關於多級活塞式壓縮機的應用
應用技術
作者：張康
[摘 要]被壓縮氣體進入工作腔內完成一次氣體壓縮成為一級。理論上每個級由進氣、壓縮、排氣等過程組成，完成一次前述過程稱為一個循環。多級活塞式壓縮是將氣體的壓縮過程分在若幹級中進行，並在每級壓縮之後將氣體導人中間冷卻器進行冷卻，本文將主要探討多級活塞式壓縮機的應用。
[關鍵詞]多級活塞式；壓縮機；應用
中圖分類號：TB652 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）27-0400-01
壓縮機是製造壓縮氣體的設備。按動作原理和結構，壓縮機可分為活塞式和葉輪式，葉輪式又分為離心式和軸流式兩種。按產生壓縮氣體的壓力範圍，壓縮機可分為壓縮機（狹義）、鼓風機和通風機。壓縮機，提供氣體的表壓力範圍是2 bar以上；鼓風機的表壓力範圍是0.1—2 bar，通風機的表壓力一般在0.1 bar以下。從熱力學的觀點來看，壓縮機是將機械能轉變為熱能的設備，需消耗機械功將氣體由較低的壓力壓縮到較高的壓力[1]。
一、多級活塞式壓縮機的原理
單級壓縮機所能提高的壓力範圍十分有限，對於要求氣體工作壓力更高的場合，采用單級壓縮不僅不經濟，有時甚至是不可能實現的，所以必須采用多級壓縮。多級壓縮是將氣體的總壓力分成若幹級，按先後級次把氣體逐級進行壓縮，並在級與級間將氣體進行冷卻。其理論循環由三個連續壓縮的單級理論循環組成，為便於分析比較，假設循環中各級吸氣和排氣無阻力損失，且各級壓縮按絕熱過程（或多變指數相同的過程）進行；每級氣體排出經冷卻後的溫度與第一級的吸氣溫度相同（即完全冷卻）；不計泄漏以及餘隙容積的影響[2]。
二、多級活塞式壓縮機的特點
當壓縮機的時，其絕熱循環功比等溫循環功高，壓力比越大，這種現象越嚴重。為了使耗功降低以及不使排氣溫度過高而影響潤滑油的性能，並考慮其他因素，總是把較大的壓力比分成兩級、三級以及多級壓縮，保證每級壓力比都處於較小而可行的範圍內。多級壓縮具有下列特點：（1）經濟性好，可以節省耗功。（2）降低排氣溫度，提高安全可靠性。
排氣溫度過高，會使潤滑油粘度降低，性能惡化，並使積聚在氣閥、管網結節處的潤滑油中的輕餾分迅速揮發而形成危險的含油氣比例。同時，揮發掉輕餾分的餘部即構成“積炭”。積炭在更高溫時可能起火燃燒或在高速氣流中與金屬壁碰撞，成為爆炸的原因。積炭還會使排氣閥閥內通道（閥座及升程限製器）以及管道阻塞而使阻力增大。在密封環處的積炭會造成活塞環卡死在環槽裏，令活塞環失去密封作用。所以，動力用固定式空壓機排氣溫度小於160℃，移動式空壓機排氣溫度小於180℃。
排氣溫度還因介質特性而受到特殊限製。例如壓縮乙炔時，它是不飽和烴，高溫時既會聚合又能分解、分解時放出熱量使氣體溫度更高而引起爆炸。所以壓力比要保證排氣溫度小於100℃。氧氣和氯氣的濕氣體因含水分而對鑄鐵及鋼有電化腐蝕作用，不含水分的幹燥氣體則起氧化腐蝕作用，這些現象又隨溫度的升高而加劇，所以氧壓機排氣溫度應小於150℃，濕氯氣小於100℃，幹氯氣小於130℃，石油氣小於90～100℃，乙烯氣小於80-120℃。（3）降低作用在活塞土的氣體壓力，並且使運動機構受力均勻，提高機械效率[3]。
多級壓縮雖然具有一係列的優點，然而也並不是級數越多越好，這是因為：①級數增加使結構趨於複雜，整個裝置的製造費用、尺寸和重量等都有所增加。②氣體通道增加，氣閥及管道的壓力損失增加。有時增加級數，使壓縮循環更接近等溫循環而省的功耗，還抵不過由於增加新的級從而產生的氣閥及管路的阻力損失所消耗的功，級數過多反而使經濟性下降。③運動部件數增多，發生故障的可能性也要增加。由於摩擦表麵的增加，摩擦功亦增加，機器效率反而有所降低。