往复活塞式压缩机的一些基础知识介绍

PART.1 基本结构

往复活塞式压缩机主要由传动机构、工作机构及机体组成。此外，为保证机器正常工作，还设有润滑、冷却、气路、调节等辅助系统。图1为一台对置式往复活塞式压缩机结构示意图。

图1 往复活塞式压缩机结构示意图

传动机构的作用是把驱动机的旋转运动转变为活塞的往复直线运动。最典型的传动机构就是曲柄连杆机构，其主要部件包括曲轴、连杆和十字头等。电动机通过皮带轮（或联轴器）带动曲轴旋转，连杆大头装在曲轴的曲柄销上，小头与十字头相连。曲柄通过连杆带动十字头在滑道内做往复运动，再由十字头带动活塞组件（包括活塞和活塞杆等）在气缸内做往复运动。

工作机构是直接压缩气体的部分，包括气缸组件、气阀组件、活塞组件及填料组件。气缸的内表面与活塞工作端面所形成的空间是实现气体压缩的工作腔。气阀装在气缸上，控制气体做单向流动，即吸气阀只从进气管向工作腔吸气，排气阀只能从工作腔向排气管排气。气阀的启闭动作主要由缸内、外压力差及气阀弹簧控制。

机体包括机身、机座、曲轴箱等部件，用来支撑、安装传动机构和工作机构，此外还可能安装其他辅助设备。

气路系统有安全阀、滤清器、缓冲器、止回阀等；冷却系统有冷却气体的中间冷却器和后冷却器、润滑油冷却器及气缸的水套冷却等；压缩机的润滑分两个系统：一个供传动机构的润滑，另一个供气缸内工作部件的润滑；气量调节系统是为满足压缩机空载启动以及实现排气量的调节设置的。

PART.2 工作原理

往复活塞式压缩机的工作过程由若干连续的循环组成，如图2所示。下面以盖侧（活塞左侧）容积为例说明其工作过程。

图2 双作用往复活塞式压缩机工作原理示意图

1—曲柄；2—连杆；3—十字头；4—活塞杆；5—填料；6—轴侧工作腔；7—活塞；8—活塞环；9—盖侧工作腔；10—气缸；11—吸气阀；12—排气阀

当曲轴旋转时，通过连杆、十字头带动活塞在气缸内做往复运动，工作腔容积则会发生周期性变化。当活塞从外止点（即活塞离曲轴旋转中心最远距离处）开始向右运动时，活塞左侧（盖侧）气缸内的工作腔容积逐渐增大。由于缸内还有上一循环中没有排尽的气体（余隙容积内残余气体），这部分气体开始膨胀降压。此时，缸内压力大于外部吸气管道内压力，吸气阀关闭，而缸内压力又低于排气管道内压力，排气阀关闭，即两阀都处于关闭状态，缸内气体随活塞右移而不断膨胀降压，称为膨胀过程。

活塞继续右移，盖侧容积继续增大，缸内压力继续下降，直到略低于吸气管压力时，吸气阀被顶开，新鲜气体不断被吸进气缸，直到活塞达到内止点（即活塞离曲轴旋转中心最近距离处）时为止，称为吸气过程。

曲柄继续旋转，活塞自内止点开始向左运动，盖侧工作腔容积逐步减小，吸入的气体被压缩升压。此时，由于气缸内压力已高于吸气压力而又低于排气压力，吸气阀关闭，排气阀尚未打开，故缸内气体随活塞左移而不断被压缩升压，称为压缩过程。

活塞继续左移，盖侧缸内压力继续升高，直到略高于排气管压力时，排气阀被顶开，压缩气体不断被排出，直到活塞运行到外止点为止，称为排气过程。

总之，活塞式压缩机的曲轴旋转一周，活塞往复一次，与气阀的启、闭动作相配合，在气缸内相继实现膨胀、吸气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。曲柄连续旋转，从而不断吸入低压气体，排出压缩后的高压气体。

图1和图2所示的压缩机为双作用气缸，即曲轴每转一周，带动活塞在缸内往复—次，盖侧和轴侧（活塞右侧）各实现一次工作循环，但有180°的相位差。