化工机器-活塞式压缩机

第三章活塞式压缩机第一节概述一、压缩机在石油化工生产中的用途及分类1、用途：是一种输送气体和提高气体压力的机器。（1）压缩气体作为动力；（2）压缩气体用于制冷和气体分离；（3）压缩气体用于合成及聚合；（4）气体输送。2、气体分类：（1）容积式压缩机：靠容腔容积的变化来输送介质或转换能量的。主要由往复式（往复式、隔膜式）和回转式（滑片式、螺杆式、转子式）（2）速度式压缩机：利用高速旋转的转子将其机械能传给气体，是气体压力提高。主要有轴流式和离心式。（3）喷射泵：没有叶轮，依靠具有一定压力的气体，经喷嘴喷出时获得很高的速度并在周围形成低压区吸入气体，从而使气体获得速度，经扩压管扩压，达到提高气体压力的目的。二、活塞式压缩机的基本构造及工作过程结构：

1.曲轴

2.连杆

3.十字头

4.活塞杆

5.活塞

6.气缸

7.缸头

8.进气阀

9.排气阀10.机体等运动机构工作机构工作过程：当活塞在最高点向下运行时吸气阀打开，气体从吸气阀进入汽缸，充满汽缸与活塞端面之间的整个容积，直至活塞运行到最低点，吸气过程完成。当活塞从最低点向上运行时，吸气阀关闭，气体被密封在汽缸的密封空间。活塞继续向上运行，迫使这个空间越来越小，因而气体压力升高，当压力达到了工作要求的数值时，压缩过程完成，这时排气阀被迫打开，气体在该压力下被排出，直至活塞运行到最高点为止，排气过程完成。活塞在最高点（最左端）时称上止点（或左止点），在最低处（最右端）时称下止点（或右止点），上下止点之间的距离为行程。完成吸气排气的过程称为一个循环三、活塞式压缩机的特点：优点：1、不论流量大小，都能达到所需的压力，一般单级终压可达0.3~0.5MPa，多级压缩终压可达100MPa。2、效率较高。3、气量调节时排气压力几乎不变。缺点：1、转速低，排气量较大时机器显得笨重。2、结构复杂，易损件多，日常维修量大。3、动平衡性差，运转时有振动。4、排气量不连续，气流不均匀。四、活塞式压缩机的分类及型号表示法（一）活塞式压缩机的分类：见书101页1、按达到的排气压力分类：2、按排气量分类：3、按汽缸中心位置分类：4、按汽缸达到终了压力所需级数分类：5、按活塞在汽缸内所实现的气体循环分类：6、按压缩机具有的列数分类：立式压缩机卧式压缩机一般卧式对动型对置式M型H型角度式压缩机V型L型W型扇型星型其他分类方式（二）活塞式压缩机型号表示法：命名举例V2.2D-0.25/72列、V型、原配电动机额定功率2.2KW、低噪声罩式、额定排气量0.25M3/MIN、额定排气压力7*105PA命名举例2VY-6/7空气压缩机4列

双重V型

移动式

额定排气压力

额定排气量第二节活塞式压缩机的热力学基础一、气体的状态和过程方程式（一）理想气体状态方程式

理想气体：不考虑分子所占体积和分子间相互作用力N——气体摩尔数；R0=MR——通用气体常数。（二）气体过程方程式状态变化需要一定过程，系统内气体受到外界影响时，其热力状态按既定规律变化的过程称为热力过程，表述其变化规律的方程称为热力过程方程式。

过程指数n’由不同热力过程决定，与压缩机有关的热力过程有等温过程、绝热过程和多变过程。1-2’定温过程1-2”绝热过程1-2多变过程2”PV12’P2P12n’=1时，等温过程n’=K时，绝热过程n’=m’时，多变过程m’＞K时，是膨胀过程1<m’<k时，是压缩过程吧二、活塞式压缩机的工作循环为便于分析，做5个简化和假设：见书105，得到压缩机的理论工作循环理论压缩循环经过三个压缩过程：①进气过程：4-1线，吸气压力不变p1,最大进气量V1。②压缩过程：1-2线，压力升高，容积减少，最高压力p2③排气过程：2-3线，排气压力不变p2，缸内气体排出。41P1VP41P23P12吸气—压缩—排气为一个循环，或一个冲程。曲轴旋转一周，活塞一个往复，完成一个理论压缩循环。曲线所包围的面积表示理论循环所消耗的功依据热力学第一定律：循环过程功Wi

