往复压缩机结构与工作原理讲解

1、 往复式压缩机 1.1 概述概述 1.2 多级压缩多级压缩 1.3 主要热力性能指标及结构参数主要热力性能指标及结构参数 1.4 主要零部件主要零部件 1.5 压缩机的选型压缩机的选型 1.1 概概 述述 工作腔部分: 气阀 气缸 活塞 传动部分: 连杆 曲柄 十字头 机身部分 辅助设备: 润滑系统 冷却系统 1-1-气缸盖气缸盖 2-2-排气阀排气阀 3-3-进气阀进气阀 4-4-气缸气缸 5-5-活塞活塞 6-6-活塞环活塞环 7-7-冷却套冷却套 8-8-连杆连杆 9-9-曲轴曲轴 1.工作的稳定性较好； 2.机器适用性强； 3.机器的热效率较高； 4.容积式机器结构较复杂， 易损零件多

2、； 5.气体吸入和排出是间歇 的，易引起气柱及管道的 振动 1.2 多级压缩多级压缩 所谓多级压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行， 并在每级压缩之后将气体导入中间冷却器进行冷却。 节省压缩气体的指示功 降低排气温度 提高容积系数 降低活塞力 大、中型压缩机级数的选择，一般以最省功为原则。 小型移动压缩机虽然液应注意节省功的消耗，但往往重量 是主要矛盾。因此级数选择多取决于每级允许的排气温度。 在排气温度的允许范围内，尽量采用较少的级数，以利于 减轻机器的重量。对于一些特殊气体，其化学性质要求排 气温度不超过某一温度，因此级数的选择也取决于每级允 许达到的排气温度。下表是往复压缩机级数与终了

3、压力的 一般关系。 多级压缩过程中，常取各级压力比相等，这 样各级消耗的功相等，而压缩机的总耗能也最小。 即各级压力比 为： 式中，z压缩机级数。 对于实际气体，考虑到气体可压缩性的影响，压 力比的分配可根据功相的原理作适当的升降。 i d z i s p p 1.3 主要热力性能指标及结构参数主要热力性能指标及结构参数 1.压缩机的吸气和排气压力分别指第一吸入管道处 和末级排出接管处的气体压力。 2.因为压缩机采取的是自动阀，气缸内压力取决于 进、排气系统的压力，所以吸、排气压力是可以 变更的。 3.压缩机铭牌上的吸、排气压力是指额定值，实际 上只要机器强度、排气温度、原动机功率及气阀 工作

4、许可。 4.它们是可以在很大范围内变化的。 压缩机的容积流量，通常是指单位时间内压缩 机最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的 压力和温度时气体容积值，单位是m/h或m/min. 容积流量随压缩机的进口状态而变，它不反映 压缩机所排气体的物质数量。化工工艺中适用的压 缩机由于工艺计算的需要，需将流量折算到标准状 态( )时的干气容积值，此值称为 供气量或称标准容积流量（在空气动力计算中标准 温度为15）。 5 1.013 10,0Pa 压缩机的排气温度时指压缩机末级排出气体的 温度，它应在末级气出气管处测得。 多级压缩机末级之前各级的排气温度称为该级 的排气未温度，在相应的排气接管处测得。

5、 1.指示功： 压缩机用于压缩气体所消耗的功； 2.摩擦功： 压缩机用于克服机械摩擦所消耗的功； 3.轴功：指示功与摩擦功之和，即主轴需要的总功； 4.功率： 单位时间所消耗的功； 5.比功率： 排气压力相同的机器，单位容积流量所消耗 的功 1.6 调节方式及控制调节方式及控制 1.气量的调节方式 气量的调节要求 气量的调节原理 气量调节的几种方式 2.调节系统 l 转速调节 l 管路调节 l 压开进气阀调节 气量的调节要求气量的调节要求 容积流量随时和耗气量相等，即所谓连续调 节，当不能连续调节时可采用分级调节，最简单 的情况下压缩机只有排气和不排气两种工况，称 间断调节。 调节工况经济性好

6、，即调节时单位容积流量 功耗小； 调节系统结构简单，安全可靠，并且操作维 修方便。 （1 1） 转速调节转速调节 适用范围：内燃机、蒸气机以及可变转速电动 机驱动的压缩机，可比较方便地实现连续的气 量调节。 优点：气量连续；调节工况比功率消耗小，压 缩机各级压力比保持不变；压缩机上不需设专 门的调节机构等。 缺点：源动机本身性能的限制，且低于额定转 速时，经济性低。转速低时由于压缩机进气速 度降低，压缩机气阀工作可能会出现不正常。 （2 2） 管路调节管路调节 进气节流：进气节流：在管路方面增加适当阻力使压力系 数减少，由此使气量减少。 切断进气：切断进气：这种调节利用阀门关闭进气管路， 由此

