活塞式壓縮機的工(gōng)作原理
一(yī)、活塞式壓縮機工(gōng)作過程
活塞式壓縮機都有氣缸、活塞和氣閥。壓縮氣體的工(gōng)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，這種壓縮機隻在氣缸的一(yī)段有吸入氣閥和排除氣閥，活塞每往複一(yī)次隻吸一(yī)次氣和排一(yī)次氣。
（1）膨脹：當活塞向左邊移動時，缸的容積增大，壓力下(xià)降，原先殘留在氣缸中的餘氣不斷膨脹。
（2）吸入：當壓力降到(dào)稍小(xiǎo)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。随著(zhe)活塞向左移動，氣體繼續進入缸内，直到(dào)活塞移至左邊的末端（又(yòu)稱左死點）爲止。
（3）壓縮：當活塞調轉方向向右移動時，缸的容積逐漸縮小(xiǎo)，這樣便開始了壓縮氣體的過程。由于吸入氣閥有止逆作用，故缸内氣體不能(néng)倒回進口管中，而出口管中氣體壓力又(yòu)高(gāo)于氣缸内部的氣體壓力，缸内的氣體也無法從排氣閥跑到(dào)缸外。出口管中的氣體因排出氣閥有止逆作用，也不能(néng)流入缸内。因此缸内的氣體數量保持一(yī)定，隻因活塞繼續向右移動，縮小(xiǎo)了缸内的容氣空間（容積），使氣體的壓力不斷升高(gāo)。
（4）排出：随著(zhe)活塞右移，壓縮氣體的壓力升高(gāo)到(dào)稍大于出口管中的氣體壓力時，缸内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(dào)活塞移至右邊的末端（又(yòu)稱右死點）爲止。然後，活塞右開始向左移動，重複上(shàng)述動作。活塞在缸内不斷的往複運動，使氣缸往複循環的吸入和排出氣體。活塞的每一(yī)次往複成爲一(yī)個工(gōng)作循環，活塞每來或回一(yī)次所經過的距離叫做沖程。
二、壓縮氣體的三種熱過程
氣體在壓縮過程中的能(néng)量變化與氣體狀态（即溫度、壓力、體積等）有關。在壓縮氣體時産生(shēng)大量的熱，導緻壓縮後氣體溫度升高(gāo)。氣體受壓縮的程度越大，其受熱的程度也越大，溫度也就(jiù)升得越高(gāo)。壓縮氣體時所産生(shēng)的熱量，除了大部分留在氣體中使氣體溫度升高(gāo)外，還有一(yī)部分傳給氣缸，使氣缸溫度升高(gāo)，并有少部分熱量通(tōng)過缸壁散失于空氣中。
壓縮氣體所需的壓縮功，決定于氣體狀态的改變。說通(tōng)縮點，壓縮機耗功的大小(xiǎo)與除去壓縮氣體所産生(shēng)的熱量有直接關系。一(yī)般來說，壓縮氣體的過程有以下(xià)三種：
（1） 等溫壓縮過程：在壓縮過程中，把與壓縮功相(xiàng)當的熱量全部移除，使缸内氣體的溫度保持不變，這種壓縮成爲等溫壓縮。在等溫壓縮過程中所消耗的壓縮功最小(xiǎo)。但這一(yī)過程是一(yī)種理想過程，實際生(shēng)産中是很難辦到(dào)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，結果使缸内氣體的溫度升高(gāo)。這種不向外界散熱也不從外界吸熱的壓縮成爲絕熱壓縮。這種壓縮過程的耗功最大，也是一(yī)種理想壓縮。因爲實際生(shēng)産中，無倫何種情況要想避免熱量的散失，是很難做到(dào)的。
（3） 多(duō)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，成爲多(duō)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(shēng)産中氣體的壓縮過程均屬于多(duō)變壓縮過程。
三、多(duō)級壓縮
所謂多(duō)級壓縮，即根據所需的壓力，将壓縮機的氣缸分成若幹級，逐級提高(gāo)壓力。并在每級壓縮之後設立中間冷卻器(qì)，冷卻每級壓縮後的高(gāo)溫氣體。這樣便能(néng)降低(dī)每級的排氣溫度。
四、爲什麽要多(duō)級壓縮？
用單級壓縮機将氣體壓到(dào)很高(gāo)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爲0.1 MPa ，排氣壓力爲絕對壓力0.8MPa。則壓縮比：
P2 0.8
R=--------- =--------- =8
