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容积式压缩机是目前市场上应用最广泛的压缩机类型。容积式压缩机种类繁多，机型复杂，适用性极广，在民用和工业制造领域的中小流量市场占据80%份额。本书将对容积式压缩机进行深入介绍。
容积式压缩机是依靠缩减容积来提高气体压力的压缩机，或将一定量的连续气流限制在一个封闭的空间里，使压力升高（见图3-1）。
图3-1 容积式压缩机的工作原理
小贴士
这是最直接的气体压缩方式。试想气体在某一空间内，如果减小其存在的空间（容积），气体必然被压缩，气体压力必然升高，从而达到压缩气体的目的。
容积式压缩机依靠工作腔容积的变化来压缩气体，因而它具有容积可周期变化的工作腔。按工作腔和运动部件形状，容积式压缩机可分为往复式压缩机和回转式压缩机（或称旋转式压缩机）两大类。前者的运动部件做往复运动，后者的运动部件做单方向回转（旋转）运动。常见的往复式压缩机有活塞式压缩机、隔膜式压缩机等；常见的回转式压缩机有螺杆式压缩机、滑片式压缩机、涡旋式压缩机等。
1.往复式压缩机
（1）活塞压缩机（俗称活塞机或往复活塞机，图3-2）其压缩元件包括活塞和气缸，通过活塞在气缸内作往复运动，实现气体的压缩。活塞式压缩机应用最广泛。
图3-2 活塞式压缩机
（2）隔膜式压缩机（或称膜片式压缩机）指依靠膜片变形而引起气缸容积改变的压缩机。
隔膜式压缩机（见图3-3）的特殊结构，使得其流量较小，但压缩的气体不与任何润滑剂接触，可保证气体的高度纯洁，适用于压缩少量不允许被润滑剂污染的气体，特别适用于珍贵且纯度高的稀有气体以及极危险气体的压缩、输送。
图3-3 隔膜式压缩机
2.回转式压缩机
（1）螺杆式压缩机分为单螺杆压缩机和双螺杆压缩机。
① 单螺杆压缩机，顾名思义，单螺杆压缩机只有一根螺杆（蜗杆），其螺杆同时与几个星轮啮合，螺杆型面、星轮端面、螺杆两端盖板共同围成若干封闭容积，用于实现气体的压缩。图3-4 为常用于空气压缩的一根螺杆、两个星轮结构的单螺杆压缩机。
图3-4 单螺杆压缩机
② 双螺杆压缩机（见图3-5）是由阴、阳转子构成啮合副，通过螺杆转子齿间容积的变化达到压缩的目的，是回转式压缩机中应用最广泛的一种。
图3-5 双螺杆压缩机
（2）滑片式压缩机（见图3-6），其轴向滑片在同圆柱缸体偏心的转子上作径向滑动，截留于滑片之间的空气随转子转动而不断被挤压，从而实现压缩。
图3-6 滑片式压缩机
（3）涡旋式压缩机（见图3-7），是由一个固定的渐开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘组成的压缩机。
图3-7 涡旋式压缩机
本书侧重于阐述空气压缩机的相关内容，本节将重点介绍应用于空气压缩的容积式压缩机几种常见机型的特点。
1.往复活塞式空气压缩机
这是各类压缩机中发展最早、适用范围最广泛的一类压缩机。几乎在各种用途的压缩机中，总能看到往复活塞式压缩机的身影。几乎所有新型结构的压缩机面世，大多以替代往复活塞式压缩机在某些领域的应用为目的。到目前为止，往复活塞式压缩机在某些领域仍无可替代，如超高压领域。
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“多面手”往复活塞的这种结构不仅体现在压缩机上，内燃机更舍我其谁。不严格地说，活塞式压缩机和内燃机的机械原理都相同，工作流程相反。前者是输入动力推动活塞，输出压缩气体；后者是通过燃料爆燃产生压缩气体推动活塞，输出动力。
（1）往复活塞压缩机的主要优点如下。
① 适应性强，无论流量大小，都能达到所需的压力。一般，单级压缩终了压力可达0.3～1.0MPa，多级压缩终了压力可达300MPa以上。
② 绝热效率较高。中、大型机组绝热效率可达0.7～0.85。
③ 当调节气量时，排气压力几乎不变，排气范围较广，能适应较广阔的压力范围。
④ 在一般的压力范围内，对材料的要求低，加工较容易，造价也较低廉。
⑤ 气体的特性对压缩机的工作性能影响不大，同一台压缩机可以用于不同的气体。
⑥ 驱动机比较简单，大多采用电动机，一般不调速，可维修性强。
⑦ 技术较成熟，在生产和使用方面积累了丰富的经验。
（2）往复活塞压缩机的主要缺点如下。
① 转速不高，若排气量较大，则机器体积较大。
② 部件笨重，结构复杂，易损件较多，日常维修量大。
③ 动力平衡性差，机器运转时伴有振动。
④ 排气不连续，气流不均匀，容易引起管道振动。
⑤ 油润滑的压缩机，气流中带油污。
2.双螺杆空气压缩机
与往复活塞压缩机等其他类型的压缩机相比，双螺杆压缩机较为新颖。它自20世纪三四十年代诞生之日起，就受到工业界的广泛重视，70年代已趋于成熟和完善。经过多年发展，双螺杆式压缩机在流量范围1～60m 3 /min、压力范围≤2.0MPa内得到广泛应用，在工业现场占有率已经接近80%（几乎完全取代往复活塞式空气压缩机）。
