7.1.3.1 活塞式空气压缩机
1.工作原理
如图7-3所示，当活塞从上止点向下止点移动时，气缸上部容积增大，气缸内空气变稀，压力降低［图7-3（a）］，在气缸内外压力差作用下，进气阀被打开，排气阀关闭，空气被吸入气缸内；当活塞行至下止点时，吸气过程结束。当活塞从下止点向上止点移动［图7-3（b）］，进气阀关闭，此时气缸容积逐渐变小，空气被压缩，压力上升；当气缸内气压升到能克服气门背压和弹簧力之和时，排气阀被打开，排出压缩空气；活塞行至上止点时，完成了压缩和排气两个过程。由此可见，活塞往复两个行程即完成吸气、压缩、排气三个过程。这三个过程构成空压机的一个工作循环。活塞式空压机就是按此循环周而复始地工作。
图7-3 活塞式空气压缩机工作原理简图
（a）吸气过程；（b）压缩和排气过程
1—进气阀；2—排气阀；3—活塞；4—气缸
2.构造特点
活塞式空气压缩机主要由曲轴连杆机构、配气机构、冷却及润滑系统、贮气罐、气压调节机构以及原动机（内燃机或电动机）等组成，如图7-4所示。移动式空气压缩机还有行走装置。
图7-4 活塞式空气压缩机构造（单位：mm）
1—机身组件；2—曲轴组件；3—连杆组件；4—十字头组件；5—一级气缸组；6—填料；7—减载阀；8—一级活塞组；9—一级进气门；10—一级排气门；11—中间冷却器；12—二级气缸组；13—二级活塞组；14—二级进气门；15—二级排气门；16—润滑油泵
（1）曲轴连杆机构。其构造和内燃机的曲轴连杆机构基本相同。主要由气缸体、气缸盖、曲轴、连杆、活塞等组成。活塞在气缸内作往复运动。使空气在气缸内被交替地完成吸入、压缩、排出等过程。
（2）配气机构。配气机构由进、排气阀组成，其功能是使气缸内气体及时被吸入和排出，如工作原理中所述及图7-3所示。但这种配气方式属于单级压缩。其压力较低，一般不超过0.5MPa。为了提高压缩空气压力，作为动力用的空气压缩机一般采用两级压缩。能将空气压力提高到0.9MPa。两级压缩有在两个气缸或同一气缸内进行的2种方式，图7-5（a）所示是2个气缸内进行压气的两级压缩示意。空气首先被吸入第一个气缸（这个气缸容积较大）进行一级压缩，然后再进入第二个气缸进行二级压缩，如图7-5（b）所示。压气在进入第二个气缸之前经过冷却器冷却降温。
图7-5 空气压缩机二级压缩过程示意图
1—第一缸（低压缸）；2—第二缸（高压缸）；3—冷却器；4—贮气罐
（3）冷却系统有风冷和水冷2种形式，其构成及作用和内燃机基本相同。但在两级空气压缩的低压缸和高压缸之间，装有一个中间冷却器，它是在一个封闭的容器内装有很多根铜管，管外为冷却水，使压缩空气在管内通过时能很快地降温。
（4）润滑系统一般采用压力式，其构成及作用和内燃机润滑系统基本相同。但小型空气压缩机多采用飞溅式，它是由固定在曲轴上的主动齿轮带动浸在润滑油中的被动齿轮旋转，使润滑油甩入曲轴室的油槽内。还通过连杆盖上的油匙冲击油槽内润滑油并飞溅到活塞和气缸壁上润滑，然后流回油底壳。
（5）贮气罐。它是用来均衡排气量、并贮存一部分压缩空气之用。它的容量和空气压缩机的生产量和消耗平稳性有关。移动式空气压缩机的贮气罐小于固定式的。贮气罐上装有安全阀、放气阀、压力表以及进、排气管等。
（6）气压调节机构。它是用来自动调节贮气罐内压力的装置。如图7-6所示。贮气罐内的压力在正常情况下小于气压调整器上的弹簧压力，所以压气不能通过。但当压气超过额定压力时，即克服了气压调节器上的弹簧压力，经管路A和B、球形气门和三向开关而进入气阀控制器，使气阀控制器内的柱塞受压而下移，推开进气阀，使空气压缩机空转。此时部分压气由管路C进入调速装置，推动调速杆使柴油机进油量减少而降速。当贮气罐压力降低时，气压调整器自动切断压气的通路，使气阀控制器恢复原状，阀门也随之关闭，空气压缩机即可恢复压气工作。柴油机也因调速杆的复位而恢复正常运转。如此反复自动调节，使贮气罐内保持一定的气压。
图7-6 空气压缩机气压自动调节机构示意图
1—气阀控制器；2—气压调整器；3—调速装置；4—三向开关；5—球形气门；6—过滤器；7—压力表；8—贮气罐；A、B、C—管路
上述构造，一般属于大型固定式电动空气压缩机，适用于压缩空气供应站。而建筑施工中常用的是中、小型移动式空气压缩机，由柴油机驱动，转移灵活，使用方便，其压缩机的结构和上述固定式相似，安装在轮胎式拖车车架上，拖车车架分型钢和钢管结构2种，型钢车架的贮气罐装在拖车后端，而钢管结构的贮气罐即为钢管容腔。图7-7是建筑施工中常用的YW9／7—1型移动式空气压缩机结构图。
图7-7 YW9／7—1型移动式空气压缩机结构图（单位：mm）