P1 0.1
多(duō)級壓縮的優點：
節省壓縮功；
降低(dī)排氣溫度；
提高(gāo)容積系數；
對活塞壓縮機來說，降低(dī)氣體對活塞的推力。
必然增大，壓縮後的氣體溫度也會升得很高(gāo)。氣體壓力升高(gāo)比（壓力升高(gāo)比：壓縮後氣體壓力與壓縮前氣體壓力之比成爲壓力升高(gāo)比，簡稱壓力比。）越大，氣體溫度升得越高(gāo)。當壓力比超過一(yī)定數值，氣體壓縮後的終結溫度就(jiù)會超過一(yī)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。另外活塞式壓縮機在吸氣過程中，需帶殘留在氣缸餘隙容積（所謂餘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(tōng)道空間）内的高(gāo)壓氣體膨脹到(dào)壓力稍低(dī)于進氣壓力時，才開始吸氣。高(gāo)壓氣體膨脹後占去一(yī)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(gāo)，餘隙内殘留的氣體壓力也越高(gāo)，餘氣膨脹後所占去的容積就(jiù)越大，壓機的生(shēng)産能(néng)力就(jiù)顯著降低(dī)。同時，壓縮機機件(jiàn)的長度、厚度和直徑都必須相(xiàng)應增大。不然，就(jiù)不能(néng)适應其所承受的負荷。結果，不但使壓機的造價成本增高(gāo)，而且還會增加機件(jiàn)制造上(shàng)的困難。
因此，爲了達到(dào)較高(gāo)的終壓，必須采用多(duō)級壓縮機。多(duō)級壓縮機所消耗的功比單級的大爲減少，級數越多(duō)，省功越多(duō)。同時，級數越多(duō)，氣體壓縮後的溫度也越低(dī)，氣缸所能(néng)吸入的其他體積也越大。但壓縮機的級數也不應太多(duō)，因爲級數每增加一(yī)級，就(jiù)必須多(duō)一(yī)套氣缸、氣閥、活塞杆和連杆等機件(jiàn)，使壓縮機的結構複雜，并且大大增加設備費用。根據我國目前情況來看(kàn)，一(yī)般壓縮機每一(yī)級的壓縮比不超過3～5。
五、壓縮機的生(shēng)産能(néng)力（排氣量）
單位時間内壓縮機排出的氣體，換算(suàn)到(dào)最初吸入狀态下(xià)的氣體體積量，稱爲壓縮機的生(shēng)産能(néng)力，也成爲壓縮機的排氣量。其單位爲立方米／小(xiǎo)時或立方米／分。
六、影響壓縮機生(shēng)産能(néng)力提高(gāo)的因素主要有哪幾方面？
（1）餘隙：當餘隙較大時，在吸氣時餘隙内的高(gāo)壓氣體産生(shēng)膨脹而占去部分容積，緻使吸入的氣量減少，使用壓縮機的生(shēng)産能(néng)力降低(dī)。當然，餘隙過小(xiǎo)也不利，因爲這樣氣缸中活塞容易與氣缸端蓋發生(shēng)撞擊，而損壞機器(qì)。所以壓縮機的氣缸餘隙一(yī)定要調整适當。
（2）洩漏損失：壓縮機的生(shēng)産能(néng)力與活塞環、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。活塞環套在活塞上(shàng)，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(dào)活塞隊另一(yī)側。因此，安裝活塞環時，應使它能(néng)自(zì)由脹縮，即能(néng)形成良好的密封，又(yòu)不使活塞與氣缸的摩擦太大。如果活塞環安裝的不好或與氣缸摩擦造成磨損而不能(néng)完全密封時，被壓縮的高(gāo)壓氣體便有一(yī)部分不經排出閥排出，而從活塞環不嚴之處漏到(dào)活塞的另一(yī)邊。這樣由于壓出的氣體量減少，壓縮機的生(shēng)産能(néng)力也就(jiù)随著(zhe)降低(dī)。在實際生(shēng)産中，由于活塞環磨損而漏氣造成産量降低(dī)的情況經常發生(shēng)。
在壓縮機運轉過程中，由于氣缸填料經常與活塞杆摩擦而發生(shēng)磨損，或因安裝質量不好，都會産生(shēng)漏氣現象。因此，氣缸填料的漏氣在實際生(shēng)産中也會經常遇到(dào)。
（3）吸入氣閥的阻力：壓縮機的吸入氣閥應在一(yī)定程度上(shàng)具有抵抗氣體壓力的能(néng)力，并且隻有在缸内氣體的壓力稍高(gāo)于進口管中的氣體壓力時才開啓。如果吸入氣閥的阻力大于平常的阻力，開啓速度就(jiù)會遲緩，進入氣缸的氣量也會減少，壓縮機的生(shēng)産能(néng)力也會降低(dī)。
