课题二空压机

V1 1
（3）按多变规律压缩
W gy pdV
V2 V1
p1V1n pV n p1V1n V1 p2 n p , ( ) n V2 p1 V W gy
p 2 nn 1 dV 1 1 p1V1n n ( p 2V2 p1V1 ) p1V1 ( ) 1 V2 V n 1 n 1 p1 V1 1
课题二 矿山空气压缩设备
§2—1 概述 现代企业中，使用压缩气体的机愈来愈多，例如： 化工、石油、冶金、轻工、纺织及采矿等，许多工 业中无不广泛使用各种各类的气体压缩机。因此，
气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机械。
压缩空气一直是矿山所采用的原动力之一，用以带动 凿岩机、风镐及其它风动机械进行。由于像凿岩机这类风
按多变规律压缩时：
p 2 nn 1 1 W p1V1 p1V1 ( ) 1 p 2V2 n 1 p1 p 2 nn 1 n p1V1 ( ) 1 n 1 p1
所以，等温压缩的循环功就是等温压缩的压缩功， 压缩终了空气温度T2=T1；
连杆的大头与曲轴一起转动，其小头和十字头一起作往
（4）气缸不漏气，气阀、吸排气管道无阻力； （5）压缩过程为等温过程、绝热过程或多变过程，但压缩 指数保持不变。 在上述假设条件下，空压机的工作循环称为理论工 作循环。它由吸气、压缩和排气三个基本过程组成，只 有压缩过程是热力过程。其工作循环可用示功图表示。 （ 图9—4）示功图的横坐标表示气缸容积V，纵坐标表 示空气压力。
1、吸气过程
2、压缩过程
WX p1 AL p1V1
当活塞返回行程时，吸气呈封闭状态，空压机进入压缩
过程，随着活塞向左移动，气缸的容积不断减小，气体压
力逐渐升高。此时属于热力过程，其压缩规律为等温、绝
热、多变三种情况。
（1）按等温规律压缩
Wy

V1
V2
pdV
p1V1 pV p1V1 p 2 V1 p , V p1 V2 Wy
气阀有两大类： 一类称为强制阀，它的启闭是由专门机构控制，而与气 缸内压力变化无关；这类阀结构复杂，启闭时间固定，不 适于变工况运转，故很少采用。 目前空压机采用随缸内和管路中气体压力变化而自行启 闭的自动阀。 自动阀有许多型式，如环状阀、网状阀、舌簧阀、蝶阀 和直流阀。L型空压机的排气阀和吸气阀均为单层环状阀。
阀片本身具有弹性，并起弹簧作用，故两者合二为一）。
（4）升程限制器
升程限制器是限制阀片的升程，并作为承座弹簧的零件。
3、活塞部件
L型空压机的活塞组件由活塞杆、活塞、活塞环及防
松螺母等组成。
（1）活塞
L型空压机为盘状带锥活塞，盘状部分与气缸配合。
活塞用灰铸铁成空心以减轻重量，两个端面用加强筋
互相连接，以增加刚性。
（二）一级活塞式空压机的实际工作循环
1、实际工作循环图(图9—5)
实际工作循环的工作过程：吸气、压缩、排气、膨胀等
四个过程。
2、影响实际工作循环的因素
（1）余隙容积的影响
（2）吸、排气阻力的影响
（3）压缩过程中压缩规律变化的影响
（4）其它因素的影响
三、活塞式空压机的两级压缩
（一）采用两级压缩的原因 1、压缩比受余隙容积的限制 ε ↑ 令：
部分的旋转质量。
曲轴的外伸端有锥度，可以方便地拆装皮带轮。
在曲轴后端接有传动齿轮油泵的小轴，并经过小轴上的
蜗轮蜗杆机构传动柱塞油泵。
曲轴上钻有油孔，以使齿轮油泵排出的润滑油通过曲 轴瓦，十字头销瓦等摩擦面进行润滑。 两个或三个双列径向调心滚柱轴承紧配合于曲轴的两 侧，一端轴承盖与轴承间留有1.5～2.5的热膨胀间隙。
3、吸、排气温度 空压机吸入气体与排出气体的温度。用T1 、T2表示，单 位K°。 4、比功率（Nb） 当吸入的空气为标准状态时，其轴功率与排气量之比称 为空压机的比功率。单位Kw/m3/min。
二、一级活塞式空压机的工作循环
（一）一级活塞式空压机的理论工作循环
几点假设： （1）无余隙容积； （2）在整个吸气过程，气缸内空气的状态保持不变并与周 围大气状态相同； （3）在整个排气过程，气缸内空气的状态保持不变并与风 包中的空气状态相同；

