往複活塞壓縮機

往複活塞壓縮機是各類壓縮機中發展最早的一種，公元前1500年中國發明的木風箱為往複活塞壓縮機的雛型。18世紀末，英國製成第一台工業用往複活塞空氣壓縮機。20世紀30年代開始出現迷宮壓縮機，隨後又出現各種無油潤滑壓縮機和隔膜壓縮機。50年代出現的對動型結構使大型往複活塞壓縮機的尺寸大為減小，並且實現了單機多用。

分類 往複活塞壓縮機有多種分類方法。

① 按傳動方式分為軸驅動和非軸驅動兩類。軸驅動的往複活塞壓縮機按軸的結構不同又區分為曲軸驅動和非曲軸驅動兩種。在曲軸驅動的一類中，一種是無十字頭的往複活塞壓縮機曲軸轉動時通過連桿直接帶動活塞在氣缸內作往複運動；另一種是有十字頭的往複活塞壓縮機，連桿通過十字頭帶動活塞作往複運動。圖2為非曲軸驅動的往複活塞壓縮機，轉盤的轉動帶動活塞在氣缸內作往複運動。非軸驅動的往複活塞壓縮機通常指自由活塞壓縮機和電磁驅動活塞壓縮機。電磁驅動是由直線電動機的轉子在磁力作用下直接帶動活塞在氣缸內作往複運動，從而實現對氣體的壓縮。

② 按活塞在氣缸內的作用方式分為單作用、雙作用和級差式。

③ 按氣體在氣缸內受到壓縮的方式，分為單級壓縮和多級壓縮。

④ 按氣缸是否用油潤滑，區分為油潤滑和無油潤滑兩種。

⑤ 按氣缸的布置方式區分有立式結構(氣缸垂直布置)和卧式結構（氣缸水平布置）兩種。在卧式結構中，氣缸水平布置在曲軸兩側，相對兩列同時作相向或相背運動的結構稱對動型壓縮機；氣缸雖水平布置在曲軸兩側，但相對兩列作同向運動或非相向運動的結構稱對置型；氣缸中心線之間有某一夾角的稱角度式壓縮機。（見圖）

基本結構和工作原理 在各種往複活塞壓縮機中，最典型、應用最廣的是各種曲軸驅動往複活塞壓縮機。單作用無十字頭的往複活塞空氣壓縮機。旋轉的曲軸通過連桿帶動活塞沿氣缸內壁面作往複直線運動。當活塞向下運動時，包含在活塞端面與氣缸之間的工作容積增大而形成真空，這時經過空氣濾清器的空氣推開吸氣閥而被吸進氣缸。當活塞作反向行程運動時，吸氣閥關閉，封閉在氣缸內的氣體受到壓縮，且隨著容積的減小而壓力不斷提高。當壓縮氣體的壓力達到略高於排氣管內空氣壓力和排氣閥彈簧的阻力時，氣體即推開排氣閥而進入排氣管。用來控制氣體吸入和排出氣缸的部件稱氣閥，它在壓力差和彈簧力的作用下自行啟閉，故稱自動作用閥。最常用的氣閥結構。由於結構上的原因，在排氣終了時氣缸內還有部分空氣殘留，氣缸中容納殘餘空氣的空間稱余隙容積。活塞向下運動初期，余隙容積的空氣在氣缸內膨脹，直到氣缸內的壓力略低於吸氣管內的空氣壓力，吸氣閥開啟，氣缸從吸氣管內吸進新鮮空氣。氣缸內進行的吸氣、壓縮、排氣和膨脹4個過程組成一個循環。如果用氣缸的空氣壓力 p作為縱坐標，用氣缸容積 V作為橫坐標，則氣缸內所進行的循環用氣缸指示圖來描述（圖7）,其中曲線 4-1表示吸氣過程，1-2為壓縮過程，2-3為排氣過程，3-4為膨脹過程。由過程曲線1-2-3-4-1所包圍的面積表示循環指示功，即在一個循環中用於壓縮空氣和克服阻力所需要消耗的動力。

空氣在氣缸內受到壓縮時，空氣和氣缸的溫度不斷提高。為了保持氣缸內潤滑和摩擦件工作的正常，在氣缸外層設有通水或空氣的冷卻設施(水套或散熱片)，以防止空氣壓縮終了時溫度超過允許值。

從大氣吸氣的單級壓縮機的最終壓力：微型壓縮機（排氣量為0.1～1.0米3/分）以0.6～0.8兆帕為宜；小型壓縮機（排氣量為1～10米3/分）以0.5～0.7兆帕為宜；中、大型壓縮機(排氣量在10米3/分以上)以0.2～0.4兆帕為宜。更高的壓力須採用多級壓縮，每級壓力比（排氣壓力與吸氣壓力之比）為2～4。多級壓縮是通過一系列帶級間冷卻的壓縮。在第一級氣缸內壓縮後排出的氣體，通過第一級間冷卻器，冷卻后引入第二級氣缸的吸氣側。在第二級氣缸壓縮後排出的氣體，再通過第二級間冷卻器，冷卻后引入第三級的氣缸的吸氣側，依此類推（圖8）。壓縮后的氣體通過級間冷卻，既能降低排氣溫度，又可節省壓縮功。經過多級壓縮的氣體壓力可以超過100兆帕。排氣壓力超過100兆帕的壓縮機稱為超高壓壓縮機。往複活塞壓縮機

為了保持排氣管中的壓力不變，壓縮機的排氣量應能根據用氣量的變化而自行調節。調節的方法有定時停轉、改變轉速、截斷吸氣管、頂開吸氣閥和連通輔助容積等。

為了防止氣缸內的氣體向外泄漏，活塞上設置金屬的或非金屬的起密封作用的活塞環。採用活塞環時，氣缸內必須用油潤滑，防止過大的摩擦、磨損、泄漏和過高的排氣溫度。在需要不含油的壓縮氣體或氣體不能與油相接觸的場合，採用無油潤滑壓縮機。第一類無油潤滑壓縮機採用耐磨性好的材料活塞環和填料。這種材料具有自潤滑性，在工作時無需用油潤滑。自潤滑材料可取石墨產品、浸漬巴氏合金（見滑動軸承材料）、鋁青銅、銀或人造樹脂等；也可取聚四氟乙烯，填充玻璃纖維、石墨、陶瓷材料、青銅和二硫化鉬等材料，這些都是應用最廣泛的自潤滑材料。第二類無油潤滑壓縮機是利用曲折（迷宮）的原理，在活塞圓周表面上（有時還在活塞圓周表面對應的氣缸表面上）製成一系列串聯的阻流通道，以阻止氣缸內的氣體沿活塞與氣缸間的間隙向外泄漏。這類無油潤滑壓縮機稱為迷宮壓縮機。第三類無油潤滑壓縮機是隔膜壓縮機。

參考書目 活塞式壓縮機設計編寫組編：《活塞式壓縮機設計》，機械工業出版社，北京，1981。

往複式壓縮機活塞桿的失效形式不多

1、斷裂，聽說前段時間上海某化工廠和日本的日立就出現斷裂的情況，由於設計單位隱私就不指明了。這是活塞桿最常見的，也是最危險的失效形式。主要引起原因是柱塞跳動過大。

2、磨損，長時間的柱塞運動，和填料之間的頻繁摩擦，使得填料部位的柱塞桿表面磨損嚴重，造成填料泄漏。

3、疲勞，這個失效形式需做探傷才能看出了，往複運動的交變應力會造成柱塞的應力疲勞。時間長了也會造成斷裂失效。