淺談空氣壓縮機(jī)的工作過程及安全操作

■鄧代君 李文勝

（1.新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊830021；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆烏魯木齊830052）

現(xiàn)代工業(yè)的自動化離不開氣壓控制和氣動控制，隨著氣壓、氣動技術(shù)的不斷發(fā)展，空氣壓縮機(jī)在各行各業(yè)得到了極為廣泛的運(yùn)用，因此被稱為通用機(jī)械。例如，現(xiàn)代飼料生產(chǎn)所用的臥式漿葉式混合機(jī)的開啟與關(guān)閉，飼料廠除塵設(shè)備及氣缸的使用，乳制品、飲料加工中氣動閥門的控制等，都需要氣體壓力能提供動力。氣體壓力能由電能轉(zhuǎn)化形成，根據(jù)其用途的不同，具有不同的氣壓，從而提供不同功率的動力，如用于控制儀表的氣能需要達(dá)到的壓力值需要考慮對閥門的影響，通常會根據(jù)銘牌規(guī)定設(shè)定壓力值，壓力過高會縮短膜頭的使用壽命，過低會造成閥門開啟關(guān)閉不全，或者動作遲緩，實際使用中的壓力值約為0.3～0.8 MPa。氣能的獨特之處在于易于控制，使用方便，能起到緩沖作用，不發(fā)熱、沒有污染。但成本昂貴，消耗100 kW的電能最多只能得到相當(dāng)于30 kW電能的壓縮空氣能。因此需要珍惜使用。

1 空壓機(jī)的工作過程及結(jié)構(gòu)組成

1.1 空壓機(jī)的工作過程

壓縮機(jī)也被稱為壓氣機(jī)或壓風(fēng)機(jī)，空氣壓縮機(jī)（Air Compressor）是一種將發(fā)電機(jī)的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能并最終轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的設(shè)備，主要是通過對氣體的高度壓縮進(jìn)而提高氣體壓力的主體氣源裝置，它屬于動力機(jī)械裝備。

空氣壓縮機(jī)的種類很多，按工作原理可分為容積式壓縮機(jī)和速度式壓縮機(jī)兩大類。目前在工業(yè)、民用、教學(xué)單位中試車間等領(lǐng)域廣泛使用的直聯(lián)便攜式空壓機(jī)是一種將壓縮機(jī)與電機(jī)同軸并組合在一起的高速輕便微型的容積式空氣壓縮機(jī)[1-2]。

其工作過程是由電動機(jī)直接驅(qū)動壓縮機(jī)，使曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過連桿帶動活塞在氣缸中產(chǎn)生直線往復(fù)運(yùn)動，引起氣缸工作腔容積的變化，從而造成氣缸工作腔內(nèi)氣體壓力的變化。當(dāng)活塞在氣缸中由氣缸蓋側(cè)向氣缸軸側(cè)移動時，氣缸蓋側(cè)容積增大，其中的氣體壓力逐漸減小，當(dāng)其壓力低于大氣壓時，吸氣閥開啟，外界空氣通過進(jìn)氣口的濾清器進(jìn)入缸內(nèi)，活塞到達(dá)內(nèi)止點時，吸氣閥關(guān)閉，吸氣過程完成；隨后，活塞由軸側(cè)向蓋側(cè)移動，由于吸氣閥和出氣閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，隨著活塞的移動，氣缸工作腔容積逐漸減小，氣體在氣缸中被壓縮，氣壓增大，這個過程被稱為壓縮過程；當(dāng)氣體壓力達(dá)到規(guī)定壓力后，由于缸內(nèi)壓力高于輸出空氣管道內(nèi)的壓力，排氣閥打開，壓縮空氣進(jìn)入排氣管道，經(jīng)排氣管，單向閥（止回閥）進(jìn)入儲氣罐。這個過程稱為排氣過程。排氣壓力達(dá)到額定壓力0.7 MPa時，由壓力開關(guān)控制，空壓機(jī)自動停機(jī)，當(dāng)儲氣罐壓力降至0.5～0.6 MPa時壓力開關(guān)自動聯(lián)接啟動，空壓機(jī)重新開始進(jìn)行空氣壓縮[1-4]。

1.2 空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

1.2.1 空壓機(jī)的主體部件和附屬部件

主體部件包括三部分，動力系統(tǒng)：主要是柴油機(jī)或電動機(jī)；壓縮機(jī)主機(jī)：包括空氣過濾器、活塞、活塞環(huán)、刮油環(huán)、氣缸、進(jìn)排氣閥等組件，主要作用是產(chǎn)生壓縮空氣；儲氣罐：儲氣罐安裝在空壓機(jī)和壓縮空氣管網(wǎng)之間，其作用是緩和由于排氣不均勻和不連續(xù)而引起的壓力波動，儲備一定數(shù)量的壓縮空氣，維持供需氣量之間的平衡；另外去除壓縮空氣中的油水和雜質(zhì)，凈化壓縮空氣；降低壓縮空氣的溫度[3-5]。