V1
V2
V1 p2 dV p1V1 p1V1 ln 2.303 p1V1 lg V V2 p1
（2）按绝热规律压缩
W jy pdV
V2 V1
p1V1K pV K p1V1K V1 p p , ( 2 )K p1 V K V2 p 2 KK1 dV 1 1 W jy p1V1K K ( p 2V2 p1V1 ) p1V1 ( ) 1 V2 V K 1 K 1 p1
环的端面有不平度，这些也是造成泄漏的因素。
所以，活塞环常常不是一道，而是两道或更多道同时使
用，使气体每通过一道环便产生一次节流作用，进一步达
到减少泄漏的目的。
由此可见，活塞环的开口形式有搭接开口、直开口和斜开口三种，
搭接开口的环工作时漏气少，性能较好，但制造工艺复杂，
3、排气过程
4、理论循环功
W p p 2V2
W W X W y W p
按等温规律压缩时：
p2 p2 W p1V1 p1V1 ln p 2V2 p1V1 ln p1 p1
按绝热规律压缩时：
p 2 KK1 1 W p1V1 p1V1 ( ) 1 p 2V2 K 1 p1 p 2 KK1 K p1V1 ( ) 1 K 1 p1
2、压缩比受气缸润滑油温的
限制 （1）限制油温的原因 （2）单级压缩的极限压缩比
T2
p2 T1 ( ) p1
n 1 n
T2 n 1 得： ( ) T1
取吸气温度：T1=273+20=293K 极限排气温度： T2=273+190=463K n=K=1.4
n
因此，大型空压机的压缩比，一般限制在5左右， 当需要压力较高时，一般采用两级或多级压缩。
V 1 ( 1) 0 则当： 0.06 时
1 m
（ V0 / VT V —余隙容积，V —理论工作容积。）， 0 T m=1时，可得最小的理论极限压缩比
( 1) 17.67
m
1
（其中一般α=0.07～0.15，m—多变膨胀指数，1<m<1.4)
（2）活塞环
活塞环是密封气缸内缸内壁与活塞间隙的组件，同时
兼有布油和导热的作用。
对活塞环的基本要求是：密封可靠并耐磨。
活塞环镶嵌于活塞的环槽内。环的外缘紧贴气缸镜面，
背向高压气体一侧的端面紧压在环槽上，由此阻塞间隙密
封气体；
但是，常用的活塞环都采用金属开口环的结构，因此，
气体能通过切口泄漏。
此外，气缸和活塞环都可能有不圆度，不柱度，环槽和
3、连杆部件
连杆由大头，小头和杆体组成。
大头分为开式，嵌有巴氏合金瓦，大头的盖子用连杆螺
栓与曲柄组装在一起，大头的轴瓦间隙可以用垫片调节。
小头为整体式，在小头内镶有整圆的铜套，穿入十字销 与十字头相连。 杆体截面有圆形、环形、矩形、工字形等，其材料通常 为球墨铸铁，杆体内有贯穿大小头的油孔，该孔把润滑油 输送到十字头，使曲柄销和连杆，连杆和十字头销之间的 相对运动部分得到润滑。
成本高；直开口的环漏气较严重，使用性能差，但制造方
便成本低；斜切口介于两者之间，即能保证较好的使用性
能，制造又简单，开口斜角一般为38°～45°。L型空压
机采用斜开口密封环。
活塞环的材料通常用灰铸铁。有时在铸铁环上嵌青铜，
轴承合金，或填充聚四氟乙烯，防止气缸拉毛并延长环的
使用寿命。
二、传动机构 1、机身 机身用铸铁制成，它的作用是： （1）作为气缸的承座； （2）承受并传递作用力；
它主要由压缩机构、传动机构、润滑机构、冷却机构、
排气量调整机构和安全保护装置等六部分组成。
型号意义：
一、压缩机构
1、气缸部件
气缸是空压机中组成压缩容积的主要部分，根据排
气压力、排气量、结构方案、气体性质以及所用材料，
气缸的结构有各种型式。
L型空压机的气缸为开式铸铁气缸，水冷双层壁结构。
2、气阀部件
所有型式的自动阀主要由四部分组成： （1）阀座 它具有能被阀片覆盖的气体信道，是与阀片一起闭锁进气 （或排气）信道，并承受气缸内外压力差的零件。 （2）启闭组件 它是交替地开启与关闭座道的零件，通常制成片状者称为 阀片。
（3）弹簧
弹簧是关闭时推动阀片落向阀座，开启时抑制阀片撞击
升程器的组件。（对于条状阀，舌簧阀和直流阀等结构，
在空压机运行中，气阀为主要易损件，处于较为苛刻工
况，每分钟启闭1000次左右。一台转数为400r/min（4L—
20/8型）的空压机，气阀每年启闭21000万次以上。气阀
将承受拉伸、压缩、冲击、扭曲、弯曲、磨损、高温变化
的潜在破坏。因此，气阀能否正常工作，直接影响空压机
的排气量，功率消耗以及运转的可靠性。
绝热压缩过程的循环功等于绝热压缩过程功的K倍，
压缩终了空气温度；
p 2V2 p2 T2 T1 T1 ( ) p1V1 p1
K 1 K
多变压缩循环功等于多变压缩过程功的n倍，压缩终了温度。
因此
p2 T2 T1 ( ) p1
n 1 n
W等温 W多变 W绝热
T jr Tdb Tdw
常见的活塞式压缩机有以下几种：
1、按气缸中心线的相对位置分 可分为立式、卧式、
角式（可分为V型、L型、W型）三种。
2、按压缩级数分 可分为单级、双级、多级三种。
3、按活塞往复一次作用次数分 可分为单作用、双作用。 4、按冷却方式分 可分为水冷式、风冷式。