【正文】 ，具有使用其他動(dòng)力（電力、熱力等）的機(jī)械所不能具有的許多優(yōu)點(diǎn)。因此，被國(guó)內(nèi)、外各種工業(yè)、礦山、科研等部門所采用?？諝鈮嚎s機(jī)既是為滿足動(dòng)力或工藝上不同要求而生產(chǎn)壓縮空氣的機(jī)械，同時(shí)又是要由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而大量消耗動(dòng)力的機(jī)械。具有合理使用、精心維護(hù)、及時(shí)調(diào)試、正確修理，才能保證空氣壓縮機(jī)持續(xù)、安全地運(yùn)轉(zhuǎn)。按照GB4976——85標(biāo)準(zhǔn)，空氣壓縮機(jī)可以分為以下幾類：圖 10 壓縮機(jī)分類活塞式空壓機(jī)是一種技術(shù)含量高，關(guān)鍵件加工困難的新型機(jī)器，廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè)、石油化工、電力等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門。特別是近年來，隨著我國(guó)塑料工業(yè)的基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)2快速發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，要求活塞式空壓機(jī)具有更高的壓力、更大的容積流量， m3/min的空壓機(jī)，而日前國(guó)內(nèi)尚無合適機(jī)型，該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)屬空檔。為填補(bǔ)這一空白，提高我國(guó)塑料等工業(yè)整體質(zhì)量水平，我們?cè)O(shè)計(jì)一種性能好、可靠性高的活塞式空壓機(jī)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。本設(shè)計(jì)中所選空氣壓縮機(jī)均為活塞式,故就活塞式空氣壓縮機(jī)工作原理進(jìn)行一序列介紹:一．工作過程活塞式空氣壓縮機(jī)（以下簡(jiǎn)稱空壓機(jī)）壓縮空氣的過程，主要是通過活塞在汽缸內(nèi)不斷地往復(fù)運(yùn)動(dòng)來完成的?；钊谄變?nèi)一次往復(fù)的全過程分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過程，和稱為一個(gè)工作過程。為了敘述方便，現(xiàn)將單級(jí)單作用和雙作用式空壓機(jī)的一個(gè)汽缸分別簡(jiǎn)化，如圖所示： 圖11 單級(jí)壓縮機(jī)的汽缸簡(jiǎn)圖 a）單作用式 b）雙作用式1——汽缸 2——活塞 3——進(jìn)氣閥 4——排氣閥 5——活塞桿它們的工作過程都是一樣的，所不同的是：?jiǎn)巫饔檬疆?dāng)活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，只有一次吸氣、壓縮和排氣過程。即曲軸旋轉(zhuǎn)一周只完成一個(gè)工作過程。雙作用式由于汽缸兩端都裝有進(jìn)、排氣閥，因此，在相同時(shí)間里，不論活塞想右或向左運(yùn)動(dòng)，都能在其前方完成壓縮和排氣過程，在其后方完成吸氣過程。即曲軸旋轉(zhuǎn)一周能完成兩個(gè)工作過程。(1).單作用式空壓機(jī)的工作過程基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)31．吸氣過程 當(dāng)活塞2向右邊移動(dòng)時(shí)，汽缸左邊的容積增大，壓力下降；當(dāng)壓力降到稍低于進(jìn)氣管中空氣壓力（即大氣壓力）時(shí)，管內(nèi)空氣便頂開進(jìn)氣閥3進(jìn)入汽缸，并隨著活塞的向右移動(dòng)繼續(xù)進(jìn)入汽缸，直到活塞移至右邊的末端為止。該端點(diǎn)稱為內(nèi)止點(diǎn)，根據(jù)汽缸排列形式的不同，又可稱為后止點(diǎn)或下止點(diǎn)。2．壓縮過程 當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，汽缸左邊容積開始縮小，空氣被壓縮，壓力隨之上升。由于進(jìn)氣閥的止逆作用，是缸內(nèi)空氣不能倒流回進(jìn)氣管中。同時(shí)，因排氣管內(nèi)空氣壓力又高于汽缸內(nèi)空氣壓力，空氣無法從排氣閥4流出缸外，排氣管中空氣也因排氣閥的止逆作用而不能流回汽缸內(nèi)，所以，這時(shí)汽缸內(nèi)形成一個(gè)封閉容積。當(dāng)活塞繼續(xù)向左移動(dòng)，缸內(nèi)容積縮小，空氣體積也隨之縮小，壓力不斷提高。3．排氣過程 隨著活塞的不斷左移壓縮缸內(nèi)空氣，使壓力繼續(xù)升高。當(dāng)壓力稍高于排氣管中空氣壓力時(shí)，缸內(nèi)空氣便頂開排氣閥而排入排氣管中，并繼續(xù)排出到活塞移至左邊末端（該端點(diǎn)稱為外止點(diǎn)，又可以稱為前止點(diǎn)或上止點(diǎn)）為止。