往复式压缩机的基本知识与原理

.活塞式压缩机的基本知识及原理

活塞式压缩机的分类：

（1）按气缸中心线位置分类

立式压缩机：气缸中心线与地面垂直。

卧式压缩机：气缸中心线与地面平行，气缸只布置在机身一侧。 对置式压缩机：气缸中心线与地面平行，气缸布置在机身两侧。（如果相对列活塞相向运动又称对称平衡式） 角度式压缩机：气缸中心线成一定角度，按气缸排列的所呈现的形状。有分L型、V型、W型和S型。 （2）按气缸达到最终压力所需压级数分类 单级压缩机：气体经过一次压缩到终压 。 两级压缩机：气体经过二次压缩到终压。 多级压缩机：气缸经三次以上压缩到终压。 （3）按活塞在气缸内所实现气体循环分类 单作用压缩机：气缸内仅一端进行压缩循环。

双作用压缩机：气缸内两端进行同一级次的压缩循环。

级差式压缩机：气缸内一端或两端进行两个或两个以上的不同级次的压缩循环。 （4）按压缩机具有的列数分类

单列压缩机：气缸配置在机身的一中心线上。

双列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧的两条中心线上。 多列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧的两条以上中线上。 活塞式压缩机工作原理：

当活塞式压缩机的曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸内的工作容积则会发生周期性变化。活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞式压缩机的活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，活塞式压缩机的曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。 活塞式压缩机的基本结构

活塞式压缩机基本原理大致相同，具有十字头的活塞式压缩机，主要有机体、曲轴、连杆、十字头、气缸、活塞、填料、气阀等组成。

1、机身：主要由中体、曲轴箱、主轴瓦（主轴承）、轴承压盖及连接和密封件等组成。曲轴箱可以是整体铸造加工而成，也可以是分体铸造加工后组装而成。主轴承采用滑动轴承，安装时应注意上下轴承的正确位置，轴承盖设有吊装螺孔和安装测温元件的光孔。

2、曲轴：曲轴是活塞式压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的功率。其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。

3、连杆：连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传递给活塞对气体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。

4、十字头：十字头是连接活塞与连杆的零件，它具有导向作用。十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接、联接器连接、法兰连接等。大中型压缩机多用联接器和法兰连接结构，使用可靠，调整方便，使活塞杆与十字头容易对中，但结构复杂。

5、气缸：气缸主要由缸座、缸体、缸盖三部分组成，低压级多为铸铁气缸，设有冷却水夹层；高压级气缸采用钢件锻制，由缸体两侧中空盖板及缸体上的孔道形成泠却水腔。气缸采用缸套结构，安装在缸体上的缸套座孔中，便于当缸套磨损时维修或更换。气缸设有支承，用于支撑气缸重量和调整气缸水平。

6、活塞：活塞部件是由活塞体、活塞杆、活塞螺母、活塞环、支承环等零件组成，每级活塞体上装有不同数量的活塞环和支承环，用于密封压缩介质和支承活塞重量。活塞环采用铸铁环或填充聚四氟乙烯塑料环；当压力较高时也可以采用铜合金活塞环；支承环采用四氟或直接在活塞体上浇铸轴承合金。

活塞与活塞杆采用螺纹连接，紧固方式有直接紧固法，液压拉伸法，加热活塞杆尾部法等，加热活塞杆尾部使其热胀产生弹性伸长变形，将紧固螺母旋转一定角度拧至规定位置后停止加热，待杆冷却后恢复变形，即实现紧固所需的预紧力。活塞杆为钢件锻制成，经调质处理及表面进行硬化处理，有较高的综合机械性能和耐磨性。活塞体的材料一般为铝合金或铸铁。

7、填料：密封填料是由数组密封元件构成，每组密封元件主要由径向密封环、切向密封环、阻流环和拉伸弹簧组成。为减轻各组密封元件的工作负担，当密封压力较高时,在靠近气缸侧处设有节流环。当密封气体属易燃易爆性质时，在密封填料中设有漏气回收孔，用于收集泄漏的气体并引至系统。有油润滑时，密封填料中设有注油孔，可注入压缩机油进行润滑, 无油润滑时，不设注油孔。 8、气阀

气阀是压缩机的一个重要部件，属于易损件。它的质量及工作的好坏直接影响压缩机的输气量、功率损耗和运转的可靠性。气阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上下往复运动一次，吸、排气阀各启闭一次，从而控制压缩机并使其完成吸气、压缩、排气等工作过程。

气阀主要由阀座、阀片、弹簧、升程限制器和将它们组为一体的螺栓，螺母等组成。排气阀的结构与吸气阀基本相同，两者仅是阀座与升程限制器的位置互换，吸气阀升程限制器靠近气缸里侧，排气阀则是阀座靠近气缸内侧。环状阀因其阀片为薄圆环而得名，阀座与升程限制器上都有环形或孔形通道，供气体通过。阀片与阀座上的密封口贴合形成密封。升程限制器上有导向凸台，对阀片升降起导向作用。 活塞式压缩机的型号表示法

4M40——148/320型压缩机：4列、M型 活塞推力40×10N 额定排气量（换算到吸入状态下）148m/min

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额定排气压力320x10Pa（32MPa）。

压缩机实际工作中存在的问题 （1）余隙与膨胀

实际工作的压缩机，必须存在一定的余隙容积，包括活塞运动到止点时与盖端之间的间隙和阀座下面的空间及其它死角。留此间隙的目的是为了避免因活塞杆、活塞的热膨胀和弹性变形而引起的活塞与气缸的碰撞，同时以可防止气体带液而发生事故。防止液击的方法在设计上，每级压缩冷却后析出的冷凝液在设计上设置分离器进行气液分离。

