空气压缩机的优化与维护

空气压缩机是气压传动系统的动力源。它是将机械能转换为气体压力能的装置（简称空压机，俗称气泵）。空气压缩机是气压传动系统中的核心装置。它的种类很多，一般按工作原理不同，可分为容积式和速度式两大类型。容积式压缩机是通过运动部件的位移，周期性地改变密封工作容积的大小来改变气体压力；工作容积变小时，气体压力提高。容积式压缩机有活塞式、膜片式、叶片式及螺杆式等类型；速度式压缩机是通过改变气体的速度来提高气体的动能，然后将动能转化为压力能来提高气体压力的，它主要有离心式、轴流式和混流式等类型。在气压传动中一般最常使用的机型为活塞式压缩机、螺杆式压缩机，在现代工厂中使用较多的是螺杆式压缩机；因活塞式压缩机效率低、故障率高、能耗高、噪声大，并且其使用的润滑油对环境的污染较大等原因，在现代工厂中已逐步被淘汰。

（1）空气压缩机的工作原理

空气压缩机的种类很多，这里以活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机为例来介绍空气压缩机的工作原理。

1）活塞式空气压缩机的工作原理

常用的活塞式空气压缩机有卧式和立式两种结构形式。卧式空气压缩机的工作原理如图10.2 所示。曲柄8 作回转运动，通过连杆7 和活塞杆4，带动气缸活塞3 作往复直线运动。当气缸活塞3 向右运动时，气缸容积增大而形成局部真空，吸气阀9 打开，空气在大气压的作用下由吸气阀9 进入气缸腔内，此过程称为吸气过程；当气缸活塞3 向左运动时，吸气阀9 自动关闭，随着活塞向左移，缸内空气受到压缩而使压力升高，在压力达到足够高时，排气阀1 的排气口即被打开，压缩空气进入排气管内，此过程为排气过程。如图10.2 所示为单缸活塞式空气压缩机，大多数空气压缩机是多活塞式的组合。

图10.2　活塞式空气压缩机的工作原理图

1—排气阀；2—气缸；3—气缸活塞；4—活塞杆；5，6—十字头和滑道；7—连杆；8—曲柄；9—吸气阀；10—弹簧

2）螺杆式空气压缩机的工作原理

螺杆式空气压缩机的核心部件是主机部分（由转子、齿轮、齿轮轴及轴承等组成）。螺杆式空气压缩机有单螺杆式和双螺杆式两种结构形式。常用的是双螺杆式空气压缩机。双螺杆式空气压缩机的螺杆腔内有一对旋向相反的螺杆转子，如图10.3 所示。其中，齿面凸起的为阳转子，齿面凹陷的为阴转子。随着一对相互啮合的齿轮不断旋转，带动这一对转子在螺杆腔内不断旋转；随着转子不断旋转，因转子齿的侵入或脱离而周期性地改变每对齿槽间的容积，从而达到吸气、压缩、排气的目的。

图10.3　螺杆式空气压缩机的主机

1—转子；2—传动轴；3—齿轮

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图10.4　螺杆式空气压缩机的工作原理

螺杆式空气压缩机的工作原理如图10.4 所示。其工作过程可分为吸气、压缩和排气3 个过程。在压缩机机体的两端，分别开设一定形状和大小的孔口，其中一个供吸气用，称为吸气口；另一个供排气用，称为排气口。

①吸气过程

随着阴阳转子不断旋转，当阳转子的一个齿连续地脱离阴转子的齿槽时，两齿间的容积不断增大，并和吸气口相通，当容积中气体的绝对压力低于大气压时，空气经吸气口进入齿间容积，此过程称为吸气；直到齿间容积达到最大时，齿间容积与吸气口断开，吸气过程结束；此时，在齿和内壳体共同作用下，对齿间容积形成密封。

②压缩过程

随着螺杆转子继续旋转，在阴阳转子齿间容积连通之前，阳转子齿间容积中的气体由于阴转子齿的侵入而受到压缩；经某一转角后，阴阳转子齿间容积连通，形成V 字形的齿间容积对（基元容积）；随着两转子齿的互相挤入，基元容积对逐渐推移，容积也逐渐缩小，实现气体的压缩过程；压缩过程直到基元容积与排气口连通为止。

③排气过程

由于转子旋转，基元容积不断缩小，当基元容积与排气口连通时，压缩后的空气经排气口排出，直至容积缩小到最小时为止，此过程称为排气过程。

随着转子的连续旋转，上述的吸气、压缩及排气过程循环进行，各基元容积依次工作，构成螺杆式空气压缩机的工作循环。

（2）空气压缩机的选用

在实际应用中，应根据气压传动系统的使用环境、用途及工厂对气压传动系统的要求等合理选择空气压缩机的品牌、规格、型号。在选择空气压缩机的规格和型号时，主要的选择依据是压缩空气的工作压力和流量两个参数。

在选择空气压缩机压力参数时，其额定压力应等于或略高于所需要的工作压力。一般气压传动系统需要的工作压力为0.5~0.8 MPa，因此，选用额定压力为0.7~1 MPa 的低压空气压缩机；此外，还有中压空气压缩机（1.0~10 MPa）、高压空气压缩机（10~100 MPa）和超高压空气压缩机（ >100 MPa）。

在选择空气压缩机的流量参数时，其流量应以气动设备最大耗气量为基础，并考虑管路、阀门泄漏，以及各种气动设备是否同时连续用气等因素。一般空气压缩机按流量可分为微型（ <1 m3/min）、小型（1~10 m3/min）、中型（10~100 m3/min）、大型（ >100 m3/min）等类型。