第六章 活塞式空气压缩机
piston-air compressor
第一节 活塞式空压机的工作原理
第二节 活塞式空压机的结构和自动控制
第三节 活塞式空压机的管理
复习思考题
压缩空气在船舶上的应用：
1.主机的启动、换向；
2.辅机的启动；
3.为气动装置提供气源；
4.为气动工具提供气源；
5.吹洗零部件和滤器。
? 排气量 单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。
m3/s,m3/min,m3/h
空压机分类：
按排气压力分,低压 0.2～ 1.0MPa
中压 1～ 10MPa
高压 10～ 100MPa
按排气量分,微型 <1m3/min
小型 1～ 10m3/min
中型 10～ 100m3/min
大型 >100m3/min
第一节 活塞式空压机的工作原理
容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式
两级活塞式压缩机 单级活塞压缩机
活塞式压缩机
膜片式压缩机
旋转叶片式压缩机
最长的使用寿命 -
----低转速（ 1460RPM），动件少（轴承
与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，
防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效
运作；平时有按规定做例行保养的
JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小
时以上，依然完好如初，按十万小时相当
于每日以十小时运作计算，可长达 33年之
久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终
身机器实不为过。
滑 (叶 )片式空压机
可以 365天连续运转并保证 60000小时以上安
全运转的空气压缩机
1.进气 2.开始压缩 3.压缩中 4.排气
1.转子及机壳间成为压缩空间，当
转子开始转动时，空气由机体进气
端进入。
2.转子转动使被吸入的空气转至机壳
与转子间气密范围，同时停止进气。
3.转子不断转动，气密范围变小，
空气被压缩。
4.被压缩的空气压力升高达到额定的
压力后由排气端排出进入油气分离器
内。
4.被压缩的空气压力升高达到额定
的压力后由排气端排出进入油气分
离器内。
1.进气 2.开始压缩 3.压缩中 4.排气
1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，
当转子开始转动时，空气由机体进气
端进入。
2.转子转动使被吸入的空气转至机
壳与转子间气密范围，同时停止
进气。
3.转子不断转动，气密范围变小，
空气被压缩。
螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、
坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气
体压缩机。
螺杆式压缩机
气路系统：
A 进气过滤器
B 空气进气阀
C 压缩机主机
D 单向阀
E 空气 /油分离器
F 最小压力阀
G 后冷却器
H 带自动疏水器的水
分离器
油路系统：
J 油箱
K 恒温旁通阀
L 油冷却器
M 油过滤器
N 回油阀
O 断油阀
冷冻系统：
P 冷冻压缩机
Q 冷凝器
R 热交换器
S 旁通系统
T 空气出口过滤器
螺杆式压缩机
?涡旋式压缩机
?涡旋式压缩机是 20世纪 90年代
末期开发并问世的高科技压缩机，
由于结构简单、零件少、效率高、
可靠性好，尤其是其低噪声、长
寿命等诸方面大大优于其它型式
的压缩机，已经得到压缩机行业
的关注和公认。 被誉为, 环保型
压缩机, 。
?由于涡旋式压缩机的独特设计，
使其成为当今世界最节能压缩机。
?涡旋式压缩机 主要运动件涡卷
付,只有磨合没有磨损，因而寿
命更长，被誉为免维修压缩机。
由于涡旋式压缩机运行平稳、振
动小、工作环境安静，又被誉为
,超静压缩机, 。
涡旋式压缩机零部件少，只有四个
运动部件,压缩机工作腔由相运动涡
卷付形成多个相互封闭的镰形工作
腔，当动涡卷作平动运动时，使镰
形工作腔由大变小而达到压缩和排
出压缩空气的目的。
活塞式空气压缩机
的外形
第一节 活塞式空压机的工作原理
一、理论工作循环（单级压缩）
工作循环 4— 1— 2— 3
4— 1 吸气过程
1— 2 压缩过程
2— 3 排气过程
第一节 活塞式空压机的工作原理
一、理论工作循环（单级压缩） 2.压缩分类 1— 2 （ 2,, 2 '）
绝热压缩 1— 2 耗功最大
等温压缩 1— 2,耗功最小
多变压缩 1—2‘ 耗功居中
功＝ P× V （ PV图上的面积）
?加强对气缸的冷却省功、对气
缸润滑有益。
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
1.不存在假设条件
2.与理论循环不同的原因：
1）余隙容积 Vc的影响
Vc不利 的影响 — 残存的气体在活塞回行时，发
生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。
Vc有利 的好处 —
（ 1）形成气垫，利于活塞回行；
（ 2）避免, 液击, （空气结露）；
（ 3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
表征 Vc的参数 — 相对容积 C,容积系数 λ v
p
p
p
v V
VV
V
V ??????λ
合适的 C,低压 0.07-0.12
中压 0.09-0.14
高压 0.11-0.16
λ v ＝ 0.65— 0.90
1）余隙容积 Vc的影响
p
c
V
VC ?
