空气压缩机工作原理图解,三缸四级压缩机的工作原理和常见问题分析

首先在这里明确一下，我分析的对象主要是我工作中碰到的压缩机种类，主要有恒达和英格索兰压缩机二种活塞式机型，虽然本文只分析了20-40MPa的压缩机，但是活塞式压缩机在功能和原理上大都是相同，只是高压压缩机在泄荷部分比较复杂，低压压缩机要么不带泄压部分，要么需要我们单独配置卸荷回路，怎么配置也非常简单我会在文中讲到，所以本文内容跟对压缩机设计者、维修者和使用者有非常大的作用，一定要看到最后，你会发现平时遇到的问题在文中基本上都能够找到解决办法；

压缩机分为多种，本文主要分析活塞式三缸四级压缩机，如果需要了解压缩机的种类和实用情况，这个可以度娘一下，不是本文分析重点；

在我的工作中压缩机主要有二种功能：

第一种功能：压缩机作为制冷系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动曲轴上的活塞对制冷剂进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝(放热)→膨胀→蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环，常见的就是汽车上的空调压缩机。

讲一个题外事，在我平时的工作中会碰到用二氧化碳作为制冷剂的客户，如果使用二氧化碳作为制冷系统的冷媒，它运行压力都将高于传统的制冷空调系统，一般压力将会达到15MPa-19MPa，所在在选择压缩机时选了一台25mpa的作为客户设备的压力来源，当机器在调试的时候，整个系统泄压的声音就像炸弹爆炸一样，后期安装了消音器，声音处于能忍受的程度，腿也没在抖了，所以在碰到高压设备时一定要做好安全防护，在设计过程中各种需要放气泄压的阀门尽量固定在机架上；

第二种功能：将低压气体升为高压气体，并将高压气体储存起来，用于检测工件在额定工作压力下是否发生泄漏，还有就是存储高压气体相同气体量下占地；

一级增压原理动图

单缸压缩机工作原理就是下面二部分：

压缩过程：活塞从下止点向上运动，吸、排气阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。

排气过程：活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开启，气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。

本图是24.5MPa英格索兰氦气专用压缩机

在实际工作中一般都是一个缸实现一级增压，但是涉及到高压压缩机，需要增加压缩机级数才能够达到所需要的压力，在使用过程我们会发现一种W型结构的压缩机，如上面图所示，它的中间缸集成了二级，可以实现一缸增压二次的作用，这样大大缩小的压缩机的体积，也减少了制造成本。因为每一次活塞对气体的压缩后排出的气体都是高温高压的，为了增大压缩气体的效率，所以每一级增压后的气体都必须进入散热管通过压缩机自带的风扇散热后进入下一级空气压缩机工作原理图解，所以在在设计过程中不仅需要考虑压缩机的位置还要考虑压缩机的散热通风性。

本图中电机驱动曲轴和风扇

活塞式压缩机的前一级的排气压力是后一级的吸入压力，并且每一级都是按照固定的压缩比进行升压的，所以入口压力为负压的话，可能打出来的压力比额定的压力小，如果入口压力大可能打出来的压力比额定压力大，但是如果有其中一级超过弹簧式安全阀的额定工作压力，那么就安全阀就会自动排气已达到输出压力的正常；

图中铜材质就是安全阀（古铜色）

首先需要知道压缩机为什么要卸荷？如果压缩机不在常压情况而是带压启动，电机的启动负载很大，对电机的寿命有很大的影响，所以泄压对每一台活塞式压缩机都是必要的；

常见的低压压缩机（低于10MPa）泄压回路都是自己配置，因为低压压缩机的级数一般都是二个或者三个，直接用一个能够承受压缩机输出压力的电磁阀连接气源入口和出口的单向阀后端位置的螺纹就可以简单实现压缩机的卸荷了，工作原理大致就是压缩机工作的时候电磁阀关闭，压缩机不工作的时候电磁阀打开，把出口和入口连接起来实现卸荷，到底是配常闭电磁阀还是常开电磁阀取决于压缩机的工作时间长短、预算（常开要贵点），而更高压力（20MPa以上）也可以配电磁阀，但是会出现一个问题就是压缩机输出压力非常高且压缩级数也较多（一般为四级），如果配置电磁阀就需要配置很多个高压电磁阀（这种阀门很贵一个就要2K以上，像下图中的排污电磁阀需要5K才能买的到），所以压缩机厂家为了解决卸荷问题，每个厂家采用的卸荷方式不尽相同，其中英格索兰的是通过一个卸荷阀加上二个排污电磁阀完成卸荷功能，恒达的压缩机却是通过二个卸荷阀加上一个电磁阀实现卸荷功能；

图中是二位二通排污电磁阀

图为排污电磁阀图形符号

二者使用的排污电磁阀在功能上都是相同，都是二位三通，一通大气，一通机械式卸荷阀，只是电磁阀的结构不一样，像英格索兰的就是通过把通路集成在内部用活塞控制三通来实现，看这个电磁阀就像是普通的常闭电磁阀，看起更美观，出问题概率更少，而恒达的则是通过把活塞杆打成通孔实现三通的功能空气压缩机工作原理图解，因为管道多了漏点位置也就多了，出毛病的概率也就更多了；

图为曲轴箱活塞

当曲轴箱的气体压力过大时中间的顶针就会被顶开以实现曲轴箱卸荷，类似于一个单向阀的作用。（曲轴箱出口与二级排气出口相连接作为排污电磁阀的入口气源）

图为恒达机械式卸荷阀

图为英格索兰机械式卸荷阀

高压部分最难看懂也是泄压的这部分，压缩机打不上压力也是因为这部分出问题导致的。

从上面英格索兰的排污电磁阀（二位三通）可以知道在压缩机不工作的情况，电磁阀一头连的是活塞排气出口，另外一头与大气相连，以达到排气泄压的作用，压缩机工作时电磁阀在另外一位上会导致活塞排气出口与机械式卸荷阀的一个孔相联通，如下图，这股气会推动活塞密封住带二个小孔的凸台面（这股气是二级排气口通过排污电磁阀而来），以达到低压密封住高压，那为什么低压可以密封住高压呢？因为低压端的面积比高压端大得多，而且高压端都是自带卸荷口，初始压力为常压或负压，因此可以以此抵消二级压力差，而活塞中间有密封圈（O型圈）可以实现级与级之间不会串气；

图为机械式卸荷原理图

卸荷阀活塞图片

图为卸荷阀内部图

图中大孔为卸荷口一般与大气相连，小孔为二级的排污口和一级卸荷口，另外一边还有一个孔为二级排污气源用来顶住三级四级活塞，防止三四级气源泄露打不上压力，用来推动活塞的压力来源都是使用的是二级气源压力，三四级活塞为什么连在一起因为三级有一个单向阀在起作用，防止四级气源进入三级；

常见问题：

从上面的一大堆原理分析我们就知道一般是带有密封的位置最容易出现问题，第一个就是活塞与铝块有径向位移也就是二块铝块的同轴度无法保证的话会导致活塞面被滑伤，导致气从卸荷阀端面漏出，还有就是活塞上的密封圈密封不严导致的低级输出压力不够，最终达不到额定压力；

解决办法：理论上卸荷阀每一级配一个电磁阀，但是对于高压来说，需要配多个高压电磁阀会产生很大的成本，但是这确是可行的办法，所以针对密封圈泄漏的问题我们可以增加电磁阀来控制端面密封更加紧，以达到不漏气的状态；

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