7、使容积流量为零。 进、排气管连通：进、排气管连通：排气 管经由旁通管路和旁通 阀门与进气管相连接。 调节时只要打开旁路阀， 排出的气体便又会入进 气管路中。 （3 3） 压开进气阀调节压开进气阀调节 利用一个压开装置，把进气阀强制地压开，使进气 阀全部地或部分地丧失正常工作能力，也即使压缩 机吸进的气体，因进气阀片不能自动关闭而在压缩 和排气行程仍回入进气管，借以达到调节气量的目 的。 全行程压开进气阀 部分行程压开进气阀 1.7 主要零部件主要零部件 1.1.对气缸的要求对气缸的要求 2.2.气缸的结构型式气缸的结构型式 3.3.气阀在气缸中的布置气阀在气缸中的布置 4.4.气缸的工作表面、

8、缸套气缸的工作表面、缸套 1. 1. 对气缸的要求对气缸的要求 l 应具有足够的强度与刚度； l 要求气缸内部工作面及尺寸应用必要的加工精度和 表面粗糙度，有良好的耐腐蚀性。余隙容积尽可能 小些； l 应具有良好的冷却、润滑条件； l 气缸上的开孔和通道，在尺寸和形状等方面要尽可 能有利于减少气体阻力损失； l 应有利于制造和便于检修，应符合系列化、通用化、 标准化的“三化”要求，以便于互换。 l 应力求结构简单，造价低。 2. 2. 气缸的结构型式气缸的结构型式 l按气缸容积的利用情况按气缸容积的利用情况 l按气缸冷却方式的不同按气缸冷却方式的不同 l按气缸制造方法的不同按气缸制造方法的不同

9、 单作用单作用 双作用双作用 级差式级差式 风冷式风冷式 水冷式水冷式 铸造气缸铸造气缸 锻造锻造气缸气缸 3. 3. 气阀在气缸中的布置气阀在气缸中的布置 气阀在气缸上配置三种方式： l气缸配置在气缸盖上； l气阀配置在气缸体上； l气阀轴线与气缸轴线呈非正交混合配置方式。 布置气阀的主要要求： l尽量使气阀通道面积大些，以减少气流阻力损 失； l配置气阀力求气缸余隙要小； l气阀安装维修方便； l对于高压气缸，尽可能不要在气缸上开孔，以 免消弱气缸或引起应力集中。 4. 4. 气缸的工作表面、缸套气缸的工作表面、缸套 工作表面（镜面）：与活塞外圆相配合的气缸（或缸套） 的内壁表面。 薄壁缸

10、套：气缸的工作表面经过使用若干时间候，由于磨 损的结果，常因间隙过大或表面粗糙等原因不能继续使用。 因此，可将工作表面再次加工或压入一个圆桶型的薄壁缸 套。 缸套分类 干式缸套：不直接与冷却水接触的缸套。 湿式缸套：直接与冷却水接触的缸套。 活塞组件包括活塞、活塞环、活塞 杆等。它们在气缸中作往复运动， 与气缸一起构成压缩容积。 1.1.活塞活塞 2.2.活塞杆活塞杆 3.3.活塞环活塞环 活活 塞塞 活活 塞塞 杆杆 1.活塞杆的作用： 连接活塞和十字头，传递作用于活塞上的力并带动活塞 运动。 2.对活塞杆的主要要求： l 活塞杆要有足够的强度，刚度和稳定性。 l 耐磨性好并有较高的加工精度

11、和表面粗糙度要求。 l 在结构上尽量减少应力集中的影响。 l 保证连接可靠，防止松动。 活塞杆的结构设计要便于活塞的拆装。 活活 塞塞 环环 活活 塞塞 环环 气缸的作用时控制气缸中的气体吸入和排出。 1.1.气阀的结构气阀的结构 2.2.对气阀的要求对气阀的要求 3.3.气阀的种类气阀的种类 4.4.环状阀的构造及工作过程环状阀的构造及工作过程 5.5.气阀的材料气阀的材料 6.6.气阀的制造工艺要求气阀的制造工艺要求 对气阀的要求对气阀的要求 气阀的作用是控制气缸中的气体吸入和排气阀的作用是控制气缸中的气体吸入和排 出。压缩机上的气阀都是自动气阀，即气阀的出。压缩机上的气阀都是自动气阀，即

12、气阀的 启闭不是用专门的控制机构而是靠气阀两侧的启闭不是用专门的控制机构而是靠气阀两侧的 压力差来自动实现及时启闭的。压力差来自动实现及时启闭的。 对气阀的主要要求是：对气阀的主要要求是： 气阀开闭及时，关闭时严密不漏气；气阀开闭及时，关闭时严密不漏气； 气流通过气阀时，阻力损失小；气流通过气阀时，阻力损失小； 气阀使用寿命长；气阀使用寿命长； 气阀形成的余隙容积小；气阀形成的余隙容积小； 结构简单，互换性好。结构简单，互换性好。 气阀的种类气阀的种类 环状阀的构造及工作过程环状阀的构造及工作过程 环状阀的构造环状阀的构造 化妆阀工作过程化妆阀工作过程 气阀运动曲线及分析气阀运动曲线及分析 环