附屬部件有：①連接及傳動管件，主要包括曲軸、曲柄連桿機(jī)構(gòu)，十字頭組件；②潤滑系統(tǒng)，主要指電機(jī)油泵、機(jī)油過濾器、分油器、膜片止回閥等；③油氣分離器；④冷卻系統(tǒng)[3-4]。

1.2.2 空壓機(jī)的外部元件

空壓機(jī)外部元件有電源插頭、壓力開關(guān)、安裝有消聲器的進(jìn)氣口、與使用壓縮氣體的設(shè)備連接的排氣閥、安全閥、壓力表、呼吸器、空壓機(jī)潤滑油觀測鏡、位于罐體下部的排污閥等。

其中空壓機(jī)上的壓力開關(guān)主要是來調(diào)節(jié)空壓機(jī)的啟停，通常供貨商會根據(jù)客戶需要將壓力開關(guān)預(yù)先調(diào)節(jié)到指定壓力，并設(shè)定一個壓差，當(dāng)儲氣罐中的壓力達(dá)到所需壓力時，空壓機(jī)停機(jī)或者卸載，讓空壓機(jī)停機(jī)休息，從而對機(jī)器有保養(yǎng)作用。

空氣消聲器一方面可以對進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣進(jìn)行清潔，減小空氣塵埃對活塞和氣缸等部件的磨損；另一方面可以消除或者降低空氣動力性噪聲。

潤滑油儲藏在機(jī)油箱中，機(jī)油箱位于機(jī)身的下部，相當(dāng)于一個密封的容器。潤滑油工作時，隨著溫度的升高，易氣化形成高濃度可燃性氣體，增大油箱內(nèi)部的壓力，引起爆炸燃燒。因此，一般的壓縮機(jī)通常在機(jī)身上安裝一個或幾個呼吸器以排出油箱里面的空氣，釋放油箱的壓力，給機(jī)身內(nèi)部通風(fēng)換氣；除此之外，呼吸器能夠?qū)⒂挽F內(nèi)的潤滑油變成液態(tài)回收到機(jī)箱內(nèi)部，減少潤滑油的損耗或者對周圍空氣的污染。

空壓機(jī)潤滑油觀測鏡（簡稱油鏡）：正常油量不應(yīng)超過小紅點上緣，若低于小紅點中間線，就應(yīng)該立即添加機(jī)油，否則會導(dǎo)致空氣壓縮機(jī)燒毀，但也不宜加得過滿，否則會有機(jī)油從呼吸嘴的位置噴濺，直到恢復(fù)到正常油位為止。

2 壓縮空氣

壓縮空氣通常指被保存在一定空間內(nèi)，維持一定的壓力，且該壓力大于大氣壓的空氣。最常見的壓縮空氣是在工業(yè)生產(chǎn)中由空壓機(jī)產(chǎn)生的。壓縮空氣最重要的用途是作為動力源廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個行業(yè)中。壓縮空氣的衡量指標(biāo)包括基本指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)。

2.1 壓縮空氣的基本指標(biāo)

壓力、流量與溫度是壓縮空氣的三個基本指標(biāo)。任何需要壓縮空氣的場合對壓縮空氣的壓力和流量都是有要求的。目前最普遍的壓力值在0.7 MPa（g）左右。在一些特殊場合如玻璃行業(yè)，對壓縮空氣的壓力要求可能為0.2～0.4 MPa（g）左右；在某些軍工企業(yè)，對壓縮空氣壓力要求可能在幾十兆帕。市場上有各種各樣的空氣壓縮機(jī)可以來滿足這些要求。

壓縮空氣的流量是指換算為吸氣狀態(tài)下(1個大氣壓，20℃)，單位時間內(nèi)空氣的容積。流量單位通常有：m3/min，m3/h，L/min；其他一些國家習(xí)慣用cfm（每分鐘立方英尺）表示壓縮空氣的流量，cfm與m3/min的換算關(guān)系為：1 m3/min=35.315 cfm。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB3853對一般容積式空氣壓縮機(jī)的吸氣狀態(tài)規(guī)定為：空氣溫度t=20℃，絕對壓力P=0.1 MPa，相對濕度φ=0%（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。因此，空壓機(jī)生產(chǎn)廠家應(yīng)標(biāo)明其空壓機(jī)的排氣量的測定條件。選擇空壓機(jī)，考慮流量指標(biāo)時，除了要考慮使用壓縮空氣的設(shè)備的用氣量外，還要考慮系統(tǒng)的泄漏以及可能會增加的其它用氣設(shè)備的用氣量，壓縮機(jī)產(chǎn)氣量要多于實際用氣量的15%～30%。

2.2 壓縮空氣的質(zhì)量指標(biāo)

