8.2.1 空气压缩机
空气压缩机（简称空压机）是一种压缩与输送空气并使其具有压力的机械，是潜水供气系统中生产压缩空气气源的设备，其外形如图8-13所示。潜水用空压机要有足够的排量，以提供足够的呼吸气，而且它所提供气体的压力也要高于潜水员所在深度的环境压力，并有一定的余压。
按不同的特点对空压机进行分类：
按工作原理分为活塞式、离心式和轴流式三种。
按结构形式分为立式、卧式和V型；单缸和多缸；单作用和双作用等。
按冷却方式分为水冷式和风冷式。
按排量分为小排量（10 m3/min以下）、中排量（10～30 m3/min）和大排量（30 m3/min以上）三种。
按压力分为低压（0.2～1.0 MPa）、中压（1.0～10 MPa）和高压（10～100 MPa）三种。
按润滑方式分为飞溅式和压力式润滑两种。
按驱动方式分为电动式和机械发动机等形式。
国产空压机的产品型号一般以气缸的数目、排列形式、排气量多少、最终排气压力等主要技术指标进行组合命名，如2V-0.67/7型空气压缩机，即表示该机气缸数目为2，气缸排列方式为V字形，排气量为0.67 m3/min，产气的最大工作压力为0.7 MPa。图8-11为2V-0.67/7型空压机的外形图。
图8-11 V-0.67/7空压机外形图
1.压力自动调节器 2.电动机 3.传动皮带 4.气缸 5.压缩机 6.冷却管
下面主要讨论活塞式空压机的工作原理、组成及管理要点。
1）空压机的工作原理
（1）单级单作用活塞式空压机的工作原理。
图8-12是单级单作用活塞式空压机的工作原理图。空压机的工作腔室主要由气缸、气缸盖、活塞、进气阀、排气阀等组成。活塞式空压机是利用活塞在气缸内的往复运动，借助气阀的自动开闭，使气缸工作容积发生变化，从而达到压缩气体的目的。压缩机的工作过程分为3个阶段。
图8-12 单级活塞式空压机工作原理图
1.进气阀 2.气缸 3.活塞 4.连杆 5.曲柄箱 6.排气阀
a.吸气过程：如图8-13（a）所示，当活塞从上死点位置向下移动时，气缸容积增大，压力下降，出现一定的真空度，进气管中的气体便顶开吸气阀而进入气缸，一直持续到活塞下行至下死点，吸气才停止。
图8-13 两级活塞式空压机工作原理图
（a）进气阀 （b）排气阀
b.压缩过程：当活塞由下死点上行时，气缸容积变小，进气阀关闭，气缸内的气体被压缩，气缸内气体压力逐渐升高，这就是压缩过程。但此时排气管中的气体压力高于气缸内气体的压力，排气阀仍处于关闭状态，气缸内气体还不能排出。
c.排气过程：如图8-13（b）所示，随着活塞继续上行，气缸内气体的压力继续升高，当压力升高到足以克服排气管中气体压力和排气阀上弹簧压力时，排气阀开启，压缩气体排出至储气瓶，直至活塞上行到上死点，排气才终止。
接着活塞重新下行，开始新的一个工作循环。这样，活塞周而复始地做往复运动，便不断地完成吸气、压缩、排气的过程。
（2）两级活塞式空压机工作原理
高压空压机均采用多级压缩与中间冷却。这样，既可减少压缩机的耗功量，又能保证压缩机良好的润滑条件。
图8-13所示为两级活塞式空压机工作原理图。图8-13（a）所示为单缸双作用、具有两级压缩与中间冷却的空压机，活塞上部为低压缸，下部为高压缸。在大气压力作用下的空气经过滤器、低压进气阀进入低压缸，压缩后从低压排气阀排至中间冷却器，压力升至P1。经过冷却后的压缩空气通过高压吸气阀进入高压缸，空气被第二次压缩，当压力P2升高至顶开高压排气阀时，开始排气，经后冷却器进入储气瓶。
