往复活塞式压缩机的工作原理

工作机构是压缩机工作的主要部件，主要由气缸、活塞、气阀等构成。气缸呈圆筒形，两端装有若干吸气阀与排气阀，活塞在气缸中做往复运动。当所要求的排气压力较高时，可采用多级压缩的方法，在多级气缸中将气体分两次或多次压缩升压。不论有多少级气缸，在每个气缸内都经历膨胀、吸气、压缩、排气四个过程，其工作原理是完全一样的。现以一个单作用气缸为例来分析说明。

图1是压缩机单作用级气缸的工作原理示意图，设曲轴的曲柄半径为r，活塞从左到右移动的最大距离为2r，称为行程S。若把气缸中心线与曲柄之间的夹角称为曲柄转角α，则α在0°~360°之间变化，活塞从左向右移动一个行程S。活塞又自右向左移动一个行程S，返回原来位置，完成一个循环，走过了两个行程。对活塞每一侧气体而言，完成了一次循环，包括膨胀、吸气、压缩、排气四个过程。

图1 活塞式压缩机工作原理示意图

图1（a）中，曲柄转角α=0°～40°，活塞自外止点（即活塞离曲轴旋转中心最远距离处）开始向右移动。位于活塞左侧（称盖侧）的缸内容积就逐步增大，而右侧（称轴侧）的缸内容积相应缩小。对盖侧容积而言，由于缸内还有前一循环中被压缩而没有排尽的残余气体（即余隙容积内残留气体），这部分气体开始逐步膨胀降压。此时缸内压力高于外部吸气管道内压力（名义吸气压力），吸气阀处于关闭状态而缸内压力又低于排气管道内压力（名义排气压力），因此，排气管道内的高压力使排气阀关闭。也即两阀均在关闭状态，缸内残余气体随活塞的右移而不断膨胀降压，在p-V图上表示为过程cd线，称为膨胀过程。

图1（b），在曲柄转角为40°~180°之间，活塞继续右移，盖侧容积继续增大，活塞缸内压力继续下降，直至略低于吸气管压力时，吸气阀被顶开，新鲜空气不断被吸入气缸，直到活塞到达内止点（活塞离曲轴旋转中心最近位置）时为止，称为吸气过程。此时缸内气体压力略低于吸气管道内压力，吸气阀关闭，在p-V图上表示为过程da线。

图1（c），当曲柄转角在180°~280°之间，活塞自内止点开始向左移动，盖侧容积逐步缩小而轴侧容积却相应增大。对盖侧容积而言，被吸入的新鲜气体就逐步被压缩，缸内气体压力升高，当缸内压力高于吸气压力而又低于排气压力时，吸气阀已关闭，排气阀尚未打开，故缸内气体随活塞左移而不断被压缩升压，这个过程称为压缩过程，在p-V图上表示为过程ab线。

图1（d），当曲柄转角在280°～360°之间，活塞继续左移，盖侧容积继续缩小，当缸内压力继续上升到略高于排气管压力时，排气阀被顶开，于是压缩气体就不断被排出，直到活塞到达外止点为止，称为排气过程，在p-V图上表示为过程bc线。

由上可见，曲轴每旋转一周，活塞做往复运动一次，盖侧与轴侧容积各自完成一个循环。吸气阀只能吸气，排气阀只能排气，不能同时动作。气阀的启闭是依靠缸内外压力差来实现的。但一般吸气或排气管道内的压力是维持恒定的。因此，只有依靠活塞的往复运动改变缸内容积，从而使缸内压力发生变化，才能造成缸内外一定压差，该压差使气阀时开时闭。所以归纳起来，往复活塞式压缩机的简单工作原理是：由于活塞在气缸内的往复运动与气阀相应的开闭动作相配合，使气缸内依次经历膨胀、吸气、压缩、排气四个过程，不断循环，将低压气体升压而不断输出。