进气过程功：-p1V1

Wi

排气过程功：

p2V2

压缩过程功：功Wi循环过程功Wi规定：活塞对气体做功为正气体对活塞做功为负1、定温压缩功2、可逆绝热压缩3、可逆多变压缩1kg工质图单级理想压缩机p-V图

p2pp10V2”V21V2’2”62v432’5’55”V1定温多变绝热对压缩机而言，示功图p-V图所包围的面积表示压缩机的耗功，从p-V图可以看出定温压缩耗功最少，而绝热压缩所消耗的机械功最大。因此对压缩机应加强冷却，不仅减少耗功，而且保证润滑条件。（二）实际工作循环：1、不存在假设条件：实测abcd

图面积为实际压缩循环功。四个过程为一个循环：吸气—压缩—排气—膨胀2.与理论循环不同的原因：4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响⑴气缸内有余隙容积V0

存在

V0

内的剩余气体在压缩时被压缩，吸气时它先膨胀。使循环过程出现一个膨胀过程，膨胀线c—d。四个过程为一个循环：吸气—压缩—排气—膨胀缸内余隙有：①活塞与气缸端部间隙。2~3mm②活塞与气缸环形间隙。0.5~1mm③进、排气门阀通道，测压表管道。④活塞帽凹槽等。p21V1-V4VM4VVh3有效吸气体积：V1-V4气缸工作体积：Vh=V1-VM（2）进气阀、排气阀弹簧压力，阀片振动

1、进气时，气流需要克服阀片弹簧阻力进气压力p<p1。阀片颤振，使气压线出现波动。

2、排气时，气流需克服背压和阀片弹簧，排气压力p>p2

同样，阀片颤振，出现压力线波动。△p为克服气门阀片压紧弹簧所需的压力。⑶压缩过程与膨胀过程存在不稳定的热交换，使压缩曲线与膨胀

曲线不是稳定的n值。（多变指数n是变化的）压缩线a—b

开始段：气体吸热n>k

中间段：不传热n=k

结束段：气体放热n<k

膨胀线c—dm——膨胀指数开始段：气体放热m>k

中间段：不传热m=k

结束段：气体吸热m<km<n

⑷气缸内存在气体泄漏，使压缩线与膨胀线变的平坦。外泄漏：活塞环、活塞杆填料函、第一级进气阀。内泄漏：排气阀、后面各级进气阀。三、排气量及影响因素排气量：指单位时间内，压缩机最后一级排出的气体体积，换算到第一级入口状态的压力和温度下的数值。它是生产的重要指标，也是确定机器驱动功率、机器参数、结构尺寸和形式的重要依据。压缩机的额定排气量即铭牌上标记的排气量是指：特定进口状态（1个大气压，20℃）时的排气量。理论上：排气量=吸气量实际上：影响因素很多，造成排气量<实际吸气量影响压缩机吸气量和排气量的主要因素有：（一）压缩机的实际吸气量及其影响因素：

活塞行程容积：Vh

=VS

余隙容积：Vo

余隙膨胀容积：△V1若膨胀到4点开始吸气。（n——膨胀指数）实际进气容积：λv—容积系数，表征行程容积有效利用率。λv

对进气量影响最大，α和ε最关键。考虑1点与a点的差异：比值得：实际吸气量：

式中：影响因素：1、容积系数λv：取决于α和ε（1）α：余隙容积越大，相对余隙就越大，容积系数也就越小，表明汽缸有效利用率越低，在设计中要力求减小余隙容积，提高汽缸容积利用率。（2）ε：压力比越大，容积系数就越小，通常每一级的压力比不超过4.（3）多变膨胀指数n：在其他条件相同的情况下，膨胀指数越大则容积系数也越大。方法：汽缸盖很好的冷却、高转速压缩机均可提高容积系数。一般膨胀过程指数要比压缩过程指数要小。2、压力系数λp：反映管道、阀门等阻力损失对Vh的影响一般取经验值：第一级：λp=0.95~0.98，其余级可取λp=0.98~1.03、温度系数λT：由于温度升高，减少新鲜空气的吸入量一般取经验值：