質(zhì)量指標(biāo)通常是指壓縮空氣中所含有的雜質(zhì)的含量，主要指水、塵埃、潤滑油，衡量指標(biāo)分別是露點、含塵量和含油量。

為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）所屬壓縮機(jī)、氣動機(jī)械及工具委員會（TC118）在1986年提出了關(guān)于壓縮空氣干燥凈化設(shè)備和壓縮空氣品質(zhì)的國際標(biāo)準(zhǔn)，其中壓縮空氣質(zhì)量等級標(biāo)準(zhǔn)ISO8573.1把壓縮空氣中的污染物分為固體雜質(zhì)、水和油三種（我國等同采用了ISO8573，并確定為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13277-91《一般用壓縮空氣質(zhì)量等級》）。目前該標(biāo)準(zhǔn)已被GB/T 13277.1-2008.《壓縮空氣第1部分：污染物凈化等級》替代[6]。

3 空壓機(jī)安全操作規(guī)程

3.1 安裝條件要求

3.1.1 安放環(huán)境：空壓機(jī)應(yīng)安置在地勢平整、干燥、空氣清潔、通風(fēng)良好、光線充足、便于檢查和加油的地方。

3.1.2 電路要求：電源線采用橡膠電纜線，電源線規(guī)格、電源電壓與電動機(jī)的要求相一致。

3.1.3 空壓機(jī)正常工作環(huán)境溫度在-5～35℃之間，海拔高度不超過2 000 m?？諌簷C(jī)在正常工作環(huán)境溫度下，吸氣壓力為0.1 MPa(絕對壓力)和終了排氣壓力為額定排氣壓力時，其實際排氣溫度不應(yīng)超過200℃，曲軸箱內(nèi)的潤滑油溫度不應(yīng)超過70℃。

3.2 空壓機(jī)啟動前的操作

全新壓縮機(jī)開封時，切記需將加油孔塞子拿掉(該塞子只用于運(yùn)輸過程)，改用隨機(jī)配給的通氣塞（即呼吸嘴）；去除缸蓋進(jìn)氣口內(nèi)的堵塞，裝上消聲器；完成壓力控制系統(tǒng)的調(diào)整，即壓力開關(guān)的壓差調(diào)整；對安全閥進(jìn)行調(diào)整；對輸出氣壓進(jìn)行調(diào)節(jié)（以上通常由供貨商安排人員完成）。

作為實驗實訓(xùn)教學(xué)設(shè)備的空壓機(jī)，使用頻率不高，因此，在使用前，需要對空壓機(jī)外部進(jìn)行仔細(xì)擦拭。及時清理完畢后進(jìn)行下一步操作。

檢查內(nèi)容包括：各部位螺絲或螺母有無松動現(xiàn)象；管路連接是否正常；潤滑油位是否適當(dāng)；電纜線及電氣開關(guān)是否合乎規(guī)定，接線是否正確；電源之電壓是否正確；檢查所有的閥是否均處于合適的位置及正確的啟，閉狀態(tài)；檢查系統(tǒng)并除去其內(nèi)的外來異物；打開并再次關(guān)閉儲氣罐下部的放水閥；若系統(tǒng)設(shè)備檢修后重新啟動時，應(yīng)除去所有為安全維護(hù)而安裝的維修附件及維修用標(biāo)志牌。

3.3 空壓機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)的注意事項

以上各點檢查完畢后，將排氣閥門全開，然后向上拉起啟動按鈕/壓力開關(guān)，使機(jī)器在無負(fù)荷狀態(tài)下啟動運(yùn)轉(zhuǎn)15 min，這樣可以延長空壓機(jī)及原動力的壽命。

啟動后若沒有異音，則將閥門關(guān)閉，使儲氣罐中的壓力逐漸升高到設(shè)定壓力。達(dá)到設(shè)定壓力后，壓力開關(guān)自動切斷電源，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

另外，電機(jī)裝有過熱保護(hù)開關(guān)，當(dāng)環(huán)境溫度過高或長時間連續(xù)高壓運(yùn)行或通風(fēng)不良等導(dǎo)致電機(jī)過熱時，過熱保護(hù)開關(guān)將切斷電源，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。該現(xiàn)象并非故障，而是對機(jī)器采取的保護(hù)措施。請等待5～15 min后，電機(jī)溫度降低了就可重新啟動。

3.4 一天的作業(yè)結(jié)束后，請切斷電源，打開罐底的排污閥，排出儲氣罐內(nèi)的水分和壓縮空氣。注意機(jī)器不使用時和無人員看護(hù)時必須拔掉電源，以免引起火災(zāi)。

4 小結(jié)

空壓機(jī)除了要按照說明書進(jìn)行安全操作之外，還應(yīng)該注意定期的保養(yǎng)及檢查，尤其是教學(xué)單位的中試設(shè)備有其特有的使用規(guī)律和特點：在教學(xué)周期內(nèi)，使用頻繁；在學(xué)校寒暑假期間，則基本上不使用，因此，欲延長機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行周期、使用年限，就必須要了解其組成結(jié)構(gòu)及特點，做到安全正確地使用，定期合理地維護(hù)，特別是一個教學(xué)周期結(jié)束時的清潔與保養(yǎng)，以及下一個教學(xué)周期開始時的檢查與調(diào)試。