往复活塞压缩机 reCIProcating-piston compressor


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wangfu huosai yasuoji
往复活塞压缩机(卷名：机械工程)
reciprocating-piston compressor

　　通过活塞在气缸内作往复运动来压缩和输送气体的往复压缩机。
　　往复活塞压缩机是各类压缩机中发展最早的一种，公元前1500年中国发明的木风箱为往复活塞压缩机的雏型。18世纪末，英国制成第一台工业用往复活塞空气压缩机。20世纪30年代开始出现迷宫压缩机，随后又出现各种无油润滑压缩机和隔膜压缩机。50年代出现的对动型结构使大型往复活塞压缩机的尺寸大为减小，并且实现了单机多用。
　　分类 　往复活塞压缩机有多种分类方法。
　　① 按传动方式分为轴驱动和非轴驱动两类。轴驱动的往复活塞压缩机按轴的结构不同又区分为曲轴驱动和非曲轴驱动两种。在曲轴驱动的一类中，一种是无十字头的往复活塞压缩机(图1)，曲轴转动时通过连杆直接带动活塞在气缸内作往复运动;另一种是有十字头的往复活塞压缩机，连杆通过十字头带动活塞作往复运动。图2为非曲轴驱动的往复活塞压缩机，转盘的转动带动活塞在气缸内作往复运动。非轴驱动的往复活塞压缩机通常指自由活塞压缩机和电磁驱动活塞压缩机（图3）。电磁驱动是由直线电动机的转子在磁力作用下直接带动活塞在气缸内作往复运动，从而实现对气体的压缩。



　　② 按活塞在气缸内的作用方式分为单作用、双作用和级差式。
　　③ 按气体在气缸内受到压缩的方式，分为单级压缩和多级压缩。
　　④ 按气缸是否用油润滑，区分为油润滑和无油润滑两种。
　　⑤ 按气缸的布置方式区分有立式结构(气缸垂直布置)和卧式结构（气缸水平布置）两种。在卧式结构中，气缸水平布置在曲轴两侧，相对两列同时作相向或相背运动的结构称对动型压缩机（图4）；气缸虽水平布置在曲轴两侧，但相对两列作同向运动或非相向运动的结构称对置型；气缸中心线之间有某一夹角的称角度式压缩机。（见图）



　　基本结构和工作原理 　在各种往复活塞压缩机中，最典型、应用最广的是各种曲轴驱动往复活塞压缩机。图 5为单作用无十字头的往复活塞空气压缩机。旋转的曲轴通过连杆带动活塞沿气缸内壁面作往复直线运动。当活塞向下运动时，包含在活塞端面与气缸之间的工作容积增大而形成真空，这时经过空气滤清器的空气推开吸气阀而被吸进气缸。当活塞作反向行程运动时，吸气阀关闭，封闭在气缸内的气体受到压缩，且随着容积的减小而压力不断提高。当压缩气体的压力达到略高于排气管内空气压力和排气阀弹簧的阻力时，气体即推开排气阀而进入排气管。用来控制气体吸入和排出气缸的部件称气阀，它在压力差和弹簧力的作用下自行启闭，故称自动作用阀。图6为最常用的气阀结构。由于结构上的原因，在排气终了时气缸内还有部分空气残留，气缸中容纳残余空气的空间称余隙容积。活塞向下运动初期，余隙容积的空气在气缸内膨胀，直到气缸内的压力略低于吸气管内的空气压力，吸气阀开启，气缸从吸气管内吸进新鲜空气。气缸内进行的吸气、压缩、排气和膨胀4个过程组成一个循环。如果用气缸的空气压力p作为纵坐标，用气缸容积V作为横坐标，则气缸内所进行的循环用气缸指示图来描述（图7），其中曲线 4-1表示吸气过程，1-2为压缩过程，2-3为排气过程，3-4为膨胀过程。由过程曲线1-2-3-4-1所包围的面积表示循环指示功，即在一个循环中用于压缩空气和克服阻力所需要消耗的动力。



　　空气在气缸内受到压缩时，空气和气缸的温度不断提高。为了保持气缸内润滑和摩擦件工作的正常，在气缸外层设有通水或空气的冷却设施(水套或散热片)，以防止空气压缩终了时温度超过允许值。
　　从大气吸气的单级压缩机的最终压力：微型压缩机（排气量为0.1～1.0米3／分）以0.6～0.8兆帕为宜;小型压缩机（排气量为1～10米3／分）以0.5～0.7兆帕为宜；中、大型压缩机(排气量在10米3／分以上)以0.2～0.4兆帕为宜。更高的压力须采用多级压缩，每级压力比（排气压力与吸气压力之比）为2～4。多级压缩是通过一系列带级间冷却的压缩。在第一级气缸内压缩后排出的气体，通过第一级间冷却器，冷却后引入第二级气缸的吸气侧。在第二级气缸压缩后排出的气体，再通过第二级间冷却器，冷却后引入第三级的气缸的吸气侧，依此类推（图8）。压缩后的气体通过级间冷却，既能降低排气温度，又可节省压缩功。经过多级压缩的气体压力可以超过100兆帕。排气压力超过100兆帕的压缩机称为超高压压缩机。



　　为了保持排气管中的压力不变，压缩机的排气量应能根据用气量的变化而自行调节。调节的方法有定时停转、改变转速、截断吸气管、顶开吸气阀和连通辅助容积等。
　　为了防止气缸内的气体向外泄漏，活塞上设置金属的或非金属的起密封作用的活塞环。采用活塞环时，气缸内必须用油润滑，防止过大的摩擦、磨损、泄漏和过高的排气温度。在需要不含油的压缩气体或气体不能与油相接触的场合，采用无油润滑压缩机。第一类无油润滑压缩机采用耐磨性好的材料活塞环和填料。这种材料具有自润滑性，在工作时无需用油润滑。自润滑材料可取石墨产品、浸渍巴氏合金（见滑动轴承材料）、铝青铜、银或人造树脂等；也可取聚四氟乙烯，填充玻璃纤维、石墨、陶瓷材料、青铜和二硫化钼等材料，这些都是应用最广泛的自润滑材料。第二类无油润滑压缩机是利用曲折（迷宫）的原理，在活塞圆周表面上（有时还在活塞圆周表面对应的气缸表面上）制成一系列串联的阻流通道，以阻止气缸内的气体沿活塞与气缸间的间隙向外泄漏。这类无油润滑压缩机称为迷宫压缩机。第三类无油润滑压缩机是隔膜压缩机。
　　参考书目
　活塞式压缩机设计编写组编：《活塞式压缩机设计》，机械工业出版社，北京，1981。
备注：数据仅供参考，不作为投资依据。