λT=0.94~0.98（二）实际排气量及影响因素除了受吸气量的影响外，还要受漏气量的影响（λl）即：λl根据经验取值：λl=0.95~0.98分析：压缩机在一转中的排气量为若压缩机转速为nf，则压缩机的排气量为（三）排气量公式在实践中的意义：1、提高压缩机的排气量：方法：提高转速、镗大缸径、增加辅助汽缸、增加一级进口压力、减小一级汽缸余隙、改变进气管长短等2、新机器的试验、旧机器的检查四、压缩机的功率和效率功、功率的计算是任何机器最重要参数计算理论循环功（前面已讲）实际循环功（一）压缩机的功率1、指示功率（1）实测法单缸单作用气缸：

n——曲轴转速，r/min。Ni双作用气缸：多级气缸：N左N右（2）解析法：因实际示功图较复杂，常用等功法即等面积法简化，其原则是保持简化前后示功图面积不变，即功不变。1、用假想的水平线来代替实际的吸、排气线，并保持简化前后总面积不变。2、按等面积原则将实际膨胀、压缩过程指数简化为常数，所得膨胀及压缩过程线称为当量过程线。2、轴功率压缩机输入轴上的功率为输入功率（即轴功率）。包括：压缩气体的指示功率Ni

；压缩机总机械摩擦损失功率Nm

轴功率：

摩擦损失功率Nm不易计算，一般用机械效率来解决。

ηm——压缩机总的机械效率，考虑各机械摩擦损失。

常见压缩机摩擦点：活塞与气缸；活塞杆与填料函；十字头与滑道；连杆与十字头销；连杆与曲轴瓦；曲轴与轴瓦等。大、中型压缩机：ηm=0.9~0.96

小型压缩机（无十字头）：ηm=0.85~0.92

高压循环压缩机：ηm=0.80~0.85多级压缩的总轴功率：

比功率：单位排气量所消耗的功率。

反映同一类型压缩机的经济性，功率利用率的指标。

Vd——压缩机实际排气量。比功率越小，压缩机经济性越好，单位功率对气体作功越多。3、驱动机输出功率Ne

驱动机（原动机）：电机、柴油机、汽轮机。传动方式：三角带；齿轮减速器；弹性联轴节。

一般驱动机要有（5~15)%的功率储备（富裕量）。电机功率：N=（1.05~1.15)NeW

此计算结果经圆正后成为选择电机功率的最终结果。

（二）压缩机的效率气体在气缸内压缩也存在一个效率问题，此效率为热效率。热效率：用来反映实际循环指示功与理论循环指示功之间的差异，差别越大，效率越低。由热力过程可分为：

1、等温热效率：评价水冷式压缩机的经济性能

——等温循环理论功率；

——实际循环功率。等温循环理论功率：实际循环功率：2、绝热热效率：压缩机、小型压缩机的经济性指标。压缩机总效率：五、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。

往复式压缩机一般为多级气缸串联组成，逐级增压，最终使排出压力达到某一较高压力。级数可达6~7级，但每级压缩后要导入中间冷却器进行冷却。采用多级压缩的原因：

①降低排气温度。气体压缩后升温，采用级间冷却。②降低功率消耗。级数越多，越省功。

③提高气缸容积系数。λV↑④降低活塞受力，使各级活塞受力均匀。⑤节省压缩机气体的指示功第一级工作循环o-a-b-n-o第二级工作循环c-e-f-m-c整个工作循环o-a-b-c-e-f-m-n-o（2）级数z的选择原则终压/MPa0.3～10.6～61.4～153.6～4015～10080～150级数Z12345～67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压力的一般关系。级数的选择主要取决于每级所允许的排气温度。级数少，压比大，排气温度高。压力比的分配

