下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
压缩机是一种用来提高气体的压力和输送气体的机械。其应用广泛，是“通用机械”之一。根据压缩介质的不同，压缩机可以分为不同的种类，其中空气压缩机（Air Cmpressor）是其中非常重要的一类。
人们通常将空气压缩机简称为“空压机”。此外，部分地域或是某一小类的空气压缩机存在“压气机”“气压机”“气泵”等俗称。
空气压缩机，一般特指压缩介质为空气的压缩机。而当压缩介质为其他气体时，统称为气体压缩机。为了更好地区分，一般在压缩机前冠上该压缩介质的名称，例如，压缩介质为二氧化碳的气体压缩机，称为二氧化碳压缩机；压缩介质为氧气的压缩机，称为氧气压缩机，关于压缩机的命名，留待后文详解。
我国古代劳动人民在冶炼生产中发明了橐龠（tuó yuè），这是一种鼓风助火工具，是风匣/风箱的前身。从专业术语角度而言，风箱是一种空气泵。
我国古代典籍论及风箱者甚众。元代后期，陈椿著的《熬波图》中绘有铸铁冶炼用回拉杆双阀门风箱。到了明代，宋应星著的《天工开物》中出现了更多的风箱绘图。这时的风箱已经具备了气缸、活塞、气阀等结构（见图1-1）。
公元1640年，在德国制成的（机械式）真空泵，是现代空气压缩机的鼻祖。
大约公元1800年，一台单级（往复活塞式）空气压缩机在英国制成，其压力约为1.38MPa。伴随着工业化的不断深入，空气压缩机行业得到了长足的发展。
我国在1952年由沈阳空气压缩机厂研制成功第一台国产动力用空气压缩机。
图1-1 风箱的结构
压缩机的功能一言以蔽之，即提高气体压力、输送气体。
小贴士
压缩（Compress），顾名思义，指对某一事物施加某种影响，以减小其体积、容量、范围等。例如，压缩饼干、压缩软件等。
压缩机，一般特指压缩气体的一类机械。
压缩机应用广泛，遍布于各个领域。根据国家发改委发布的《“十一五”十大重点节能工程实施意见》，压缩空气系统耗电量占全国总用电量约9%，风机系统耗电量占全国总用电量约10%，空调系统耗电量占全国总用电量约6%，而这些系统的核心设备就是压缩机。这足以说明压缩机应用之广泛，同时也说明了压缩机在国民经济中的重要地位。
气体压缩就是提升气体的压强（在工程实践中，一般习惯将气体的“压强”称为“压力”）。
关于气体的压强，在物理学中，有明确的定义和描述：（气体）压强是指大量分子对容器壁持续不断的碰撞产生的压力。所以，（气体）压强的大小表示为：
气体分子运动理论的分析结果表明，压强与单位体积内分子数量（密度）和分子平均动能的乘积成正比。用公式表示为：
式中： n —单位体积内的分子数量（密度）；
—分子平均动能。
显然，如果将气体的密度提高或者动能提高，都可以提高气体的压强。
封闭容积内气体质量为 m ，体积为 V ，则密度 ρ 为：
将一定质量的气体封闭在某一容积内，如缩小封闭容积的体积 V ，则气体的密度 ρ 提高，气体的压强提高，实现气体的压缩。
我们把这种通过缩小封闭容积实现气体压力提高的压缩机称为容积式压缩机（Positive Displacement Compressor）。
通过提高气体的运动速度（动能），将气体的动能转换为气体的内能与压力能 ① ，从而实现气体压强的提高，达到对气体进行压缩的目的。我们将应用这种原理的压缩机称为动力式压缩机（Dynamic Compressor）。
小贴士
在中学物理中的“滚摆实验”，说明了动能与势能可相互转换。同理，气体的动能与势能、内能也能相互转换。不严格地说，在这里将气体的“势能”称作“压力能”会更合理、更易于理解。
总结：压缩机压缩气体是一种能量转换的过程，即将压缩机的原动机输入的机械能转换为气体的压力能。以上两种实现气体压缩的原理，本质上都是机械能转换为气体的压力能，只是能量转换实现的方式不同，前者是减小气体的容积，后者是通过提高气体的速度（动能）来实现。
在一些资料中，提到了下列4种压缩气体的方法（2种断续气流法，2种连续气流法）：
（1）将一定量的连续气体截留在某种容器内，通过减小其体积从而使压力升高，然后将压缩气体推出容器。
（2）将一定量的连续气体截留在某种容器内，把气体带到排气口但不改变其体积，通过排气系统的逆流来压缩气体，然后将压缩气体推出容器。
（3）通过快速旋转的叶轮来压缩气体。旋转的叶轮把速度和压力传给流动的气体（在固定的扩压器或蜗壳双重作用下，气体速度进一步转化为压力）。
（4）将气体送入同种或另一种气体（通常是，但不一定是蒸汽）的高速喷嘴里，并在扩压器上将混合气体的高速度转化为压力。
采用方法（1）和方法（2）的压缩机属于断续气流类，称为变容压缩机。
采用方法（3）的称为速度型压缩机。
采用方法（4）的称为喷射式压缩机，其进气压力一般低于大气压力。
小贴士
虽然我们知道这里的“变容压缩机”指的是“容积式压缩机”，但鉴于其容易与当代制冷压缩机中的“变容量压缩机”混淆，故这里不建议使用该简称。“速度型压缩机”即1.1.3节中所指的“动力式压缩机”。“喷射式压缩机”本质上仍属于“速度型压缩机”，是一种很小众的产品类型。有些资料将其单独列为一类，有些则无，我们不必纠结于此，从实际应用角度出发，了解一些常见的压缩机类型即可。