（4）吸入氣體的溫度：壓縮機氣缸的容積随恒定不變，但如果吸入氣體的溫度高(gāo)，則吸入缸内氣體的密度就(jiù)會減小(xiǎo)單位時間吸入缸内氣體的質量就(jiù)會減少，導緻壓縮機的生(shēng)産能(néng)力降低(dī)。壓縮機在夏天的生(shēng)産能(néng)力總比在冬天時低(dī)，就(jiù)是這個原因。另外，在進口管中的氣體溫度雖然不高(gāo)，但如果氣缸的冷卻不好，進入氣缸室的氣體溫度過高(gāo)，也會使氣體的體積膨脹，密度減小(xiǎo)，壓縮機的生(shēng)産能(néng)力也會減小(xiǎo)。
七、爲什麽壓縮機氣缸必須留有餘隙？
（1）壓縮氣體時，氣體中可能(néng)有部分水(shuǐ)蒸氣凝結下(xià)來。因水(shuǐ)是不可壓縮的，如果氣缸中不留餘隙，則壓縮機不可避免地會遭到(dào)損壞。因此，在壓縮機氣缸中必須留有餘隙。
（2）餘隙存在以及殘留在餘隙容積内地氣體可以起到(dào)氣墊作用，也不會使活塞與氣缸端蓋發生(shēng)撞擊而損壞。同時，爲了裝配和調節的需要，在氣缸端蓋與處于死點位置的活塞之間也必須留有一(yī)定的餘隙。
（3）壓縮機上(shàng)裝有氣閥，在氣閥與氣缸之間以及閥座本身的氣道上(shàng)都會有活塞趕不盡的餘氣，這些餘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(qì)（閥蓋）的沖擊作用。
（4）由于金屬的熱膨脹，活塞杆、連杆在工(gōng)作中，随著(zhe)溫度升高(gāo)會發生(shēng)膨脹而伸長。氣缸中留有餘隙就(jiù)能(néng)給壓縮機的裝配、操作和安全使用帶來很多(duō)好處，但餘隙留得過大，不僅沒有好處，反而對壓縮機的工(gōng)作帶來不好的影響。所以，在一(yī)般情況下(xià)，所留壓縮機氣缸的餘隙容積約爲氣缸工(gōng)作部分體積的3～8％，而對壓力較高(gāo)、直徑較小(xiǎo)的壓縮機氣缸，所留的餘隙容積通(tōng)常爲5～12％。
八、爲什麽壓縮機各級之間要有中間冷卻器(qì)？
各級壓縮後，由于溫度升高(gāo)，氣缸的潤滑油會降低(dī)粘度，同時會分解出膠質的物(wù)質，在閥片等重要部位積聚，妨礙閥片正常運轉。若溫度高(gāo)于潤滑油的閃點，則具有引起爆炸的潛在危險。有時壓縮的氣體爲碳氫化合物(wù)氣體（如石油氣等）。在高(gāo)溫下(xià)氣體物(wù)理性質會發生(shēng)變化，如産生(shēng)聚合作用等。一(yī)般壓縮機排氣溫度應低(dī)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(xià)，石油氣、乙烯、乙炔氣等應限制在100℃以下(xià)，所以必須有中間冷卻器(qì)。
在多(duō)級壓縮機中，每級的壓力比較低(dī)，而且級間冷卻器(qì)，每級排出的氣體冷卻到(dào)接近第一(yī)級吸入前的溫度（但靠著(zhe)氣缸套中的冷卻是達不到(dào)的），因此，每一(yī)級氣缸壓縮終了時，氣體的溫度不會太高(gāo)。
九、爲什麽第一(yī)級氣缸直徑一(yī)定要比第二級氣缸直徑大？它們之間的關系怎樣？
因爲經第一(yī)級壓縮後，氣體的壓力增加，容積減小(xiǎo)，當氣體進入第二級氣缸時，氣量沒有第一(yī)那麽大，故第二級氣缸的直徑要比第一(yī)級的小(xiǎo)。另外，如有中間抽氣或蒸汽冷凝，則下(xià)一(yī)級氣缸尺寸必然比前一(yī)級氣缸爲小(xiǎo)。
十、氣閥是由哪些零件(jiàn)組成的？各個零件(jiàn)有何作用？閥片升程大小(xiǎo)對壓縮機有何影響？如何調節？氣閥的彈簧彈力不一(yī)緻有什麽影響？
氣閥是由閥座、升高(gāo)限制器(qì)以及閥片和彈簧組成，用螺栓把他們緊固在一(yī)起。
閥座是氣閥的基礎，是主體；升高(gāo)限制器(qì)用來控制閥片升程的大小(xiǎo)，而升高(gāo)限制器(qì)上(shàng)幾個同心凸台是起導向作用的。閥片是是氣閥的關鍵零件(jiàn)，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(gōng)作，它的好壞關系到(dào)壓縮機的性能(néng)；彈簧起著(zhe)輔助閥片迅速回彈，以及保持密封的作用。
