压缩机文献综述

1 文献综述

空气压缩机按工作原理可分为容积式压缩机，往复式压缩机，离心式压缩机。现在常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机，螺杆式空气压缩机，离心式压缩机以及滑片式空气压缩机，涡旋式空气压缩机。

往复活塞式压缩机是利用活塞在气缸内作往复运动，使容积减小而提高气体压力并输送气体的机械，在石油、化工、机械、采矿、制冷、制药、冶金、建筑、土木、食品和国防等工业部门得到广泛应用[1]。

1.1 活塞压缩机的特点

活塞式压缩机与其他类型的压缩机相比，特点是：1)压力范围最广。活塞式压缩机从低压到超高压都适用。2)效率高。由于工作原理不同，活塞式压缩机比离心式压缩机的效率高得多。而回转式压缩机由于高速气流阻力损失和气体内泄漏等原因，效率亦较低。3)适用性强。活塞式压缩机的排气量可在较广泛的范围内进行选择，特别是在叫小的排气量的情况下，要做成速度型，往往很困难，甚至是不可能的。此外，气体的重度对压缩机性能的影响，亦不如速度型那样显著，所以同一规格的压缩机，将其用于压缩不同介质时，较易改造。

活塞式压缩机的主要缺点是；外形尺寸和重量较大，需要较大的基础，气流有脉动性，以及易损零件较多[2]。

1.2 微型活塞压缩机主要参数

中华人民共和国机械工业部部标准规定了微型往复活塞空气压缩机的基本参数，适用于额定功率不超过15kw的电动机或相当功率的内燃机配套的风冷、单作用一般用微型往复活塞空气压缩机，其公称容积流量(公称排气量)小于2.5m3/min，额定排气压力不超过14bar[14.28kgf/cm2] [3]。

1.21 压缩级数与额定排气压力

标准JB1407-85规定

压缩级数为一级、二级。

驱动电动机额定功率(kW)系列：0.75，1.1，1.5，2.2，3，4，5.5，7.5，11，15。

排气压力(MPa)系列：0.25，0.4，0.7，1.0，1.25，1.4。

1.22 气缸直径

标准JB1407-85所规定的微型空气压缩机气缸直径(mm)系列：20，40，45，50，55，56，60，65，71，75，90，100，115，125，135[4]。

1.23 规定工况

一级吸气压力为1.0bar[1.02kgf/cm2](绝压)，吸气温度为20℃，相对湿度为零，

排气压力为额定排气压力，曲轴转速为额定转速。

1.3 角度式活塞压缩机的结构形式

角度式压缩机气缸中心线间具有一定的夹角，但不等于零或180°。按气缸中心线的位置不同，又分为W型、V型，L型和扇形等。

W型同一曲拐上相邻列的气缸中心线夹角为60°时，其动力平衡性最佳；这种结构也有做成双重W型(六列)的。

V型同一曲拐两列的气缸中心线夹角可以做成90°、75°、60°等；90°时平衡性最佳，但为了结构紧凑起见，做成60°的居多，也可以做成双重V型的。

L型相邻两列的气缸中心线夹角为90°，而且分别作垂直于水平布置。

扇形同一曲拐上相邻列的气缸中心线夹角为45°时，平衡性最佳；这种结构也有做成双重(八列)结构的。

角度式压缩机共同的优点是：

(1)各列的一阶惯性力的合力，可用装在曲轴上的平衡重达到大部分或完全平衡，因此机器可取较高的转数。

(2)气缸彼此错开一定的角度，有利于气阀的安装与布置。因而使气阀的流通面积有可能增加(相对于立式压缩机而言)，中间冷却器和剂间管道可以直接装在机器上，结构紧凑。

(3)角度式压缩机可以将若干列的连杆连接在同一曲拐上，曲轴的拐数可减少，机器的轴向长度可缩短，因此主轴颈能采用滚动轴承[2]。

1.4 压缩机的热力学分析

压缩机的热力计算，是根据气体的压力、容积和温度之间存在一定的关系，结合压缩机的具体特性和使用要求而进行的；其目的是要求得最有利的热力参数(各级的吸排气温度、压力、所耗动力)和适宜的主要结构尺寸(活塞行程、气缸直径等)。