然后，活塞又向右移動(dòng)，重復(fù)上述的吸氣、壓縮、排氣這三個(gè)連續(xù)的工作過程。(2)．雙作用空壓機(jī)的工作過程當(dāng)活塞2（圖B）向右邊移動(dòng)時(shí)，空氣頂開左邊進(jìn)氣閥3被吸入汽缸內(nèi)，同時(shí)，在缸內(nèi)右腔中的空氣被壓縮；待排氣閥4打開后，便把壓縮空氣由汽缸的右腔內(nèi)排到排氣管中。當(dāng)活塞從右向左移動(dòng)時(shí)，空氣經(jīng)右邊進(jìn)氣閥3被吸入汽缸內(nèi)，而左腔中的壓縮空氣便經(jīng)過排氣閥4排出。由此可見，雙作用式空壓機(jī)的活塞在缸內(nèi)往復(fù)一次（曲軸正好旋轉(zhuǎn)了一周），便完成兩次吸氣、壓縮和排氣過程。由于活塞在汽缸內(nèi)的不斷地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，汽缸便循環(huán)地吸氣、壓縮和排氣?；钊拿恳淮瓮鶑?fù)稱為一個(gè)工作循環(huán)，即一個(gè)工作過程，活塞每往復(fù)一次所經(jīng)過的距離稱為行程?；钊娣e與活塞行程相乘即為汽缸工作容積；活塞在曲軸旋轉(zhuǎn)一周所掃過的容積稱為汽缸全容積。二．理論示功圖空壓機(jī)是通過消耗機(jī)械功來達(dá)到壓縮與輸送空氣的目的?？諝庠谄變?nèi)壓力P與體積V的變化情況，可以從示功儀描繪的示功圖，即以 P為縱坐標(biāo)，V 為橫坐標(biāo)的函基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4數(shù)關(guān)系的PV圖上看出；還可以根據(jù)示功圖的面積計(jì)算出壓縮機(jī)所消耗的指示功率。因此，在所述空壓機(jī)的工作原理時(shí)，是離不開示功圖的。下圖即為一單級(jí)作用式壓縮機(jī)的汽缸示意圖及理論示功圖。圖12 單級(jí)單作用式壓縮機(jī)的汽缸示意圖及理論示功圖1——汽缸 2——活塞 3——近氣閥 4——排氣閥在分析這種活塞式壓縮機(jī)的理論工作過程前，必須做如下假設(shè)：汽缸中沒有余隙容積，被壓縮氣體能全部排出汽缸；進(jìn)、排氣管中氣體狀態(tài)相同（即無阻力、無氣流脈動(dòng)、無熱交換）；氣閥啟閉及時(shí)，氣體無阻力損失；壓縮容積絕對(duì)密封、無任何泄露；氣體壓縮過程中，不論有無熱交換，其過程指數(shù)為定值。上述假設(shè)，實(shí)際上是不可能存在，但它對(duì)掌握壓縮機(jī)原理和其工作特點(diǎn)是十分重要的。當(dāng)活塞2按a方向向右移動(dòng)時(shí)，汽缸I內(nèi)的容積增大，壓力稍低于進(jìn)氣管中空氣壓基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)5力為P1，則活塞由外止點(diǎn)移至內(nèi)止點(diǎn)時(shí)所進(jìn)行的吸氣過程，在示功圖中，可用一段平行于V軸、并相距為P1的直線AB來表示。線段AB稱為吸氣線，它說明：在整個(gè)吸氣過程中，缸內(nèi)空氣的壓力P1保持不變，體積V1卻在不斷地增加；V2 為吸氣終了時(shí)空氣的體積。當(dāng)活塞按 b方向向左移動(dòng)時(shí)，缸內(nèi)I的容積縮小，同時(shí)進(jìn)氣閥關(guān)閉，空氣開始被壓縮，并隨著活塞的左移，壓力逐漸升高。此過程為壓縮過程，在示功圖中用曲線BC表示，稱為壓縮曲線，在壓縮過程中，隨著空氣壓力的不斷升高，其體積是逐漸縮小的。當(dāng)缸內(nèi)空氣的壓力升高到稍大于排氣管中空氣的壓力P2時(shí)。排氣閥4被頂開，排氣過程開始。在示功圖中用一段平行于V周，并相距為 P2的直線段CD（稱為排氣線）表示。在排氣過程中，缸內(nèi)壓力一直保持不變，容積逐漸縮小。當(dāng)活塞移動(dòng)大汽缸外止點(diǎn)時(shí)，排氣過程便結(jié)束，此時(shí)，壓縮機(jī)的曲軸正好旋轉(zhuǎn)一周而完成一個(gè)工作循環(huán)。當(dāng)活塞在外止點(diǎn)改向右移時(shí)，缸內(nèi)壓力下降，吸氣過程又重新開始；缸內(nèi)空氣壓力從P2降到 P1的過程，在示功圖中以垂直于 V軸的直線段DA（縱坐標(biāo)）來表示。在理論示功圖中，以AB、BC、CD 、和DA 線為界的ABCDA圖形的面積，表示完成一個(gè)工作過程所消耗的功，也就是推動(dòng)活塞所必需的理論是、壓縮功；其面積愈小，則將空氣壓縮到所需壓力時(shí)消耗的理論功就愈少。三．壓縮氣體的三種過程空氣在汽缸內(nèi)被壓縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這是因?yàn)榛钊麑?duì)它作了功。功的符號(hào)為W，單位為 J或Kw。H（壓縮機(jī)常用kW。h）?？諝馐軌嚎s時(shí)所產(chǎn)生的熱量，大部分將留在空氣中，使本身溫度升高，并增加了空氣的內(nèi)能（空氣分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子相互作用的位能的總和，它只與空氣的溫度有關(guān)）。