图8-13（b）为双缸单作用活塞式空压机工作原理图。工作流程与图8-13（a）相同。
（3）膜式压缩机工作原理
膜式压缩机（俗称无油压缩机）是由气虹盖曲面和膜片之间构成气缸工作腔室。曲轴转动时，使活塞在油缸内作往复运动，推动油液，迫使膜片作往复振动，在进排气阀的控制下，膜片每振动一次，即完成一次进气、压缩和排气过程。由于气缸内没有活塞，不需向气缸内加任何润滑剂，因此被压缩的气体，可完全不被油迹所玷污，从而保证了压缩气体的纯洁。图8-14是膜式压缩机气缸结构剖面图。
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图8-14 膜片式压缩机气缸剖面图
1.密封盖 2.进气阀 3.节流孔板 4.排气阀 5.膜片 6.油密封垫 7.板螺钉
8.油密封盖 9.油压限制阀座 10.油压限制器 11.油压限制 12.活塞销 13.活塞
2）空压机的基本结构
（1）运动部件。
空压机的运动部件包括活塞、连杆和曲轴等。
（2）固定部件。
空压机的固定部件主要包括气缸盖、气缸体和曲轴箱等。
（3）气阀部分。
气阀是空压机的重要部件之一，直接关系到空压机运行的可靠性和经济性。空压机一般均采用自动阀，即借助压差而自动启闭的单向阀。常用的有环片阀、球面蝶形阀和条片阀等。图8-15为环片阀的剖视图，（a）为进气阀，（b）为排气阀。
图8-15 环片阀剖视图
（a）进气阀 （b）排气阀
（4）安全阀。
每台空压机都有一定的额定工作压力。为了防止空压机的排出压力超过允许值而发生危险，在空压机的每一级排出端均设置安全阀。安全阀的开启压力，一般高压级比额定工作压力高10%，低压级比额定工作压力高15%。
（5）润滑和冷却系统。
空压机的润滑方式有飞溅润滑和压力润滑两种。小型空压机多采用飞溅润滑。润滑油质量必须符合呼吸气的要求。
空压机工作温度高，气缸和气缸盖需要冷却；多级压缩时，被压缩气体需要中间冷却；最后排出的气体和滑油也需要冷却。冷却方式通常有风冷和水冷两种。
（6）压力自动调节装置。
潜水空压机的运行特点是间歇性的。为了便于实现自动控制，电动机多采用电动独立驱动，通过设置压力自动调节装置，使储气瓶的压力控制在某一范围内。图8-16是一种单触头压力自动调节装置的原理图，当储气瓶压力达到上限时，触头m和n分开，电动机断电；当储气瓶输出大量的空气使瓶内的压力下降至下限时，触头m和n又闭合，电动机重新开动。潜水作业时，要求空压机的下限压力大于潜水供气压力。
图8-16 压力自动调节装置原理图
3）空压机的管理要点
根据活塞式空压机的特点，在使用和管理时主要应注意下列事项：
（1）卸载。起动或停机时要先卸载。
（2）润滑。起动前和工作中要注意检查曲轴箱油位是否在规定的刻线之间。
（3）冷却水。冷式空压机起动前要先供水，运行过程中要注意保持适当的冷却水进口压力。风冷式空压机要防止风扇装反。
（4）压力。工作中要注意各级压力值是否正常，各级排气温度是否超过额定值。
（5）洁净。应保证空压机的吸气口安装在能吸入新鲜空气的位置上。
（6）气阀。气阀是压缩机的易损件之一，对工作影响甚大。管理中应注意它是否泄漏，以及升程和弹簧的强度、弹性是否合适。
（7）泄水。工作时要注意定期打开中间冷却器及油水分离器的泄放阀。
（8）故障。发现故障，应及时找专业人员排除。
（9）保养。平时必须经常对空压机进行清洁擦拭，检查气路、水路、油路、各种阀件及压力表等的连接处是否紧固。
（10）检修。严格按规定的周期和范围进行小、中、大修。