C越大或压力比越高，则 λ v越小。
保证 Vc正常的措施：余隙高度 表 6-1
压铅法 — 保证要求的气缸垫厚度
2.与理论循环不同的原因：
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
2）进排气阀及流道阻力的影响2.与理论循环不同的原因：
吸入阀及流道阻力产生
排出阀及流道阻力产生
s
d
p
p
?
?
吸气过程压力损失使排气量减少
程度用 压力系数 λ p表示；
V
VV
V
V
p ?
??????
?
???λ
保证措施：合适的气阀升程及弹簧
弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。
λp （ 0.90-0.98）
第一节 活塞式空压机的工作原理活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：
机件与气体之间的热交换
压缩过程 机件吸热
吸气过程 机件放热使吸入的气体温度升高，
使吸气的比容减小，造成吸气量下降。
温度系数 λ t来衡量 （ 0.90-0.95）
保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷
却，防止水垢和油污的形成。
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
4）漏泄的影响2.与理论循环不同的原因：
内漏 排气阀（回漏）
外漏 吸气阀、活塞环、气缸垫。
气密系数 λl来衡量 （ 0.90-0.98）
保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活
塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。
5）气体流动惯性的影响
当吸气管中的气流惯性方向与活塞
吸气行程相反时：造成气缸压力较
低，气体比容增大，吸气量下降。
保证措施：合理的设计进气管长度，不
得随意增减进气管的长度，保证滤器的
清洁。
上述五条原因使实际与理
论循环不同。
2.与理论循环不同的原因：
4）漏泄的影响
5）气体流动惯性的影响
1）余隙容积 Vc的影响
2）进排气阀及流道阻力的影响
3）吸气预热的影响
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
3.排气量和输气系数
理论排气量 Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。
smS n zDV t /2 4 0/ 32π?
实际排气量 Q Q=Vt λ
输气系数 λ λ ＝ λ t λ v λ pλ l
漏泄的影响余隙容积 Vc的影响 进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
4.功率和效率
指示功率 pi, 按示功图计算的功率
理论功率 Ps,PT, 按理论循环计算的功率
Ps(PT)< pi
轴功率 P,压缩机轴的输入功率
绝热指示效率
等温指示效率
机械效率
总效率 （绝热、等温）
PPPPPP imiTiTisis ??? ηηη
miTTTmiSSS P
PPP ηηηηηη ????
第一节 活塞式空压机的工作原理
三、多极压缩和中间冷却
第一级工作循环 o-a-b-n-o
第二级工作循环 c-e-f-m-c
整个工作循环 o-a-b-c-e-f-m-n-o
第一节 活塞式空压机的工作原理
三、多极压缩和中间冷却
1)降低压缩终了的排气温度，保证机
件润滑；
2)减小余隙容积对排气量的影响，提
高输气系数；
3)节省压缩功 (c-b-d-e-c)；
4)减轻活塞上的作用力。
1.采用多极压缩和中间冷却的好处：
第一节 活塞式空压机的工作原理
三、多极压缩和中间冷却
2.各级压缩比的确定 理论分析；各级耗功相等时，压缩机总耗功最小。
即各级压力比应相等。
最佳压力比 ε, 各级压力比相等时总耗功最省。
z pppppppp d
z
d
12
3
1
2 ????????ε
3.压缩终了温度的确定
122
2
1
3
1
1
2
TTT
TT
TT
n
n
n
n
＝为中冷器后的温度 ??
???
??
?
?
ε
ε
压力比分配原则,主
要依据省功原则。
例：主机启动空气压力为 3.0MPa，利用两级压缩，最佳压缩比是多少？
中间压力是多少？
p1＝ 0.1MPa pd＝ 3.0MPa
5.51.0 0.31 ??? z pp dε
M P apppp 55.01.05.51212 ????? εε
V0.1MPa
0.55MPa
3.0MPa
T1’20℃
T3 110℃
110℃
240℃
T1 20℃
p
122
2
1
3
1
1
2
TTT
TT
TT
n
n
n
n
＝为中冷器后的温度 ??
???
??
?
?
