活塞式空压机结构与原理

空气压缩机（以下简称“空压机”）是一种压缩气体提高气体压力或输送气体的机器，其应用极为广泛，在采矿业、冶金业、机械制造业、土木工程、石油化学工业、制冷与气体分离工程以及国防工业中，空压机都是必不可少的关键设备之一。空压机中具有许多典型的机械结构，对于研究机械原理具有较好的示范作用。通过空压机结构的不断创新发展，我们可以了解到创新对于机械的重要性以及创新的一些方法。

1.空压机的用途

1、压缩空气作为动力（如仪表风及自动装置）

2、压缩气体用于制冷和气体分离（如空调）

3、压缩气体用于合成及聚合（保证反应压力）

4、压缩气体（氢气）用于油的加氢精制

5、气体输送（提供气体流动动力）

2.空压机的分类

（一）容积式空压机：是依靠机械运动，直接使气体的体积变化而实现提高气体压力。

1.往复式：活塞式，隔膜式，自由活塞

2.回转式：螺杆式，罗茨式，滑片式，回转活塞式

（二）速度式空压机：是靠高速旋转叶轮作用，首先使气体得到一个很高的速度，然后使高速气流在扩压器中迅速地降速，使气体的动能转化为静压能，进而实现气体压缩，把被压缩气体的压力提高。

1.透平式：离心式，轴流式，混流式

2.喷射式

由于容积式空压机应用最为广泛，因此在此选取典型的活塞式空压机，螺杆式空压机。其原理和结构都具有比较的典型性，分析其在工作原理及实现工艺功能所需的机械结构方面的差异，其中主要谈一下活塞式。

3.活塞式空压机

活塞式空压机是出现较早的传统式机械空压机，它是由原动机带动曲轴旋转，而曲轴通过连杆与活塞杆相连，连杆将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动，活塞在汽缸内对气体进行压缩。这种曲柄滑块机构在机械装置中应用很广泛，它是将旋转运动转化为直线往复运动的最为简单的结构，故而早期的空压机选择这种经济合理的机构是可想而知的。

以下是活塞式空压机简单结构简图：

活塞式压缩机的结构：压缩机主要由缸体、曲轴、连杆、活塞体、阀门、轴封（对活塞体与缸体内壁进行密闭）、能量调节装置（弹簧）、水套（对缸体进行冷却）等部件组成。

压缩机的理想工作环境是：①压缩机没有余隙容积（气阀至气缸容积的通道所形成的的容积、气缸镜面与活塞外圆之间的间隙、活塞体运动排气行程终了时，活塞体端面与气缸端面之间的间隙），②吸、排气过程没有阻力损失，③吸、排气过程中与外界没有热量交换，④没有泄漏。

压缩机的工作过程：吸气、压缩和排气。

曲轴由原动机带动旋转，带动连杆以往复运动，由于限位装置的存在，活塞体只能在直线上来回运动，当活塞体向右运动时，进气阀打开，排气阀关闭，气体进入缸体，当活塞体向左运动时，进气阀关闭，排气阀因为有能量调节装置（弹簧）的作用，也处于关闭状态，气体即在缸体内进行压缩，活塞体再向右运动时，重复进气压缩过程，当缸内气体压力达到一定程度，能与调节装置设定压力平衡时，活塞体向左运动，排气阀打开，压缩气就进入使用或下一级压缩状态。

活塞式空压机启动时，进气管阀门处于关闭状态，压缩机空转卸荷状态下运行，一段时间后，进气管阀门打开，空压机负载运行。当空压机启动运行后，如果后端设备用气量比较大，储气罐和后端管路中气体压力未达到压力上限值，则打开进气口阀门，空压机负载运行，不断向后端管路产生压缩气体。如果后端设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力传感