（1）双螺杆空气压缩机的主要优点如下。
① 可靠性高，结构简单，运动部件少，使用寿命较长。
② 动力平衡性好，设备可实现无基础平稳高速运转。
③ 适应性强，具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽广的范围内能保持较高的效率。
④ 多相混输，能压缩湿气体及含有液滴的气体。
⑤ 操作维护简单，自动化程度高。
（2）双螺杆空气压缩机的主要缺点如下。
① 造价较高。螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面，需利用特制的刀具，在专用设备上进行加工，专用设备价格昂贵。另外，螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高要求，使得成本相应增加。
② 不能用于高压场合。受转子刚度和轴承寿命等方面的限制，螺杆压缩机只适用于中、低压范围，排气压力一般不超过3.0MPa。
③ 不能制成微型。螺杆压缩机依靠间隙密封气体，目前只有当容积流量大于0.2m 3 /min时，螺杆压缩机才具有优越的性能。
3.单螺杆空气压缩机
单螺杆空气压缩机于20世纪五六十年代发明，从字面意思就可以看出，它的特征通常是只有一根螺杆转子，但它还有两个星轮，也就是 3个轴。单螺杆的结构也有很多种，后文再详解。单螺杆空气压缩机通常需要喷液，以起到密封、冷却气体及润滑啮合副的作用。
（1）单螺杆空气压缩机的主要优点如下。
① 结构合理，具有理想的力平衡性。这一点在所有结构的压缩机中表现尤为突出。
作用于螺槽内的气体，轴向负荷必然抵消，再由于星轮的对称配置，作用于螺杆上的径向力也相互抵消，因此螺杆不受任何轴向和径向的不平衡力。由于其力平衡性好，相对双螺杆压缩机来说，能达到更高的压力。
② 噪声小、振动小。因为单螺杆空气压缩机的力平衡性好，因此振动小，无须基础。星轮材质采用复合材料，再加上压缩腔喷液润滑，又无增速齿轮，因此噪声也小。
③ 单机容量大，无余隙容积。单螺杆空气压缩机工作时，螺杆上的每一个螺槽在一转中均被使用两次，使螺槽空间得以充分利用，因此，相比其他回转式压缩机来说，单螺杆空气压缩机的尺寸可以更小。此外，螺槽的深度向排气端方向变浅，直至排气时为零，因此，理论上不存在余隙容积。
（2）单螺杆空气压缩机的主要缺点如下。
① 运动部件较多。单螺杆空气压缩机有3个旋转轴，而且螺杆和星轮的刚性相差较大，运动中受热膨胀系数不同，易变形不均匀，因而相互啮合精度难以保证。
② 星轮与螺杆组成的啮合副之间的配合间隙和位置精度要求高，现今的加工工艺效率较低，期待发展高速铣削和磨削的加工手段。
4.滑片式空气压缩机
1588年，拉迈尔利首次提出多基元滑片装置的概念，并制成了世界上第一台拉迈尔利泵。滑片压缩机分两类：一类是滑片装在缸体上的槽内，不随转子旋转；另一类是滑片装在转子上的槽内，随转子做旋转运动。我们通常说的旋转滑片（叶片）压缩机就是此类。
（1）滑片式空气压缩机的主要优点如下。
① 结构简单，零部件少，加工与装配容易实现。维修方便、结构紧凑、体积小、质量轻，便于狭窄空间安装。
② 运转平稳、噪声小、振动较小。滑片在起动时逐步伸出，惯性和静摩擦转矩小，因而起动转矩缓慢上升，减少了起动冲击。
③ 压缩机多个基元同时工作，流量均匀，脉动小。
④ 滑片顶部与气缸内表面发生磨损时，滑片能自动伸长进行补偿，从而可延长使用寿命。
（2）滑片式空气压缩机的主要缺点如下。
主要缺点是滑片与转子、气缸之间的机械摩擦比较严重，产生较大的磨损和能量损失，因此使用寿命和效率较低。滑片的寿命取决于材质、加工精度及运行条件，故它仍是影响滑片压缩机运转周期的一个重要因素。
5.涡旋式空气压缩机
涡旋式空气压缩机在20世纪七八十年代开始规模应用，首先是在空调制冷压缩机领域，而后才逐步应用在空气压缩和真空泵领域。
（1）涡旋式空气压缩机的主要优点如下。
① 结构简单、体积小、质量轻。
② 工作腔无磨损，整个机器摩擦损失相对较小，机械效率高。
③ 多个腔室同时工作，排气均匀，转矩均匀，驱动力矩变化幅度小。
④ 进气阻力小，气流噪声小，机械摩擦少，整机噪声很小。
⑤ 理论上涡旋压缩机的容积系数可达到100%，甚至超过100%。
（2）涡旋式空气压缩机的主要缺点如下。
① 对零部件的精度要求较高。
② 受涡旋体尺寸限制，流量大时涡盘直径必须增大。此外，作为主要的不平衡旋转质量，当其增大时，旋转惯性力也相应增大，故要求更大的平衡质量，机器的质量将大为增加。因此，制作大排量涡旋机械比较困难。
③ 受工作腔密封与零部件强度条件的限制，排气压力不宜过高，通常不能超过3.0MPa。