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。实际上后一级的压缩比选得小一些的原因：后级冷却比前级效果差，采用同样压比耗功会更大；后级余隙容积相对大，采用同样压比容积损失会更大。第三节活塞式压缩机的动力基础一、曲柄连杆机构的运动图示为活塞式压缩机的动力端：曲柄连杆机构OD曲柄销半径=r，CD连杆长度=l，取λ=r/l，称为结构比，一般取1/4~1/6α称为曲柄旋转角度：

α=0°在A点称为上止点；

α=180°在B点，称为下止点；

称为连杆转角：当α旋转到某一角度时便于分析：简化1、曲柄销D做等速旋转运动；2、活塞销C做子线往复运动；D点旋转线速度：角速度C点运动：1、活塞位移2、活塞的速度3、活塞的加速度二、惯性力分析：（一）运动质量的转化（1）往复运动件的质量

①活塞、活塞杆、十字头的C点总质量：mp②连杆，可分解为：直线运动质量：旋转运动质量：连杆总质量：或：连杆的重量分配（2）曲轴偏心质量（偏心质量向集中）质量的求解运动零件连杆曲拐

一类是质量集中在活塞销或十字头中心点C处，且只作往复运动；另一类是质量集中在曲柄销中心点D处，且只作绕曲柄中心O点的旋转运动。旋转运动质量水平运动质量（二）惯性力的计算由于曲柄连杆机构的运动部件质量已转化到图示的C点和D点，可将惯性力分成往复惯性力和旋转惯性力。

1、作用在十字头销上的往复惯性力：

往复惯性力图：2、作用在曲轴上的旋转惯性力

旋转惯性力：Ir=旋转质量×向心加速度当ω一定时，旋转惯性力大小一定。惯性力方向沿曲柄半径向外，即始终为拉力作用。

由于旋转质量都集中在曲轴上，旋转惯性力只发生在曲轴上。旋转惯性力可以用曲轴配重来平衡。

FI

rmrω三、压缩机中的作用力压缩机工作时，作用力有三种：（1）压缩气体的作用力。（气体力）（2）运动件的惯性力。（往复惯性力和旋转惯性力）（3）摩擦力。（往复摩擦力和旋转摩擦力）压缩气体力为作功力，是有用力。惯性力和摩擦力是无用力，有害力。1、气体力：气缸内气体压力随着活塞的运动或曲轴转角θ而变化，其变化规律可由压力指示图获得。作用在活塞上的气体力，为活塞两侧各相应气体压力与各活塞有效面积乘积之差值。即θFg=piApFg2、摩擦力

摩擦力又分为：往复摩擦力和旋转摩擦力。（1）往复摩擦力FfS

主要发生在：活塞与气缸、活塞杆与填料函、十字头与滑道等。往复摩擦力所消耗的功率占总往复摩擦功率Nm的（60%~70%）往复摩擦功率：当α=0~180°，摩擦力为正值，连杆受拉力。当α=180°~360°，摩擦力为负值，连杆受压力(2)旋转摩擦力Ffr

主要发生在：十字头销、连杆瓦、主轴瓦、轴承等。旋转摩擦力所消耗的功率占总摩擦功率Nm的40%~30%。旋转摩擦力设定位于曲轴连杆瓦处，摩擦力方向与转向相反。旋转摩擦力产生旋转摩擦力矩，Mr=Ffr×r3、综合活塞力

综合活塞力=气体力+往复惯性力+往复摩擦力

(N)

式中：压缩机的总活塞力的大小和方向随曲柄转角的变化而变化。（二）零件受力分析：部件受力分析受力分析原则：①.二力杆简化。②.力图要封闭。各部件受力①

活塞杆受力

取排气过程最高工作压力时：

(N)

