空氣壓縮機的結構原理

巨子琪 肖龍

摘要：近年來，城市軌道交通運輸飛速發(fā)展，其核心運載工具是城市軌道交通車輛，而城軌車輛的制動裝置在列車運行過程中有著非常重要的作用。它直接影響著列車能否安全可靠運行，目前城軌車輛制動方式主要有電制動和空氣制動兩大類。而空氣制動是的動力源是壓力空氣，主要由空氣壓縮機來生產?？諝鈮嚎s機有離心式、容積式等，而城軌道車輛主要采用的是容積式空氣壓縮機，容積式空氣壓縮機常用的有活塞式和螺桿式。今天我主要講述城軌車輛常用的一種活塞式空氣壓縮機的結構原理。

關鍵詞：列車；壓力空氣；結構與性能

目前城軌車輛所用的活塞式空氣壓縮機是VV120型，典型的三缸兩級壓縮結構。它是由活塞缸、空氣過濾器、中間冷卻器、后冷卻器等構成。如圖1所示。

該活塞式空氣壓縮機的工作過程如下：

自然空氣通過進氣口首先進入空氣過濾器，在空氣過濾器里對自然空氣進行除雜和凈化處理以提高其清潔度，如果清潔度不達標，空氣里的雜質隨著空氣進入空氣壓縮機內部時會對相鄰接觸件表面造成磨損，也可能會造成管道及網(wǎng)眼的堵塞。經(jīng)過空氣過濾器過濾的空氣被送入兩個低壓活塞缸進行第一次壓縮，在這里我們定義其為一級壓縮。活塞缸的壓縮動作是由電動機通過聯(lián)軸器帶動軸箱里的W形曲軸動作。而曲軸與三個活塞缸的活塞桿相連，所以隨著電機的轉動，活塞缸里的活塞桿帶動活塞在缸體里做往復運動。因為這個壓縮過程是絕熱過程，所以在兩個低壓活塞缸里完成一級壓縮后的空氣不僅壓力會升高其溫度也會升高。壓力升高是我們所需的而溫升并不是我們想要的，所以，該壓力空氣需要送到中間冷卻器進行降溫冷卻處理。VV—120型空壓機采用的是空氣冷卻式冷卻器。所以高溫的壓力空氣在流經(jīng)中間冷卻器通過管道與冷空氣進行熱交換，從而溫度降低。而在中間冷卻器與兩個低壓活塞缸之間安裝有一個安全閥，調定壓力為0.5MPa，中間冷卻器出來的壓力空氣被送到第三個活塞缸即高壓活塞缸再次壓縮。稱其為二級壓縮。同一級壓縮一樣，二級壓縮以后的壓力空氣其壓力和溫度均升高，所以，二級壓縮后被送到后冷卻器進行冷卻降溫處理。而在后冷卻器與高壓活塞缸之間也有一個安全閥，調定壓力為1.4MPa。在后冷卻器冷卻處理之后送到主風缸存儲，以備用氣系統(tǒng)使用，這就是VV—120型空氣壓縮機的整個工作過程。在此過程中，由三個活塞缸完成了兩級壓縮，所以我們可以簡稱該活塞缸為三缸兩級壓縮結構。VV—120型活塞式空氣壓縮機的電機和曲軸箱等部件的安裝均采用了柔性連接，以減輕和緩解工作過程中產生的震動和沖擊。達到降噪以及平穩(wěn)運行的目的。還有該空壓機的潤滑方式采用的是飛濺潤滑；即通過曲軸的運動攪動油液飛濺到曲軸箱內部各元件表面，達到潤滑目的。

通過對活塞式空氣壓縮機整個工作過程的描述，不難發(fā)現(xiàn)其核心在于三個活塞缸。下面就其活塞缸的壓縮原理進行講述，如圖2所示。

1排氣閥；2氣缸；3活塞；4活塞桿；5滑塊；6連桿；7曲柄；8吸氣閥；9彈簧閥門

首先假設曲柄滑塊機構帶動活塞和活塞桿向右移動，此時由活塞與缸體構成的密封容積增大，所以其內部壓力減小，壓力降低到一定程度內部會出現(xiàn)真空。導致在進排氣閥的兩側形成壓差，活塞缸內部壓力大，外部壓力小。在此壓差作用下，作用到兩閥芯上的作用力向右。在此作用力下，進氣閥口打開，排氣閥口關閉，導致自然空氣在壓差作用下從進氣閥進入到活塞缸內部，即吸氣。直到活塞運行到活塞缸最右端吸氣動作完成。之后在曲柄滑塊機構的帶動下，活塞桿帶動活塞向左移動，此時由活塞和缸體構成的密封容積減小，對吸氣過程吸入缸體的空氣進行壓縮。所以，活塞缸內部壓力升高。當活塞缸內部壓力升高到一定值時，在進、排氣閥的內外兩側會形成新的壓差：內部壓力大，外部壓力小。在該壓差作用下，進氣閥關閉、排氣閥打開。壓縮過程中產生的壓縮空氣經(jīng)排氣閥排出，直到活塞運行到缸體最左端完成排氣。綜上所述，活塞缸生產壓力空氣經(jīng)歷了吸氣、壓縮、排氣三個階段。

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作者簡介：巨子琪，女，漢族，陜西西安人，助教，研究方向：車輛工程；肖龍，男，漢族，甘肅白銀人，助理工程師，研究方向：電力工程。