器发出卸载信号，进气口阀门关闭，电压缩机卸荷运行。空压机工作时，总是随着气体使用量的变化而重复满载-卸荷工作方式的转换。

有时为满足对气体压强的要求，需要对气体进行两级甚至三级压缩，这就形成了“v”“w”型空压机。

两级活塞式压缩机

三级空压机即再加一级。

4.辅助系统

冷却系统：压缩空气的内部冷却在第一、二级之间由冷却器实现，“w”型则在第三级还有一个再冷却管实现气体冷却。

排水系统：第二、三级压缩过程中，在冷却过程中，必定会产生一定水分，可加装一个油水分离器来排放掉，排水阀可由一个独立的控制机构操控。

润滑系统：轴承的润滑有一个整体的润滑泵来实现，润滑油由油泵从曲轴箱打出，经过过滤器和一些小孔到达润滑点。曲轴箱轴承、活塞销轴承以及活塞都需要有润滑油来实现。

空气过滤器：空压机的空气吸入过滤器一般是一个带阻尼管的纸式过滤器。

安全装置：按照规定要求，每一级高压室都配有安全阀，第一级安全阀装在冷却器中，第二级安全阀装在第三级气缸头部，第三级安全阀装在第三级后的分离器上，每个安全阀都标有规定的放空压力。为了控制温升，在最后的分离器上装设一个温度控制器，当温度超过规定值时，温度给一个信号关掉空压机。没有安全装置不允许使用空压机，安全阀放空压力不允许重新设定。

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空压机的安装：如果空压机安装在防震底座上，则应考虑到附近

设备传递的震动频率不能与空压机与底座的固有频率相近，否则引起共振。空压机也可直接安装在地基上，则要求地基足够坚固。空压机应安装在凉爽、干燥、没有灰尘的房间，并且要求通风良好，必要时可加装通风设施。并且，空压机不能安装在房间的角落，否则可能引起吸入的冷却空气循环短路，如果几台空压机同时安装，还应避免直线安装，否则下一台机吸入的冷却空气是上一级的排除热气。

开机注意事项：附件

停机注意事项：1.停机时,应先卸去载荷,然后分离主离合器；再停止内燃机或电动机的运转。2.停机后，关闭冷却水阀门，打开放气阀，放出各级冷却器和储气罐内的油水和存气。当气温低于5℃时，应将各部件存水放尽后，才能离去。

5.螺杆式空压机

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6.活塞空压机与螺杆空压机之比较

1.动力平衡性好。大部分的机构都处在运动中，如何平衡机构的

惯性力以使系统更加稳定有效率地工作对于机械的创新设计

有着很重要的意义。螺杆空压机无不平衡惯性力，机器可平稳

地高速工作，可实现无基础运转，特别适合用作移动式压缩机。

而这一点对于曲柄活塞式的空压机来说是不那么简单的。

2.螺杆式压缩机具有较高的齿顶线速度，转速高达每分钟万转以

上，故常可与高速动力机直接相连。因而其单位排气量的体积、重量、占地面积远比活塞式压缩机的小。因而现代工业多用其

来实现高速运动。

3.可靠性高。螺杆机零部件少，无气阀和其它密封件，没有易损

件，因而它运转可靠，寿命长，易于实现远距离控制。这一点

曲柄活塞式空压机无法避免，需要气阀和密封件。

4.活塞式空压机压缩气体的压力大，可以满足对某些高压气体的

需求。

7.卧式活塞式空压机的检修和维护

空压机作为电站中少数的运转设备，其产生故障的可能性也相对较大，所以，空压机的日常维护与检修都有较高的要求。空压机的维护主要分大修、中修、小修和日常维护。下面主要以卧式活塞式空压机为例介绍。

一、卧式活塞式空压机小修介绍：

活塞压缩机小修是不定期的，检修内容也可根据实际情况而定。可在下列内容中选取一项或几项：

1、检查或更换各吸、排气阀片、阀座、弹簧及负荷调节器，清理气阀部件上的结焦及污垢。

2、检查并紧固各部连接螺栓和十字头防转销。

3、检查并清理注油器、单向阀、油泵、过滤器等润滑系统，并根据油品的化验结果决定是否更换润滑油。

4、检查并清理冷却水系统。

5、检查或更换压力表、温度计等就地仪表。

二、卧式活塞式空压机中修介绍：

空气压缩机每运行3000h～6000h进行一次中修，每次检修周期大约4—5天，中修的检修范围比大修小，其压缩机拆卸程度也较小。中修的主要内容为：

1、包括小修内容。

2、检查更换填料、刮油环。

3、检查修理或更换活塞阀组（活塞环、导向环、活塞杆、活塞