FP

FP

活塞杆受力为综合力，活塞杆为二力杆。②十字头受力有三个力：活塞杆作用力Fp

、连杆力FL、十字头侧向力FN

十字头力图三角形：Fp

分解为FL和FN

（连杆力和支反力）十字头③连杆上受力

连杆为二力杆，所受力为：FLFLFLFLFL④曲轴受力(2)工作力矩（阻力矩）

总的工作力矩与驱动力矩平衡（理论上）

Mk=Md(Md——驱动力矩）实际中：Mk工作力矩随气体压力变化而变化，即：Md≠MY

差值：

Md-MY=J.εJ——全部旋转质量的惯性矩，

ε——曲轴的角加速度，

总阻力距MK=MY+MF（5）机身：侧向力矩（侧覆力矩）

在十字头与曲轴上各存在一个侧向力FN，形成了一个力偶MN。两侧向力之间距为b,

侧覆力矩周期性变化，机器自身无法平衡，造成机器震动、摇摆，满载荷、立式机更明显。

措施

：机体、基础加大，提高稳定性。机身受力：只有往复惯性力的作用，通过机座传给基础，而气体力和摩擦力对于机身而言都是内力，不传给基础（6）基础：受力：旋转惯性力Ir、往复惯性力Is、自重G等；力矩：倾覆力矩MNH和摩擦力矩Mf。通过以上分析，结论：1、气体力能够在机器内部自行平衡掉，不传到外界。往复摩擦力也是内力；2、未平衡掉的往复惯性力和旋转惯性力均属外力，引起机器和基础的振动；3、倾覆力矩通过地脚螺钉传给基础，由地基构成的支反力与之平衡；4、阻力矩Mk随曲柄转角周期性变化，而驱动力矩Md通常不变，由于阻力矩有大有小，使曲轴的转速出现加速和减速现象。四、惯性力平衡惯性力引起机组的振动，振动的危害：1、影响管道连接的可靠性；2、加剧运动件的摩擦和磨损，影响机器和厂房的寿命；3、由于地基的阻尼，增加了能量损耗；4、影响操作人员的身心健康。减小机器振动的方法：1、加大基础以减少振动，称为外部法；（不常用）2、在压缩机内部使惯性力得到平衡，称为内部法，（最有效的方法）（一）单列压缩机惯性力的平衡往复式压缩机存在两种惯性力：往复惯性力I和旋转惯性力Ir

（1）旋转惯性力的平衡

旋转惯性力：平衡方法：曲柄反方向加平衡重，质量为m0

，旋转半径r0

平衡时：平衡重的质量：曲轴配重——旋转惯性力的平衡配重m0mr

(2）往复惯性力的平衡往复惯性力：

平衡方法：采用双列气缸或对称布置气缸来平衡部分惯性力。

往复惯性力一般不能用加平衡重的方法来平衡，但它可以使一阶惯性力转向。这种方法比较简单，常将部分惯性力转向90°，使不平衡惯性力均匀些，对于卧式压缩机可减少水平振动，对于立式压缩机可以使轴承的负荷沿四周均匀性好些。（二）多列压缩机惯性力的平衡通过其结构的合理布置使往复惯性力得到部分或完全平衡。(1)对称平衡型压缩机曲柄错角180°，两缸对称布置，运动方向相反，惯性力方向也相反，两缸同时吸气或同时排气。对称平衡型压缩机

当两列气缸的往复质量和旋转质量相同时：

惯性力全平衡：故称此压缩机为：对称平衡型压缩机。由于两缸间距为a，将产生惯性力矩，各惯性力矩无法平衡。这种压缩机的惯性力平衡较好。惯性力矩：惯性力矩虽无法平衡，但由于力臂a较小，则各惯性力矩并不大。（2）L型压缩机惯性力平衡两缸曲柄错角90°，各缸质量：一阶惯性力与旋转惯性力不随转角θ变化，并且在一个方向上。两惯性力叠加：利用曲柄配重来平衡，取配重为：同时，惯性力矩MⅠ、MⅡ也无法平衡，但由于λ、a较小，未平衡的惯性力与惯性力矩影响不大，可以不考虑。

L型压缩机平衡性好，结构紧凑，被广泛应用。

工作力矩与驱动力矩平衡（理论上）

Mk=Md(Md——驱动力矩）实际中：Mk工作力矩随气体压力变化而变化，即：Md

≠MY

差值：

Md-Mk=J.εJ——全部旋转质量的惯性矩，

ε——曲轴的角加速度，

由于工作力矩有大有小，使曲轴的转速出现加速和减速现象，加速时ε为正；减速时ε为负。则：惯性力矩为±Jε值。当：Md>Mk

时，驱动功富裕，Jε为正值，曲轴加速。

Md<Mk

时，驱动功不足，Jε为负值，曲轴减速。任何机器的曲轴在旋转中一会加速、一会减速，都不能正常工作，必须尽可能的减少这一速度波动。飞轮的惯性矩计算解决速度波动的最简单有效的方法是加一个飞轮，原理是：增大惯性矩J，从而降低角加速度ε。