還有一部分傳給汽缸，使其溫度升高；尚有少部分熱量則通過汽缸壁傳到大氣中?？諌簷C(jī)在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)所消耗的全功，是吸氣過程功、壓縮過程功、排氣過程功的總和，稱為循環(huán)壓縮功，簡(jiǎn)稱壓縮功（它分為理論壓縮功和實(shí)際壓縮功）。通常規(guī)定，活塞對(duì)空氣所做的功（即空氣吸收熱量）為正值；空氣對(duì)活塞所做的功（即空氣放出熱量）為負(fù)值。基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)6工作過程中所需的壓縮功以及溫度變化，均與空氣的受壓程度成正比，即取決于氣體狀態(tài)的改變過程。消耗的大小，則與除去壓縮過程中所產(chǎn)生的熱量（即冷卻）密切相關(guān)。由于壓縮機(jī)的冷卻情況不同，通?？煞譃榈葴?、絕熱、多變?nèi)N壓縮過程。多變壓縮過程界于等溫和絕熱壓縮過程之間，等溫和絕熱壓縮過程是多變壓縮過程的兩種特殊過程。P—~；等溫壓縮 n=1；絕熱壓縮n=k，空氣的。圖3為壓縮氣體時(shí)三種過程的示功圖。圖中曲線BC2表示等溫過程，稱為等溫壓縮線；曲線BC 表示絕熱過程，稱為絕熱壓縮線；曲線BC1表示多變過程，稱為多變壓縮線。圖13 壓縮其他時(shí)的三種過程示功圖1．等溫壓縮過程 它能將與壓縮功相當(dāng)?shù)臒崃坑衫鋮s截止帶走，使缸內(nèi)空氣溫度保持不變（不因壓力增加而升高），故稱等溫壓縮過程。其一個(gè)工作循環(huán)的總功等于理論壓縮功，由于，故：??? （kW .h）?等基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)7壓縮終了溫度T2=吸入溫度式中 pp2——吸氣、排氣壓力（絕對(duì)壓力Pa） V1——壓縮開始時(shí)氣體體積（m3）等溫壓縮是實(shí)際生產(chǎn)中難以辦到的一種理想過程，但可用冷卻來盡量接近它。2．絕熱壓縮過程 在壓縮過程中所產(chǎn)生的熱量全部留在汽缸內(nèi)的空氣中，所消耗機(jī)械功全部用來增加空氣的內(nèi)能，結(jié)果使空氣的溫度升得很高。這種既不向外界傳熱、也不從外界吸熱的過程，稱為絕熱壓縮過程。它也是一種理想過程，實(shí)際上很難做到無絲毫的熱交換。其一個(gè)工作循環(huán)的理論壓縮功為： )(11072. 26 hkWpVkWk?????????????????絕壓縮終了溫度 )(1212KPTk???????3．多變壓縮過程 它是不全等溫，也絕不全絕熱，即介于等溫和絕熱壓縮之間的過程，故稱多變壓縮過程。實(shí)際生產(chǎn)中的壓縮機(jī)的工作過程大都屬于這種過程。其一個(gè)工作循環(huán)的理論壓縮功為： ??hkWpVnWn?????????????????11072. 26多壓縮終了溫度 )(1212KpTn????????從圖13不難看出：等溫壓縮圖形ABC2DA的面積最小，所消耗壓縮功也最少，且壓縮前后基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)8的溫度不變。絕熱壓縮圖形ABCDA的面積最大，所消耗壓縮功最多，壓縮終了的溫度也最高。多變壓縮則介于二者之間。由此可見，當(dāng)多變壓縮線偏近等溫壓縮線時(shí)，不僅省功，溫度也能降低；若偏近絕熱壓縮線，則不但費(fèi)功，溫度也會(huì)升高。因此，在實(shí)際工作中為了節(jié)省壓縮功和降低溫度，應(yīng)使多變壓縮過程接近于等溫壓縮過程，就必須加強(qiáng)對(duì)空壓機(jī)的冷卻。冷卻的效果愈好，散除熱量愈多，耗功就愈少、愈經(jīng)濟(jì)。在大、中型空壓機(jī)中，大多采用水冷卻的方式來冷卻汽缸和壓縮后的高溫空氣（通過中間冷卻器和后冷卻器）。 （1）國(guó)外概況國(guó)外空壓機(jī)廠家對(duì)空壓機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行了多次脫胎換骨的技術(shù)創(chuàng)新，它們已經(jīng)生產(chǎn)出了具有高效率、高技術(shù)含量的滑片式、螺桿式以及離心式的空壓機(jī)。國(guó)外對(duì)船用活塞式空氣壓縮機(jī)的研究較早，始于60年代，但真正發(fā)展較快的是在80年代以后，到目前為止，中壓往復(fù)活塞式空壓機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用還很少，以船用空壓機(jī)為主，代表公司有英國(guó)Hamworthy工程公司，德國(guó)紹爾公司、哈拉帕有限公司，日本田邊空氣機(jī)械制作所等。具體機(jī)器的型號(hào)、規(guī)格如表11所示；廠家名稱 紹爾公司 哈拉帕公司 田邊公司型號(hào) WP80L WP100L W80 WHO VLHH64 VLHH64壓力(MPa) 排氣量(m3/min) 轉(zhuǎn)速(r/min)1170 1170 1450 1150 900 1200功率(kW) 13 16 173 162 15 22近10年來，空壓機(jī)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展動(dòng)向?yàn)?