系統和潤東機構潤滑系統。

    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，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)，而積碳一旦燃燒會引起爆炸，此外積碳會加劇氣缸閥門的磨損，故在氣缸中形成積碳對壓縮機操作極為不利。所以，氣缸潤滑油是采用專門的壓縮機潤滑油來潤滑。

    空氣壓縮機的氣缸潤滑油消耗量限制得比較嚴格。油量過多，既不經濟而且會使導管和附屬裝置沾污，促使積碳形成。對于低壓和中壓壓縮機來說，其中臥式壓縮機每400m2的潤滑表面潤滑油消耗量平均為每分1克，立式壓縮機每500m2的潤滑表面潤滑油消耗量平均為每分1克。高壓壓縮機由于在壓縮機之后有冷卻器和油分離器，潤滑油消耗量就會提高，每200m2氣缸潤滑表面潤滑油消耗量平均為每分1克，而每100m2的填料函中活塞桿潤滑表面潤滑油消耗量為每分3克，新壓縮機在試車運轉(跑合)時，加油量為定額的兩倍。

    運動機構的潤滑油量(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。

    潤滑油的消耗量應根據實際情況而定，以上數據僅供參考。

    壓縮機氣缸的潤滑方法一般有兩種：

    (1)飛濺法：用回轉機構(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壓縮機但供油量無法調節(jié)，尤其是當刮油環(huán)活塞環(huán)配合的不好時，會使?jié)櫥瓦^剩而被氣體帶走。

    (2)強制潤滑法(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，構造簡單、技術先進，使用時可在不停機的情況下處理故障。此種注油器內安有小油泵，每個油泵擔負一個潤滑點。

    壓縮機運動機構的潤滑方法一般有兩種：

    (1)飛濺法：用回轉機構將曲軸箱中的潤滑油甩成油滴，當有油滴落到軸承(瓦)上的油孔時，即可流到摩擦表面上。

    (2)壓力潤滑法：用齒輪油泵進行循環(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、運動機構各潤滑點，再流回油箱。循環(huán)系統還裝有調節(jié)潤滑油壓力的旁通閥和壓力表。