飞轮具有储存能量和释放能量的功能。

飞轮的惯性矩：

G——轮缘部分的质量，kgD——轮缘质心直径，m

当驱动力矩大于阻力距时，飞轮利用自身巨大的转动惯量，将多余的功积蓄起来；当阻力距大于驱动力矩时，飞轮转速稍减，放出积蓄的能量。因此，所谓转矩平衡，实际上就是根据允许的角速度波动幅度，选择适当的飞轮矩——表明飞轮吸收能量本领的量。第四节活塞式压缩机的主要零部件一、汽缸组件：对气缸的要求气缸组件

活塞组件气阀组件密封组件

曲轴-连杆机构辅助系统应具有足够的强度与刚度；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；应具有良好的冷却、润滑条件；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；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。应力求结构简单，造价低。1.气缸的结构型式按气缸容积的利用情况按气缸冷却方式的不同按气缸制造方法的不同单作用双作用级差式风冷式水冷式铸造气缸锻造气缸整体铸造，分段铸造组合成型。材料：铸铁（ZT200，ZT250），合金铸铁，铸钢，锻钢等。工作压力低于6.0MPa用铸铁制造，压力低于20MPa用铸钢或稀土球墨铸铁，工作压力更高的用碳钢或合金钢制造。2.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。4.气阀在气缸中的布置气阀在气缸上配置三种方式：气缸配置在气缸盖上；气阀配置在气缸体上；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：尽量使气阀通道面积大些，以减少气流阻力损失；配置气阀力求气缸余隙要小；气阀安装维修方便；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。二、活塞组件活塞组件包括活塞、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。活塞活塞杆活塞环活塞种类：盘式式，筒形，柱塞式，级差式，组合形等。活塞材料：铸铝：ZL7；ZL8；ZL10（发动机）铸铁：HT200；HT250；HT300（压缩机）铸钢：20；A3；16Mn；ZG25B（高压泵）活塞杆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：活塞杆要有足够的强度，刚度和稳定性。耐磨性好并有较高的加工精度和表面粗糙度要求。在结构上尽量减少应力集中的影响。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。活塞杆与活塞的连接活塞环材料：灰铸铁；球墨铸铁；合金铸铁；铜合金；石墨填充聚四氟乙烯；环氧树脂等。一般三道活塞环便可以密封（见书138）。活塞环活塞环三、气阀组件气缸的作用时控制气缸中的气体吸入和排出。气阀的结构对气阀的要求气阀的种类环状阀的构造及工作过程气阀的材料气阀的制造工艺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出。压缩机上的气阀都是自动气阀，即气阀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。对气阀的主要要求是：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；气阀使用寿命长；气阀形成的余隙容积小；结构简单，互换性好。阀型机构特征优点缺点适用场合1环状阀阀片呈环状形状简单，应力集中部位少，抗疲劳好。加简单，成本低，材料可套用，坏一环换一环，经济性好各环动作不易一致，阻力大，无缓冲片，寿命差，导向部位易磨损用于大、中、小气量，高低压压缩机。不宜用于无油润滑2网状阀阀片呈网状阀片动作一致，阻力比环状阀小有缓冲片无导向部分磨损弹簧力适应阀片启闭的需要形状复杂，易引起应力集中，结构复杂，加工困难，阀片上有一点坏，全部报废，经济性差同环状阀，但适用于无油润滑3碟形阀阀片呈碟形结构强度高，圆弧形密封口，阻力损失小，加工简便流通面积小，不使用大气量，运动件质量大，影响及时启闭用于高压或超高压压缩机，小型压缩机4条状阀阀片呈条状阀片本身有弹性不需要弹簧，运动质量小，升程低应高速要求阀片材料及制造要求高使用较小气阀的种类阀型机构特征优点缺点适用场合5直流阀阀片安装方与气流方向一致通道面积大，流向不变，阻力小。阀片轻，有利于及时启阀阀片厚度小，受压低，寿命差用于低压高速压缩机6塑料阀阀片材料用尼龙，填充聚四氟乙烯阀片轻，有利于及时启闭，冲击力小，寿命长。升程大，阻力小，密封形好，可节省高强度合金钢强度低，热变形大耐温性差目前吸气阀用的多7组合阀吸排气阀组合在一起在高压级上可省去较大的锻造缸头，余隙容积小结构复杂，吸气阀温度高。降低了加热系数小形压缩机的高压或超高压压缩机8多层环状阀环状阀片多层结构节省气阀安装面积余隙容积大用于大型低压安装面积受到限制的地方环状阀的构造1-阀座2-阀片3-弹簧4-升程限制器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0.4μm。四、传动机构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。曲柄连杆机构包括曲轴、连杆、十字头等组件。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。（一）曲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。（二）

