活塞式空壓機組成結構、主要種類、基本特點、工作原理及主要問題

活塞式空壓機組成結構、主要種類、基本特點、工作原理及主要問題

活塞式空壓機是往復式空壓機中的一種，其壓縮元件是一個活塞，在氣缸內(nèi)部做往復運動，按活塞同氣體。衍生產(chǎn)品有空壓機、流水線設備、塑機、風機等。

組成結構

活塞式空壓機基本組成

1 —排氣閥 2 —氣缸 3 —活塞 4 —活塞桿

5 —滑塊 6 —連桿 7 —曲柄 8 —吸氣閥

9 —閥門彈簧

這種結構的壓縮機在排氣過程結束時總有剩余容積存在。在下一次吸氣時，剩余容積內(nèi)的壓縮空氣會膨脹，從而減少了吸人的空氣量，降低了效率，增加了壓縮功。且由于剩余容積的存在，當壓縮比增大時，溫度急劇升高。故當輸出壓力較高時，應采取分級壓縮。分級壓縮可降低排氣溫度，節(jié)省壓縮功，提高容積效率，增加壓縮氣體排氣量。一為單級活塞式空壓機，常用于需要 0 . 3 — 0 . 7MPa 壓力范圍的系統(tǒng)。單級活塞式空壓機若壓力超過指定的范圍，各項性能指標將急劇下降，故往往采用多級壓縮，以提高輸出壓力。為了提高效率，降低空氣溫度，需要進行中間冷卻。為二級壓縮的活塞式空壓機空氣經(jīng)低壓缸后壓力由 p 1 提高至 p 2 ，溫度由 T l 升至 T 2 ；然后流入中間冷卻器，在等壓下對冷卻水放熱，溫度降為 T l ；再經(jīng)高壓缸壓縮到所需要的壓力 p 3 。并由該圖可見，進入低壓缸和高壓缸的空氣溫度 T l 和 T 2 ，位于同一等溫線 12 ′ 3 ′ 上 ，兩個壓縮過程 偏離等溫線不遠。同一壓縮比 p 3 / p 1 的單級壓縮過程為 123 ″ ，比兩級壓縮偏離等溫 12 ′ 3 ′ 遠得多，即溫度要高許多。且單級壓縮消耗功相當于圖中面積 613 ″ 46 ，兩級壓縮消耗功相當于圖中面積 61256 和 52 ′ 345 之和，節(jié)省的功相當于 2 ′ 23 ″ 32 ′ 。可見，分級壓縮可降低排氣溫度，節(jié)省壓縮功，提高效率。

主要種類

接觸的方式不同，常有一些幾種形式：

活塞式空壓機-是一種往復式空壓機中常見的，使用多的一種，其活塞直接接觸氣體?？炕钊h(huán)來密封壓縮氣體。在氣壓傳動中，通常采用容積型活塞式空氣壓縮機。這里介紹兩種典型結構，用來幫助理解空氣壓縮機的工作原理。

立式空氣壓縮機的氣缸中心線與地面垂直，臥式空氣壓縮機的氣缸中心線則與地面平行。原動機（電動機或內(nèi)燃機）的回轉運動經(jīng)曲 柄連桿機構轉換為活塞的往復直線運動?？諝鈮嚎s機中 的進氣、排氣過程與液壓泵的吸油、壓油過程類似。