ε
ε
实际上后一级的压缩比选得小一些的原因：
? 后级冷却比前级效果差，采用同样压比耗功会更大；
? 后级余隙容积相对大，采用同样压比容积损失会更大。
piston-air compressor
第一节 活塞式空压机的工作原理
第二节 活塞式空压机的结构和自动控制
第三节 活塞式空压机的管理
复习思考题
压缩空气在船舶上的应用：
1.主机的启动、换向；
2.辅机的启动；
3.为气动装置提供气源；
4.为气动工具提供气源；
5.吹洗零部件和滤器。
? 排气量 单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。
m3/s,m3/min,m3/h
空压机分类：
按排气压力分,低压 0.2～ 1.0MPa
中压 1～ 10MPa
高压 10～ 100MPa
按排气量分,微型 <1m3/min
小型 1～ 10m3/min
中型 10～ 100m3/min
大型 >100m3/min
第一节 活塞式空压机的工作原理
容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式
两级活塞式压缩机 单级活塞压缩机
活塞式压缩机
膜片式压缩机
旋转叶片式压缩机
最长的使用寿命 -
----低转速（ 1460RPM），动件少（轴承
与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，
防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效
运作；平时有按规定做例行保养的
JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小
时以上，依然完好如初，按十万小时相当
于每日以十小时运作计算，可长达 33年之
久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终
身机器实不为过。
滑 (叶 )片式空压机
可以 365天连续运转并保证 60000小时以上安
全运转的空气压缩机
1.进气 2.开始压缩 3.压缩中 4.排气
1.转子及机壳间成为压缩空间，当
转子开始转动时，空气由机体进气
端进入。
2.转子转动使被吸入的空气转至机壳
与转子间气密范围，同时停止进气。
3.转子不断转动，气密范围变小，
空气被压缩。
4.被压缩的空气压力升高达到额定的
压力后由排气端排出进入油气分离器
内。
4.被压缩的空气压力升高达到额定
的压力后由排气端排出进入油气分
离器内。
1.进气 2.开始压缩 3.压缩中 4.排气
1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，
当转子开始转动时，空气由机体进气
端进入。
2.转子转动使被吸入的空气转至机
壳与转子间气密范围，同时停止
进气。
3.转子不断转动，气密范围变小，
空气被压缩。
螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、
坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气
体压缩机。
螺杆式压缩机
气路系统：
A 进气过滤器
B 空气进气阀
C 压缩机主机
D 单向阀
E 空气 /油分离器
F 最小压力阀
G 后冷却器
H 带自动疏水器的水
分离器
油路系统：
J 油箱
K 恒温旁通阀
L 油冷却器
M 油过滤器
N 回油阀
O 断油阀
冷冻系统：
P 冷冻压缩机
Q 冷凝器
R 热交换器
S 旁通系统
T 空气出口过滤器
螺杆式压缩机
?涡旋式压缩机
?涡旋式压缩机是 20世纪 90年代
末期开发并问世的高科技压缩机，
由于结构简单、零件少、效率高、
可靠性好，尤其是其低噪声、长
寿命等诸方面大大优于其它型式
的压缩机，已经得到压缩机行业
的关注和公认。 被誉为, 环保型
压缩机, 。
?由于涡旋式压缩机的独特设计，
使其成为当今世界最节能压缩机。
?涡旋式压缩机 主要运动件涡卷
付,只有磨合没有磨损，因而寿
命更长，被誉为免维修压缩机。
由于涡旋式压缩机运行平稳、振
动小、工作环境安静，又被誉为
,超静压缩机, 。
涡旋式压缩机零部件少，只有四个
运动部件,压缩机工作腔由相运动涡
卷付形成多个相互封闭的镰形工作
腔，当动涡卷作平动运动时，使镰
形工作腔由大变小而达到压缩和排
出压缩空气的目的。
活塞式空气压缩机
的外形
第一节 活塞式空压机的工作原理
一、理论工作循环（单级压缩）
工作循环 4— 1— 2— 3
4— 1 吸气过程
1— 2 压缩过程
2— 3 排气过程
第一节 活塞式空压机的工作原理
一、理论工作循环（单级压缩） 2.压缩分类 1— 2 （ 2,, 2 '）
绝热压缩 1— 2 耗功最大
等温压缩 1— 2,耗功最小
多变压缩 1—2‘ 耗功居中
功＝ P× V （ PV图上的面积）
?加强对气缸的冷却省功、对气
缸润滑有益。
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
1.不存在假设条件
2.与理论循环不同的原因：
1）余隙容积 Vc的影响
Vc不利 的影响 — 残存的气体在活塞回行时，发
生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。
Vc有利 的好处 —
（ 1）形成气垫，利于活塞回行；
（ 2）避免, 液击, （空气结露）；
（ 3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
表征 Vc的参数 — 相对容积 C,容积系数 λ v
p
p
p
v V
VV
V
V ??????λ
合适的 C,低压 0.07-0.12
中压 0.09-0.14
高压 0.11-0.16
λ v ＝ 0.65— 0.90
1）余隙容积 Vc的影响
p
c
V
VC ?