文献[5]建立往复式压缩机的热力学分析的整体模型，对五个主要和四个次要的无量纲物理参数进行分析，得到了容积效率、单位质量功和指示效率的表达式，此模型能够预测往复式空气压缩机在不同操作条件下的性能，讨论了各种损失的相对重要性和不同参数的影响，特别指出了气缸内的残余质量馏分和缸壁到流体的热传递。

1.5 往复压缩机的冷却

压缩机中的冷却系统包括：气缸组件冷却、级间冷却、压缩气体排出压缩机的后冷却，以及润滑油的冷却等。

风冷式冷却系统一般由风扇、中间冷却器(又称中冷器) 及压缩机上的散热装置等组成。

1.51 风扇

风扇是将冷却空气强制性送给中间冷却器和气缸组件的装置，绝大多数采用轴流式风扇。平直叶片由于制造方便，为厂家所广泛采用，但噪声较大。叶片数一般取4~6片，并对称布置。对于微型压缩机，一般用飞轮兼作风扇，因此设计时不仅要使之满足飞轮矩的要求，还要满足冷却所需要的风量。为保证冷却效果，对采用抽气式，即将中间冷却器置于风扇进风侧，先冷却中冷器，后冷却气缸组件，故在其上应标明旋转方向。小、中型压缩机常将冷却风扇由单独的电机经皮带传动驱动，一般将风扇置于中冷器与主机之间。

1.52 风冷式中冷器

微型压缩机常采用由铜管弯制而成的蛇管式中冷器。其结构简单、安装方便，但冷却效果不佳。绝大多数小、中型压缩机采用列管式中冷器。压缩气体在管内流动，由风扇产生的冷却空气则垂直于管束方向掠过。为保证气缸组件冷却良好应设置导流风罩。由于光管散热性差，可在管外缠绕翅片，但必须保证钎焊质量以使翅片与管子间紧密贴合。散热翅片间距不可过密，以避免增加热阻、流动阻力和减小风量。为制造方便，多采用平翅片，取片厚0. 2~0. 3mm，片距2. 8~3. 2mm 为佳。

1.53 气缸组件

主要指气缸及缸盖的冷却。除用来自风扇的冷风冷却外，其本身的结构也应作处理，主要是外加散热片。按铸造工艺要求，散热片的根部较厚，端部较薄。气缸上的散热片有环向和纵向两种方式布置，由于环向布置式冷却均匀，多被采用。靠近缸盖的散热片较长，以加强缸盖的冷却。缸盖上也设有散热片，进风阀室一侧可不设或少设散热片，因进气温度较低[1]。

1.6 润滑方式

气缸润滑方式：一般为全有油润滑，有些用户现在要求在五、六级采用无油润滑，还有少数要求三、四级无油润滑。其技术是缸套采用二硫化钼涂层，支撑环、活塞环低压级采用填充聚四氟乙烯，高压级采用铜基自润滑材料。采用无油润滑后，最大的好处是延长了两填料、两触媒的使用寿命，但从压缩机制造和运行的经济性考虑，制造成本加大、耗功加大、易损件成本增高、停机率升高，只是油耗降低。有油润滑和无油润滑活塞环的寿命，前者是后者的3倍。随着无油润滑技术的发展，气缸无油润滑方式将被广泛采用。

曲轴润滑方式：普遍采用倒润滑方式，即润滑油从中体进入十字头，再由十字头销进入连杆，最后经连杆大头瓦来润滑曲轴，从而有效地保证了曲轴的强度不被破坏。另外，由于各制造厂均已采用加工中心加工曲轴箱，保证了曲轴箱的轴孔同心，并采用薄壁瓦，如不发生断油、油质不合格等现象，曲轴可连续使用10年以上[6]。

1.7 微型活塞压缩机的气阀

气阀是活塞压缩机关键部件之一。由于气阀是在高频的冲击、高压、高温、