活塞式空壓機一般以排氣壓力、排氣量（容積流量）、結構型式和結構特點進行分類。

1．按排氣壓力高低分為：

低壓空壓機 排氣壓力≤1.0MPa

中壓空壓機 1.0MPa<排氣壓力≤10MPa

高壓空壓機 10MPa<排氣壓力≤100MPa

2．按排氣量大小分為：

小型空壓機 1m3/min<排氣量≤10m3/min

中型空壓機 10m3/min<排氣量≤100m3/min

大型空壓機 排氣量>100m3/min

空壓機的排氣量指吸入狀態(tài)自由氣體流量。

一般規(guī)定：軸功率<15KW、排氣壓力≤1.4MPa為微型空壓機。

3．按氣缸中心線與地面相對位置分為：

立式空壓機——氣缸中心線與地面垂直布置。

角度式空壓機——氣缸中心線與地面成一定角度（V型、W型、L型等）。

臥式空壓機——氣缸中心線與地面平行，氣缸布置在曲軸一側。

對動平衡式空壓機——氣缸中心線與地面平行，氣缸對稱布置在曲軸兩側。

4．按結構特點分為：

單作用——氣體僅在活塞一側被壓縮。

雙作用——氣體在活塞兩側被壓縮。

水冷式——指氣缸帶有冷卻水夾套，通水冷卻。

風冷式——氣缸外表面鑄有散熱片，空氣冷卻。

固定式——空壓機組固定在地基上。

移動式——空壓機組置于移動裝置上便于搬移。

有油潤滑——指氣缸內(nèi)注油潤滑，運動機構潤滑油循環(huán)潤滑。

無油潤滑——指氣缸內(nèi)不注油潤滑，活塞和氣缸為干運轉，但傳動機構由潤滑油循環(huán)潤滑。

全無油潤滑——氣缸內(nèi)傳動機構均無油潤滑。

此外還分為有十字頭（中小型無油空壓機）、無十字頭（V、W型低壓微型空壓機）；

基本特點

優(yōu)點：

1.壓力范圍大；

2.氣量調(diào)節(jié)對壓力影響小；

3設備價格低，初投資低；

4.操作方便；

5.使用壽命長。

缺點：

1.設備體積大且笨重；

2.結構復雜、易損件多，維修工作量大；

3.運行時振動和噪聲較大，設備安裝基礎要求高；

4.運行維護費用相對較高。

工作原理

在氣缸內(nèi)作往復運動的活塞向右移動時，氣缸內(nèi)活塞左腔的壓力低于大氣壓力 p a ，吸氣閥開啟，外界空氣吸入缸內(nèi)，這個過程稱為壓縮過程。當缸內(nèi)壓力高于輸出空氣管道內(nèi)壓力 p 后，排氣閥打開。壓縮空氣送至輸氣管內(nèi)，這個過程稱為排氣過程?；钊耐鶑瓦\動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構形成的。曲柄的旋轉運動轉換為滑動——活塞的往復運動。

主要問題

空壓機的余隙容積，有的是結構上的需要，有的是難以避免的。如活塞運動到排氣終了位置時，其端面與氣缸端面之間的間隙，主要是考慮到以下幾個因素：

1.制造精度及零部件組裝，與要求總是有偏差的。運動部件在運動過程中可能出現(xiàn)松動，使結合面間隙增大，部件總尺寸增長。

2.對壓縮含有水滴的氣體，壓縮時水滴可能集結。對于這種情況，余隙容積可防止由于水不可壓縮性而產(chǎn)生的水擊現(xiàn)象。

3.活塞周期運動時，由于摩擦和壓縮氣體時產(chǎn)生熱量，使活塞受熱膨脹，產(chǎn)生徑向和軸向的伸長，為了避免活塞與汽缸端面發(fā)生碰撞事故及活塞與缸壁卡死，故用余隙容積來消除。

有關氣閥到氣缸容積的通道 所形成的余隙容積，主要是由于氣閥布置所難以避免的。 在空壓機工作時，余隙容積使進氣閥吸入的氣體體積減少了，相應排氣量降低了，所以在設計氣缸時，要預先考慮到余隙容積對排氣量的影響。設計空壓機時，在考慮到生產(chǎn)率、制造、裝配和安全運轉等情況下，應盡量使余隙容積小些。但有時為了調(diào)整活塞力，相應加大些余隙容積，這在設計對動式空壓機時，也是經(jīng)常碰到的。