提高氣閥等易損件的使用壽命，向全自動(dòng)控制方向發(fā)展，設(shè)有啟動(dòng)、停車、運(yùn)行的自控裝置和參數(shù)失常的保護(hù)措施，降低噪聲，配置壓縮空氣干燥凈化裝置，以提高壓縮空氣品質(zhì)?；谌釬X2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)9（2）國(guó)內(nèi)概況 中國(guó)空壓機(jī)廠幾十年都在生產(chǎn)同一種產(chǎn)品 ，導(dǎo)致了中國(guó)空壓機(jī)只是在低層次上的發(fā)展，而沒有取得根本技術(shù)上的突破。國(guó)內(nèi)對(duì)陸用空壓機(jī)的研究較晚，目前生產(chǎn)的空壓機(jī)也較少，且品種單一，主要為排氣量0.6m3/min以下，微型機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)而獲得的，一般為兩級(jí)壓縮、可靠性差，每年產(chǎn)量?jī)H為1000臺(tái)左右。中國(guó)現(xiàn)在仍在大規(guī)模生產(chǎn)的活塞式空壓機(jī)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)早已淘汰。隨著塑料制品行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)空壓機(jī)要求具有更高壓力，更大氣量才能使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量好，成本低。同時(shí)，對(duì)空壓機(jī)的可靠性與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性也提出了更高的要求，就國(guó)內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)水平無論在品種上，還是在可靠性方面都難以滿足。．電氣控制技術(shù)發(fā)展概況電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而迅速發(fā)展的，從最早的手動(dòng)控制到自動(dòng)控制，從簡(jiǎn)單的控制設(shè)備到復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從有觸點(diǎn)的硬接線控制系統(tǒng)到以計(jì)算機(jī)為中心的存儲(chǔ)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、精密測(cè)量等許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。作為生產(chǎn)機(jī)械動(dòng)力的電機(jī)拖動(dòng)，已由最早的采用成組拖動(dòng)方式至單獨(dú)拖動(dòng)方式，至生產(chǎn)機(jī)械的不同運(yùn)動(dòng)部件分別由不同的電機(jī)拖動(dòng)的多電機(jī)拖動(dòng)方式，發(fā)展到今天無論是自動(dòng)化功能還是生產(chǎn)安全性方面都相當(dāng)完善的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)。繼電接觸式控制系統(tǒng)主要由繼電器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)容易、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是機(jī)床和其他機(jī)械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學(xué)習(xí)先進(jìn)電氣控制的基礎(chǔ)。這種控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是采用規(guī)定的接線方式，靈活性差，工作頻率低，觸點(diǎn)易損壞，可靠性差。從20世紀(jì)30年代開始，生產(chǎn)企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，采用機(jī)械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方式，對(duì)不同類型的產(chǎn)品分別組成生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品類型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對(duì)象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的設(shè)備按新的工藝過程允許，而繼電接觸器控制系統(tǒng)采取規(guī)