13、状阀的构造环状阀的构造 1-1-阀座阀座 2-2-阀片阀片 3-3-弹簧弹簧 4-4-升程限制器升程限制器 气阀的材料气阀的材料 阀座和升程限制器均受冲击载荷，阀座还承 受阀两侧的气体压力差。要求材料耐冲击并有 足够强度。阀座和升程限制器的材料可根据气 体性质的不同和承受压力差的不同而选择相应 的材料。 阀片材料应具有强度高、耐性好、耐磨、耐 腐蚀性能。 气阀弹簧一般采用碳素弹簧钢，合金弹簧钢 及不锈钢等材料。 气阀的制造工艺要求气阀的制造工艺要求 用灰铸铁或合金铸铁制造的低压阀 阀座，密封表面应有特别细密的金相组 织。用优质碳素钢或合金钢30CrMnSi制 造的中压与高压阀座，密封表面要进行

14、 调质或表面硬化处理，硬度达HRC30-35。 阀座密封面应进行研磨，表面粗糙度及 Ra值不得高于0.4m。 简简 介介 平面填料平面填料 填料密封整体结构填料密封整体结构 密封室的结构密封室的结构 填料密封材料填料密封材料 密封组件简介密封组件简介 为了密封活塞杆穿出气缸处的间隙，通常用一组 密封填料来实现密封。填料是压缩机中易损件之一。 压缩机中极少采用软质填料，常用的填料有金属或 金属与硬质填充塑料。 对填料的要求是：密封性好，耐磨性好，使用寿 命长结构简单，成本低，标准化，通用程度高。 活塞杆与气缸间隙采用填料密封，其密封原理是 靠气体压力使填料紧抱活塞杆，阻止气体泄漏。 根据密封前后

15、气体的压力差，常用的填料有适用 于低压的平面而填料和适用于高压的锥形填料。 填料密封整体结构填料密封整体结构 1-1-密封盒密封盒 2-2-闭锁环闭锁环 3-3-密封圈密封圈 4-4-镯形弹簧镯形弹簧 填料密封整体结构填料密封整体结构 1-1-密封盒密封盒 2-2-闭锁环闭锁环 3-3-密封圈密封圈 4-4-镯形弹簧镯形弹簧 填料密封整体结构填料密封整体结构 1-1-密封盒密封盒 2-2-闭锁环闭锁环 3-3-密封圈密封圈 4-4-镯形弹簧镯形弹簧 1-1-密封盒密封盒 2-2-闭锁环闭锁环 3-3-密封圈密封圈 4-4-镯形弹簧镯形弹簧 填料密封整体结构填料密封整体结构 密封室的结构密封室的

16、结构 填料密封材料填料密封材料 平面填料一般采用铸铁HT200，特殊情况用锡青 AZQSn8-12，轴承合金ZChSnSb11-6以及高铅青 铜等。在无油润滑压缩机中，密封圈可选用填 充聚四氟乙烯，由于这种材料导热性差，并有 冷流性，密封圈的端面及内圆面应有较高的表 面粗糙度要求，端面应研磨，Ra值为0.2m。 密封圈的两端面应平行平面度在100mm长度不得 大于0.02mm，内孔圆度不大于直径公之半。 作用及组成作用及组成 曲柄曲柄 连杆连杆 十字头十字头 （1 1） 作用及组成作用及组成 压缩机的曲柄连杆机构不仅要将驱动的回转运 动转换为活塞的往复直线运动，而且是传递动 力的机构。 曲柄连

17、杆机构包括曲轴、连杆、是字头等组件。 要求它们应具有足够的强度、刚度、耐磨性号、 结构简单、轻便、便于制造，拆装和维修。 （2 2） 曲曲 柄柄 压缩机中所用的曲柄有两种：曲柄轴和曲拐轴。曲轴主 要包括主轴颈、曲柄和曲拐等部分。 曲柄轴的结构特点是仅在曲拐销的一端有曲柄，曲拐销的 另一端为开式，连杆的大头可从此端套入。因此，曲柄轴 采用悬臂式支承。 曲拐简称曲轴。其特点是：曲拐销的两端均有曲柄。曲 轴一般用40或45优质碳素钢锻造或用稀土球墨铸铁锻造而 成。 常用的表面处理方法是：表面淬火和氮化。 3. 3. 连连 杆杆 连杆是连接曲轴与十字头（或活塞）的部件。连杆 包括连杆、大头和小头三部分。连杆按其大头的结构 型式，可分为开式连杆和闭式连杆。 开式连杆的大头为剖分式，通过连杆螺栓将连杆体 与大头盖连接把紧，使大头孔与曲拐销配合。 闭式两那的大头为整体结构，连杆