容積式壓縮機

壓縮機是壓縮氣體以提高氣體壓力的機械，如氣泵、壓氣機等，根據壓縮氣體的方式不同，可分為容積式壓縮機和動力式壓縮機。依靠壓縮腔的內部容積縮小來提高氣體或蒸氣壓力的壓縮機為容積式壓縮機，利用燃氣透平壓縮氣體的壓縮機為動力式壓縮機。其中容積式壓縮機可分為往復式壓縮機和迴轉式壓縮機，動力式壓縮機可分為噴射式和透平式。具體分類如圖1。

容積式壓縮機是指依靠改變工作腔來提高氣體壓力的壓縮機。由於容積式壓縮機大多有活塞，故又稱“活塞式”壓縮機。容積式壓縮機按其結構的不同又有往復活塞和迴轉活塞之分，前者簡稱“往復式”，後者簡稱“迴轉式”。

壓縮機末級排氣管處壓力（壓縮機的名義排氣壓力）與第一集進氣管處壓力（壓縮機的名義吸氣壓力）之比，即壓縮機的（名義）壓力比。各級排氣壓力與其吸氣壓力之比成為級的（名義）壓力比。某及壓縮終了時工作腔內的壓力與該級進氣終了壓力之比，活塞壓縮機中稱為該級實際壓力比。迴轉壓縮機中稱為內壓力比。

工作腔：容積式壓縮機中用來壓縮氣體的腔室。壓縮機的工作腔一般因為存在餘隙容積而沒有完全利用。

工作容積：工作腔中實際用來處理氣體的那部分容積。

餘隙容積：指排氣過程結束後仍殘留有高壓氣體的那部分空間。

排量：壓縮機一轉中所形成的總工作容積的大小。排量能真正反映壓縮機的大小，在微型製冷、空調中廣泛應用，單位為m³·cm³。

理論容積流量q_Vth：壓縮機單位時間內形成的工作容積之和，等於每轉工作容積與轉速之積，單位為m³/min，m³/h，m³/s。

容積式壓縮機的工作原理是依靠工作腔容積的變化來壓縮氣體或蒸汽，因而它具有容積可週期變化的工作腔。

容積式壓縮機的特點主要有以下幾點：

（1）機器轉速的改變對工作容積的變化規律沒直接影響，故壓力與流量關係不大，工作穩定性較好；

（2）氣體的吸入、排出與氣體性質無關，故適應性強、易達到較高壓力；

（3）機器熱效率高（因為泄漏少）；

（4）結構複雜，往復式的易損件較多；

（5）氣體脈動大，易引起氣柱、管道振動。

可靠性是指壓縮機能連續完成任務所規定的性能參數的能力（中間可維修或更換零部件），並用可靠度來表示。廣義的可靠性包括可維修性。一個機器的可靠性包括：可靠性設計；可靠性製造；可靠性運行管理；可靠性維修。

壓縮機的可靠性是由零部件的可靠性組成的。

零部件的可靠性分4類：

（1）結構設計可靠性；結構、製造精度合理；

（2）強度可靠性；連桿螺栓最不安全，其次是活塞桿（為拉壓交變載荷，需着色探傷）；

（3）剛度可靠性；機身、曲軸、連桿、氣缸等剛度要求高；

（4）磨損可靠性。用PV來限制。磨損：高壓級>低壓級，高轉速>低轉速。氣閥：閥片磨損。

壓縮機中常發生帶螺紋的活塞桿斷裂並釀成事故。

活塞桿斷裂有下列三種可能性：（1）材料或製造的缺陷；（2）螺母的預緊力未達到設計要求；（）活塞桿嚴重傾斜。

往復式壓縮機主要包括工作腔部分、傳動部分、機身部分和輔助部分，具體如圖2。

（1）工作腔部分包括：氣缸、氣閥（包括吸氣閥和排氣閥）、活塞；

（2）傳動部分指利用曲軸連桿機構化旋轉為往復直線運動的裝置，包括：曲軸、連桿、十字頭、活塞桿、十字頭銷、曲柄銷；

（3）機身部分：支承（連接）氣缸與傳動部分的零部件；

（4）輔助部分包括：潤滑、冷卻、調節、安全閥、消音器、濾清器、緩衝器等。

當活塞從氣缸蓋處（外止點）開始向下運動時，氣缸內的上部容積逐漸增大，壓力降低，這時外界氣體沿進氣管衝開進氣閥流入氣缸中，直到活塞達到最下位置（內止點），這時進氣開始關閉。在反向運動時，亦即當活塞向上運動時，則該容積縮小，其中氣體被壓縮，當它的壓力達到預先設計好的程度（或稍大於排氣管的壓力），排氣閥被打開，氣體排入排氣管中，直到活塞運動到最上位置（外止點）時，排氣閥關閉。當運動機構不停的運動時，上述過程則重複進行。總之，曲軸旋轉一週，活塞往復運動一次，氣缸內相繼實現進氣，壓縮，排氣的過程，即完成一個工作循環，稱為一級。

多級壓縮具有以下優點：（1）存在中間冷卻器，可以省功；（2）可降低排氣温度T_d，提高λ_V，降低活塞力。

多級壓縮存在級數選擇的問題。若級數過多，則會使結構更復雜、設備費用多，同時造成摩擦損失多、流動損失多、中間冷卻裝置多、動力費用多。確定技術的原則為一定的排氣温度下，儘可能少級數、少重量。

提高壓縮機排氣量幾種常用的途徑主要包括以下幾種方式：

（1）儘可能減小氣缸餘隙容積；

（2）儘可能改善氣缸的冷卻狀況，或者降低第1級進氣温度；

（3）適當擴大氣缸的內徑，增大氣缸的行程容積；

（4）減少壓縮機外泄漏量；

（5）增加壓縮機的轉速，提高單位時間工作循環次數。

與壓縮式壓縮機相比，其優點是：（1）結構簡單，易損件少，操作容易；（2）運動件的動力平衡性能好，機器轉速高；（3）進、排氣間歇小，壓力脈動小。其缺點是：（1）運動件密封比較困難，難達到高的終了壓力；（2）由於泄漏，熱效率一般低於往復式壓縮機。

螺桿壓縮機、單螺桿壓縮機、滑片壓縮機、液環壓縮機、羅茨鼓風機均屬於迴轉式壓縮機。

運用最廣泛的為螺桿壓縮機。螺桿壓縮機一般都是指雙螺桿壓縮機，它由一對陽、陰螺桿構成，是迴轉壓縮機中應用最廣泛的一種，在化工、製冷及空氣動力工程中，它所佔的比例越來越大。螺桿壓縮機的容積流量範圍是2~500m³/min，終了壓力一般小於1.2MPa，個別場合可達4.5MPa。

螺桿壓縮機分為乾式和濕式兩種。乾式指工作腔中不噴液，壓縮氣體不會被感染。濕式指工作腔噴入潤滑油或其他液體，藉以冷卻被壓縮的氣體，改善密封，並可潤滑陰、陽轉子，實現自身轉動。在化工系統中，大都採用乾式結構，而空氣動力工程與製冷領域中常採用濕式。

螺桿壓縮機中，原動機與陽螺桿相連，陽螺桿通過一對同步齒輪，帶動陰螺桿按固定傳動比轉動。陰陽螺桿的兩端都分別由滑動軸承支撐，左端有軸向止推軸承承受軸向載荷。其進氣孔口開在右下方。氣缸由冷卻水進行冷卻，在轉子端面與軸承之間設有密封，防止氣體沿轉子軸向泄漏。如圖3，為螺桿壓縮機的工作過程，包括吸氣、壓縮、排氣過程。