1—水箱；2—防护罩；3—柴油机；4—空气压缩机；5—空气过滤器；6—油阀；7—柴油箱；8—中间冷却器；9—减载阀；10—机架；11—牵引杆(www.xing528.com)
7.1.3.2 螺杆式空气压缩机
1.工作原理
螺杆式空气压缩机主要由一个内腔为扁圆形的缸体和一对螺杆式转子组成。通过螺杆相对旋转，产生吸气、压缩、排气3个工作循环，如图7-8所示。
图7-8 螺杆式空气压缩机工作原理示意图
（1）吸气过程。当螺杆由原动机带动旋转时，主、从动螺杆吸气端的齿由相互啮合到逐渐脱离，齿间间隙逐渐增大，并和机身吸气口相通，外界空气被吸入。随着螺杆转动，螺杆齿沟和气缸壁间形成一个闭合空间而完成吸气过程。
（2）压缩过程。由于主、从动螺杆的啮合旋转，螺杆齿沟和气缸壁间所形成的闭合空间逐渐缩小并继续向前转动，则完成空气的压缩过程。
（3）排气过程。主、从动螺杆继续旋转，使闭合空间进一步缩小。当气体压缩到额定压缩比时，从排气口排出，从而完成排气过程。
2.构造特点
螺杆式空气压缩机的构造特点是其没有活塞式空气压缩机的曲轴、连杆和活塞等机构。而靠一对在扁圆形缸体精确啮合的螺杆旋转所产生的齿间容积变化来实现空气的吸入和压缩，空气沿轴向移动，从排气口排入油箱和油分离器，从而以较纯净的压缩空气排出。主动螺杆上有4条螺纹齿。从动螺杆上有6条螺旋槽。它们平行安装在气缸内，齿和槽相互啮合。动力由传动齿轮和驱动小齿轮驱动主动螺杆并由其带动从动螺杆旋转。两者的旋转速比为1.5∶1。在气缸两端的上下对角处分别开有吸气口和排气口。整个内腔由两螺杆啮合成的接触线分隔成低压区（吸气）和高压区（排气）。气缸体内的一对螺杆支承在高精度滚珠和滚柱轴承上，螺杆和气缸内镜面间有极小的间隙（约0.05～0.1mm），气缸内压缩区内有若干小孔喷出润滑油，以润滑气缸和螺杆，减少磨损。图7-9所示为螺杆式空气压缩机的构造。
图7-9 螺杆式空气压缩机的构造
1—联轴器；2、12—密封圈；3—机身；4—从动端盖；5—主动端盖；6—从动螺杆；7—主动螺杆；8、9—轴承；10—O形密封圈；11—风扇轴；13—风扇弹性接头
7.1.3.3 滑片式空气压缩机
1.工作原理
滑片式空气压缩机的压气机构主要由气缸、转子和装在转子槽中的若干径向滑片组成。它有单级和双级之分。在单级中，空气可压缩到0.2～0.3MPa；在双级中，第二级空气压力可达到0.7～0.9MPa。
如图7-10所示，转子偏心地安装在气缸内，两者构成一个月牙形空间。在转子上径向地装有若干滑片，它们依靠转子旋转时产生的离心力紧贴在气缸内壁。从而将月牙形空间分隔成若干扇形基本容积。在转子每旋转一周时，各个基本容积都要经过由最小值逐渐变大到最大值，然后再逐渐变小回到最小值的过程。随着转子的不停旋转，各个基本容积都如此循环变化。完成了吸气、压缩和排气3个过程，构成了空气压缩机的一个工作循环。如图7-10所示，A—B为吸气口，C—D为排气口；右边转子为一级压缩，左边转子为二级压缩。
图7-10 双级滑片式空气压缩机工作原理示意图
1—转子；2—气缸；3—滑片
2.结构特点
滑片式空气压缩机为回转型容积式压缩机之一，和活塞式压缩机相比，滑片式压缩机具有结构简单、易损件少、操作方便、运转可靠等特点；和螺杆式压缩机相比，滑片式压缩机具有加工工艺简单，噪声小的特点。但滑片式压缩机国内产量极少，限制了使用范围。
滑片式空气压缩机主要由一、二级气缸，一、二级滑片，一、二级转子，齿轮联轴器及主油泵、副油泵等组成，如图7-11所示。
图7-11 滑片式空气压缩机构造（单位：mm）
1—油冷却器；2—风扇；3—油过滤器；4—减载阀；5—空气过滤器；6—仪表盘；7—贮气罐；8—安全阀；9—最小压力阀；10—自动卸载阀；11—副油泵；12—主油泵；13—排气逆止阀；14—粗滤器；15—压缩机；16—压力调节器；17—联轴器；18—底座；19—电动机
空气压缩机由电动机驱动，一级转子通过齿轮联轴器带动二级转子。二级气缸通过后支座连接盘和一级气缸连接。一级转子对一级气缸中心的偏心和二级转子对二级气缸内径的偏心方向相反。一、二级气缸和一、二级转子的径向尺寸完全相同。转子上均加工有8条精密滑片槽，槽中装有用酚醛棉布层压制成的滑片。各转子由两个单列向心轴承支承，主油泵由二级转子直接带动，副油泵和主油泵同轴。当压缩机旋转后，由于惯性离心力作用，滑片从转子滑片槽中向外抛出，紧贴于气缸内表面，各滑片间形成单独空间。旋转中使容积逐渐减少而将空气压缩，压缩过程中通过喷嘴向气缸内不断喷射润滑油，以润滑缸壁，被压缩空气从一级气缸排出后进入二级气缸，再经压缩至额定压力后进入贮气罐。
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