余隙内的气体是排不出去的，当活塞离开而返回运动时，这部分气体（排出时的压力）开始膨胀，直至压力降至吸气入开始时的压力，新鲜气体才能进入。可见余隙的存在，使气缸的实际吸入量小于气缸的行程容积，即减少了新鲜气体的吸入量，降低了生产能力。因此，余隙容积在保证运行可靠的基础上，应尽量减小。 （2）气阀的阻力损失

通道和气阀不可能绝对光滑曲折，所以气体通过气阀和管道时，必须会产生阻力损失。因此气缸内的吸入压力总低于管道中的压力，气缸内实际排出压力总是高于排出管道的压力。 （3）气体温度升高

压缩机工作一段时间后，气缸各部分温度基本为一稳定值，它高于气体的吸入温度，低于排出温度。而气体每一循环中，传热情况是不断变化的。如压缩开始时气体温度较气缸温度低，于是气体自气缸吸取热量而提高本身温度，随着压缩机过程的进行，气体温度高于气缸温度。（气体加热后体积会产生膨胀）所以每经一级压缩后的气体都须经冷却器冷却后才进行下一级压缩。 （4）泄漏：（ 化工压缩的气体大多属有毒有害气体和易燃易爆气体，若泄漏发生轻则影响环境，重则爆炸着火。）气体泄漏的主要途径是经气阀、活塞环和填料处泄漏。

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1、气阀泄漏：气体得不到充分压缩就排出，吸气时又漏到气缸中如此反复循环（此时泄漏阀门压盖迅速升温），影响了下一级的吸收，本级吸收的新鲜气体就减少。

2、活塞环泄漏：如活塞环断裂、磨损过大时，压缩时气体会漏到吸气端或平衡缸，吸气时又漏回来。串气影响打气量。 3、填料泄漏：填料磨损过大时，高压气体就会从填料处大量泄漏到大气中。 二、压缩机主要参数 （一）转速（n）：单位为转／分，指由曲轴每分钟的转数。 （二）行程（s）：单位为毫米，指活塞从近止点到远止点的间距，也等于曲拐轴与主轴中心距的两倍。 （三）活塞平均速度（C平）：单位为米／秒，活塞运动中速度是变化的，在始点（如外止点）时为零，然后逐渐加速，在中点时为最大，然后逐渐降速，到终点（内死点）又为零，返行时亦如此。 活塞平均速度大则机器轻巧。但气体流速大，惯过力如未平衡好则振动大，易损件寿命受到影响，目前一般C平=3～5米／秒。

（四）压力比（ε）；是指进出口压力之比，即ε=P2／P1。由于气缸内有余隙容积总是不可避免的。当压缩比ε越高时，排出压力越高，残留的气体膨胀后所占的容积也就越大，使得吸入气体量减少，效率降低。如果采用多级压缩可使每一级压力比ε减小，从而提高各级气缸容积利用率，但压缩机级数的选择是根据多方面因素来考虑的。在实际上，多级压缩的每级压缩比为2.5～3.5。 (五) 排气量（Q）：在压缩机排气端测得的单位时间内排出的气体体积，换算到压缩机吸气条件（压力、温度、湿度）

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下的数值称为排气量，以V表示。单位为米/分。

（六）功率与效率：活塞压缩机消耗的功率包括有：压缩气体的功耗，气缸中气阀等阻力损失与各种机械摩擦等功耗。 压缩气体的功耗由于和气体的热力性能有关，当气缸冷却十分完善，气体在气缸中气流速度很慢时，气体在受压缩时所产生的热都及时传走，因而几乎是等温压缩过程，此时消耗功率最省。当气缸冷却很不好，气流速度又快，气体在压缩时所产生的热全部无法散失，则接近绝热压缩过程，此时功耗最大、实际活塞式压缩机压缩过程和介于两者之间，属于多变过程。 （七）活塞力（P）、单位为吨，压缩机活塞杆、曲轴、连杆等尺寸主要是根据活塞力来设计的

故障分析及处理措施

压缩机组在运行现场发生了排气量不足，压力.温度异常的现象，其原因及排除措施： 故障现象 1.气缸的故障 原因分析 （1）气缸磨损或擦伤超过最大的允许限度，形成漏气，影响排气量 （2）气缸盖与气缸体结合不严，装配时气缸垫破裂或不严密行成漏气，影响排气量 （3）气缸冷却水供给不良（冷却水管堵塞或气缸水套水污过多），气体经过阀室进入气缸时形成预热，影响排气量 （4）活塞与气缸配合不当，间隙过大，形成漏气，影响排气量 （1）吸.排气阀装配不当，彼此的位置相互弄错，不但影响排气量，还会引起压力在各级中重新分配，温度也有变化 （2）阀座和阀片之间掉入金属碎片或其他杂物，关闭不严，形成漏气，影响排气量，影响级间压力和温度 （3）阀座和阀片接触不严，形成漏气，影响排气量 （4）吸气阀弹簧不适当，弹力过强则吸气时开启 排除方法 （1）刮削或重新镗铣气缸，经过研磨修理磨损、拉伤的气缸，并更换加大的活塞、活塞环，重新进行装配 （2）刮研气缸盖与气缸体结合面或更换气缸垫 （3）保证合适的冷却水，不使气缸超过规定的温度 （4）对检修的压缩机镗铣气缸后，要装配合适的活塞、活塞环 （1） 应立即更正装错的吸、排气阀 （2） 分别检查吸、排气阀，若吸气阀盖发热，则吸气阀有故障，其它各阀也照此方法检查，检查出问题后拆开气阀修理 （3） 刮研接触面，或更换新的阀座、阀片 （4） 检查弹簧，按出厂规定的弹簧弹力选择使用2.吸.排气阀的故障