C越大或压力比越高，则 λ v越小。
保证 Vc正常的措施：余隙高度 表 6-1
压铅法 — 保证要求的气缸垫厚度
2.与理论循环不同的原因：
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
2）进排气阀及流道阻力的影响2.与理论循环不同的原因：
吸入阀及流道阻力产生
排出阀及流道阻力产生
s
d
p
p
?
?
吸气过程压力损失使排气量减少
程度用 压力系数 λ p表示；
V
VV
V
V
p ?
??????
?
???λ
保证措施：合适的气阀升程及弹簧
弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。
λp （ 0.90-0.98）
第一节 活塞式空压机的工作原理活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：
机件与气体之间的热交换
压缩过程 机件吸热
吸气过程 机件放热使吸入的气体温度升高，
使吸气的比容减小，造成吸气量下降。
温度系数 λ t来衡量 （ 0.90-0.95）
保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷
却，防止水垢和油污的形成。
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
4）漏泄的影响2.与理论循环不同的原因：
内漏 排气阀（回漏）
外漏 吸气阀、活塞环、气缸垫。
气密系数 λl来衡量 （ 0.90-0.98）
保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活
塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。
5）气体流动惯性的影响
当吸气管中的气流惯性方向与活塞
吸气行程相反时：造成气缸压力较
低，气体比容增大，吸气量下降。
保证措施：合理的设计进气管长度，不
得随意增减进气管的长度，保证滤器的
清洁。
上述五条原因使实际与理
论循环不同。
2.与理论循环不同的原因：
4）漏泄的影响
5）气体流动惯性的影响
1）余隙容积 Vc的影响
2）进排气阀及流道阻力的影响
3）吸气预热的影响
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
3.排气量和输气系数
理论排气量 Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。
smS n zDV t /2 4 0/ 32π?
实际排气量 Q Q=Vt λ
输气系数 λ λ ＝ λ t λ v λ pλ l
漏泄的影响余隙容积 Vc的影响 进排气阀及流道阻力的影响吸气预热的影响
第一节 活塞式空压机的工作原理
二、实际工作循环（单级压缩）
4.功率和效率
指示功率 pi, 按示功图计算的功率
理论功率 Ps,PT, 按理论循环计算的功率
Ps(PT)< pi
轴功率 P,压缩机轴的输入功率
绝热指示效率
等温指示效率
机械效率
总效率 （绝热、等温）
PPPPPP imiTiTisis ??? ηηη
miTTTmiSSS P
PPP ηηηηηη ????
第一节 活塞式空压机的工作原理
三、多极压缩和中间冷却
第一级工作循环 o-a-b-n-o
第二级工作循环 c-e-f-m-c
整个工作循环 o-a-b-c-e-f-m-n-o
第一节 活塞式空压机的工作原理
三、多极压缩和中间冷却
1)降低压缩终了的排气温度，保证机
件润滑；
2)减小余隙容积对排气量的影响，提
高输气系数；
3)节省压缩功 (c-b-d-e-c)；
4)减轻活塞上的作用力。
1.采用多极压缩和中间冷却的好处：
第一节 活塞式空压机的工作原理
三、多极压缩和中间冷却
2.各级压缩比的确定 理论分析；各级耗功相等时，压缩机总耗功最小。
即各级压力比应相等。
最佳压力比 ε, 各级压力比相等时总耗功最省。
z pppppppp d
z
d
12
3
1
2 ????????ε
3.压缩终了温度的确定
122
2
1
3
1
1
2
TTT
TT
TT
n
n
n
n
＝为中冷器后的温度 ??
???
??
?
?
ε
ε
压力比分配原则,主
要依据省功原则。
例：主机启动空气压力为 3.0MPa，利用两级压缩，最佳压缩比是多少？
中间压力是多少？
p1＝ 0.1MPa pd＝ 3.0MPa
5.51.0 0.31 ??? z pp dε
M P apppp 55.01.05.51212 ????? εε
V0.1MPa
0.55MPa
3.0MPa
T1’20℃
T3 110℃
110℃
240℃
T1 20℃
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2
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n
n
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＝为中冷器后的温度 ??
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实际上后一级的压缩比选得小一些的原因：
? 后级冷却比前级效果差，采用同样压比耗功会更大；
? 后级余隙容积相对大，采用同样压比容积损失会更大。