连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。闭式连杆的大头为整体结构，连杆大头瓦与曲拐销的配合是靠调整斜块来实现的。连杆材料一般采用35号。40号及45号优质碳素钢或球墨铸铁。高转速压缩机可采用40Cr，30CrMo等优质合金钢。（三）十字头十字头是连接连杆和活塞杆的部件，是将回转运动转化为往复直线运动的关节。对十字头的基本要求是：有足够的强度、刚度、耐磨损重量轻、工作可靠。十字头由十字头体、滑板、十字头销等组成。按十字头体与滑板的连接方式，可分为整体式和可拆式两种。十字头与连杆小头的连接方式可分为开式和闭式两种。十字头与活塞杆的连接主要有螺纹连接、连接器连接以及法兰连接等。五、密封组件：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。润滑系统冷却系统调节控制系统气路系统辅助系统是保证压缩机正常可靠运转所必不可少的部分，并且与压缩机的综合技术经济指标有密切关系。活塞式式压缩机的辅助系统包括：第五节辅助系统第六节活塞式压缩机的运转一、活塞式压缩机排气量的调节对于压缩气体的不同使用要求和工艺变化，要求压缩机的排气量或排气压力相应发生变化，对于压缩机排气量的调节是指在低于压缩机额定排气量内进行调节。气量调节原理理论基础是排气量公式：

只要改变式中任何一个量，排气量即可改变。但是，气缸直径无法改变；在曲柄连杆驱动的压缩机中，行程也不能变；所以，实际上只有各系数和转速可以改变，并且除温度系数因经济性差不采用外，其它都用来进行气量调节的。（1）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：原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。利用n

变化，调节气体流量。特点：较经济，省功，连续性好，范围宽。条件：驱动设备或传动设备速度可调。③切断进气：这种调节利用阀门关闭进气管路，由此使容积流量为零。优点：结构简单，工作可靠，几乎不消耗功率；缺点：停止吸气时，由于吸气压力下降，气缸内会出现很高的压力比，使活塞力突变；随着压力比增加，会使排气温度急剧增高；由于汽缸中形成真空，对于某些不允许漏入空气的压缩机严禁使用；对无十字头压缩机不能使用广泛应用于中小型空压机。（2）管路调节