閥片升程的大小(xiǎo)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(xiǎo)，氣體通(tōng)道截面積小(xiǎo)，通(tōng)過的氣體大，排氣量小(xiǎo)，生(shēng)産效率低(dī)。在調節閥片升程大小(xiǎo)時，對于沒有調節裝置的氣閥，可以車削加工(gōng)閥片升高(gāo)限制器(qì)，對于有調節裝置的氣閥，可以調節氣閥内間距墊片的厚度。
彈簧的彈力不一(yī)緻時，會使閥片歪斜、卡死。
十一(yī)、吸氣閥和排氣閥有何區别？安裝氣閥時應注意什麽？吸排氣閥裝反會出現什麽問題？
吸氣閥的閥座在氣缸外側，而排氣閥的閥座在氣缸内側，其它零件(jiàn)按照(zhào)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，螺絲刀可以從閥的内側頂開閥片
在安裝氣閥時，首先确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、壓縮機的潤滑作潤滑類别及潤滑方法？
壓縮機的潤滑作用主要是減少摩擦部件(jiàn)的磨損和消耗的摩擦功，此外還能(néng)冷卻運動機構的摩擦表面、密封活塞以及填料函，從而提高(gāo)活塞和填料函工(gōng)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(shàng)可分爲氣缸潤滑系統和運動機構潤滑系統。
潤滑氣缸用的潤滑油要有較高(gāo)的粘度，在活塞環與氣缸之間能(néng)起到(dào)良好的潤滑和密封作用。其次還要求有較高(gāo)的閃點，較高(gāo)的穩定性，使油不易揮發，不易氧化而引起積碳（潤滑油氧化後所形成的碳化物(wù)），而積碳一(yī)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爲不利。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(duō)，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(dī)壓和中壓壓縮機來說，其中卧式壓縮機每400㎡的潤滑表面潤滑油消耗量平均爲每分1克，立式壓縮機每500㎡的潤滑表面潤滑油消耗量平均爲每分1克。高(gāo)壓壓縮機由于在壓縮機之後有冷卻器(qì)和油分離器(qì)，潤滑油消耗量就(jiù)會提高(gāo)，每200㎡氣缸潤滑表面潤滑油消耗量平均爲每分1克，而每100㎡的填料函中活塞杆潤滑表面潤滑油消耗量爲每分3克，新壓縮機在試車運轉（跑合）時，加油量爲定額的兩倍。
運動機構的潤滑油量（循環量）視有無潤滑油冷卻器(qì)而不同，有冷卻器(qì)時潤滑油量爲每分·千瓦0.075公斤，無冷卻器(qì)爲每分·千瓦0.15公斤。
潤滑油的消耗量應根據實際情況而定，以上(shàng)數據僅供參考。
壓縮機氣缸的潤滑方法一(yī)般有兩種：
（1）飛濺法：用回轉機構（如曲軸）将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隻适用于無十字頭的單級壓縮機但供油量無法調節，尤其是當刮油環活塞環配合的不好時，會使潤滑油過剩而被氣體帶走。
（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(qì)加壓強制注入。常用的注油器(qì)爲單柱塞真空注油式，此種注油器(qì)與以前使用的活門配油多(duō)柱塞泵、滑閥配油多(duō)柱塞泵相(xiàng)比，構造簡單、技(jì)術先進，使用時可在不停機的情況下(xià)處理故障。此種注油器(qì)内安有小(xiǎo)油泵，每個油泵擔負一(yī)個潤滑點。
壓縮機運動機構的潤滑方法一(yī)般有兩種：
（1）飛濺法：用回轉機構将曲軸箱中的潤滑油甩成油滴，當有油滴落到(dào)軸承（瓦）上(shàng)的油孔時，即可流到(dào)摩擦表面上(shàng)。
（2）壓力潤滑法：用齒輪油泵進行循環潤滑。在這種方法中，潤滑油通(tōng)過下(xià)列諸元件(jiàn)：油箱、油泵、過濾器(qì)、冷卻器(qì)、運動機構各潤滑點，再流回油箱。循環系統還裝有調節潤滑油壓力的旁通(tōng)閥和壓力表。
