往复式压缩机的工作原理

往复式压缩机工作原理如下图所示。

往复式压缩机属于容积式压缩机，是使一定容积(实际上是一定质 量的气体，进出气体质量不变，但经过压缩之后压力增加，体积缩小) 的气体顺序地吸入和排出封闭空间以提高静压力的压缩机。

曲柄带动连 杆4，连杆4通过十字头7与活塞杆3相连带动活塞2前后或上下运动。

活塞运动使气缸1内的容积发生变化，当活塞向后或向下运动的时候， 气缸容积增大，进气阀5打开，出气阀6关闭，气体被吸进来，完成进 气过程;当活塞2向前或向上运动的时候，气缸容积减小，出气阀6打 开，进气阀5关闭，完成压缩过程。

通常活塞上有活塞环来密封气缸1和活塞2之间的间隙， 气缸1内有润滑油润滑活塞环。

英格索兰空压机是通过曲轴(侧视图未画出)带动连杆，活塞做上下运动。

当活塞向下运动的时候，汽缸容积增大，进气阀打开，排气阀关闭，气体被吸进来， 完成进气过程;当活塞向上运动的时候，气缸容积减小，出气阀打开，进 气阀关闭，完成压缩过程。

下面根据图2-10和图2-11单动往复式压缩机工作原理图，再结合 图2-12往复式压缩机工作过程中压力-体积变化关系说明往复式压缩机 工作原理。

活塞在气缸内运动到最左端时，活塞与气缸盖之间还留有一很小的 空隙，称余隙，其作用主要是防止活塞撞击到气缸前端盖上。

由于余隙的存在，在气体排出之后，气缸内还残存一部分高压气体P2，其状态 如图2-12中A点所示。

当活塞从最左端向右运动时，残留在余隙中的 气体开始膨胀，压力从P2下降到P1，其状态相当于图2-12中B点所 示，这一阶段称为膨胀阶段。

当气缸继续向右运动时，气缸内的压力稍低于压力p1，于是进气阀打开，气体被吸入气缸， 直到活塞运动到最右端，其状态如图2-12中C点所示，这一阶段称为吸气阶段。

此后活塞改向左运动，缸内气体被压缩而升压，进气阀关闭，气体继续被压 缩，直到活塞到达图2-12中D点的状态，压力增大到稍微高于压力 p2，这一阶段称为压缩阶段。

此时，排气阀打开，气体在压力p2状态下从气缸中排出，直到活塞回复到图2-12中A点的状态， 这一阶段称为排气阶段。

由此可见，往复式压缩机的一个循环过程是由膨胀、吸气、压缩、 排气等四个阶段构成。

在图2-12的"V坐标上形成一个封闭曲线。

AB为余隙的膨胀阶段，BC为吸气阶段，CD为压缩阶段，DA为排气阶段。

由于气缸内余隙中高压气体的存在，使吸入的气体量减少，增加动 力消耗，故余隙不宜过大，一般余隙容积为活塞一次扫过容积的5%左 右，此百分比又称余隙系数。

气体在往复式压缩机的压缩过程既不能是一个完全的等温过程，也不 能是一个完全的绝热过程，是介于等温和绝热之间的一个多变压缩过程， 对于一个多变压缩过程的排出气体的绝对温度和所消耗的外功。

在多变压缩过程中，排气温度随排气压力的增加而呈指数变化，压缩比p2/p1越大， 排气温度就越高；进气温度越高。排气温度越高。

排气温度越高，压缩机气缸的强度越低，越容易受到破 坏，被压缩的气体危险性越大。

所以为了保证压缩机操作的安全性，一 是压缩机进口气体的温度要低，有的甚至要经过冷却器冷却降温后方能 进气，但进气温度要高于被压缩气体的露点温度;二是压缩比要适当。 同时，还要加强气缸壁的冷却和活塞与气缸壁之间的润滑。

在生产过程中，如果所需气体的压缩比很大，把压缩过程用一个气 缸一次完成往往是不可能的，即使理论上是可行的，但实际上也是无法 实现的。

压缩比太高，不仅动力消耗过大，而且温升也过大。温升过 大，气缸内的润滑油会变性，即润滑油发生裂解，使其钻度下降，甚至 有可能发生焦糊现象。

由于润滑油变性，润滑不良，机件受损，严重时 会发生爆炸事故。为了降低压缩机压缩过程中温升过高而对设备强度的 显著影响，往往当压缩比超过8时采用多级压缩，一般正常情况下压缩 比为3~5。

在多级压缩过程中，增加气缸的数目以减少每级压缩比， 进而减少余隙的影响，提高压缩机的容积率。

但多级压缩机本身并没有 解决气体温度过高的问题。虽然在气缸壁上装上水的夹套或散热片，但 远不足以移走气体压缩时所产生的热量。

为了解决这一问题，在级与级间还设置了中间冷却器，这样可以移除压缩所产生的热量。

在中间冷却 器后再安排一个气液分离器或除油器，以除去气体在冷却过程中其中徽 量的可凝气体液化成的液体或在压缩过程中气体中混入的润滑油。

虽然说是微量液体，但若不除去，如果进入下一级压缩机就会对压缩机产生 严重的破坏作用。