①进气节流：进气管路上加节流阀，使Vs降低，从而使降低。

特点：结构简单、安全可靠、经济、可间歇调节。②进、排气管连通（旁路调节）进、排气管用一旁路连接，把部分气体排放到进气管。

特点：结构简单、操作方便、普遍采用，但不经济种类：①自由连通法：旁通阀全开，在机器启动时应用。②节流连通法：旁通阀部分开启。（3）顶开吸气阀调节利用一个压开装置，把吸气阀强制地压开，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。特点：结构简单、操作方便、功耗低，阀片寿命降低。种类：①全顶开进气阀调节，机器启动时采用。②部分顶开进气阀，减少排气量。（4）连通补助容积（a）固定补助容积调节结构；（b）可变补助容积调节结构；1-高压接头2-高压腔3-螺栓4-连接杆5-小活塞6-阀心7-螺母8-补助容积9-微调手轮10-调节手轮11-丝杠12-活塞增加余隙容积V0，使吸气量减少，从而调节排气量。特点：结构简单、操作方便、不消耗功。二、活塞式压缩机的润滑：要求在所有做相对运动的表面上注入润滑油，形成油膜，以减少磨损，冷却摩擦面，防止温度过高和运动件卡住，同时还起到油膜密封的作用。还可以防止零件生锈。两种润滑方式：飞溅润滑、压力润滑（一)飞溅润滑：一般用在小型无十字头单作用压缩机。优点：结构简单；缺点：润滑油耗量过大，润滑油未经过滤，运动件磨损大，散热不够，汽缸和运动机构只能采用同一种润滑油。（二）压力润滑：通过注油器加压后，强制的将润滑油注入到各润滑点进行润滑，常用于大、中型有十字头压缩机。一般为两个独立的润滑系统，即汽缸和填料函润滑系统和传动部件润滑系统。（三）润滑油的选择：1、汽缸部件润滑油的选用：足够的黏度、油膜强度、氧化安定性、水溶性、闪点、燃点、凝固点、积碳倾向、酸性等。2、运动机构润滑油的选用：无十字头压缩机运动机构用润滑油与汽缸的相同，有十字头的还要求一定的油量。三、气流脉动及管路振动

活塞式压缩机在运动过程中，由于吸气、排气的间歇性使管路中的气流压力和速度呈周期性变化，这种现象称为气流脉动。对工作不利：增加指示功率、降低气阀使用寿命和可靠性、引起排气量的增大或减小、破坏安全阀的严密性以及造成管路和设备的振动。管路振动会影响管道连接的强度和密封性，导致管道及支架的疲劳和破坏，甚至引起建筑物的振动等。引起管道振动的原因主要是气流脉动，此外压缩机动力平衡性能差或基础设计不良也会引起管路振动。（一）气柱共振：管路系统内所容纳的气体称为气柱，气柱在一定的激发力下会形成振动。当压缩机装在管路的始端，由于压缩机周期性的吸气、排气，对管路气柱就是一个激发，引起气柱振动。2、管路机械共振：由管子、管件构成的管路本身也是一个弹性系统，只要在管道上有激振力作用，就会引起管道机构振动。当气流脉动时，有激振力作用，造成管道振动，如果激发主频率等于管路的基本固有频率，则发生管路机械共振。此时管路振动很厉害，管道内产生很大的应力，导致管道疲劳破坏。（二）减小气流脉动的措施（三）减小管路振动的措施四、常见故障及分析处理

故障产生原因解决的办法排气量达不到设计要求①气阀泄漏，特别是低压级气阀的泄漏②填料函漏气③第I级气缸余隙容积过大④第I级气缸的设计余隙容积小于实际结构的最小余隙容积①检查低压级气缸气阀，并采取相应措施②检查填料函的密封情况，并采取相应措施③调整气缸余隙④若设计错误，应修改设计或采取措施调整余隙故障产生原因解决的办法功率消耗超过设计规定①气阀阻力过大②进气压力过低③压缩级间的泄漏①检查气阀弹簧力是否恰当，气阀通道面积是否足够大②检查管道和冷却器，如阻力太大，应采取措施③检查进、排气压力是否正常，各级气体排出温度是否增高，并采取相应措施故障产生原因解决的办法级间压力超过正常压力①后一级的进、排气阀不好②第I级的进气阀压力过高③前一级冷却器冷却能力不足④活塞环泄漏引起排气量不足⑤到后一级间管路阻力太大⑥本级进、排气阀不好或装反①检查气阀更换损坏零件②检查并削除之③检查冷却器④更换活塞环⑤检查管路使之畅通⑥检查气阀故障产生原因解决的办法级间压力低于正常压力①第I级进、排气阀不良引起排气量不足或第I级活塞环泄漏过大②前一级排气后或后一级进入前的机外泄漏③进气管道阻力太大①检查气阀更换损坏件，检查活塞环②检查泄漏处，并消除之③检查管道使之畅通排气温度超过正常温度①排气阀泄漏②进气温度超过正常值③气缸或冷却器冷却效果不良①检查排气阀并消除之②检查工艺流程，移开进气口附近的高温机械③增加冷却器水量，使冷却器畅通故障产生原因解决的办法气缸内发生异常声音