往复式压缩机

1往复式压缩机8.1往复式压缩机的基本组成及工作原理往复式压缩机又称活塞式压缩机，是容积型压缩机的一种。它是依靠气缸内活塞的往复运动来压缩缸内气体，从而提高气体压力，达到工艺要求。往复式压缩机的结构见图8-1。图8－12D6.5-7.2/150型压缩机1－Ⅲ段气缸；2－Ⅲ段组合气阀；3－Ⅰ-Ⅲ段活塞；4－Ⅰ段气缸；5－Ⅰ段填料盒；6－十字头；7－机体；8－连杆；9－曲轴；10－Ⅴ带轮；11－Ⅱ段填料盒；12－Ⅱ段气缸；13－Ⅱ-Ⅳ段活塞；14－Ⅳ段气缸；15－Ⅳ组合气阀；16－球面支承8.1往复往复式压缩机系统由驱动机、机体、曲轴、连杆、十字头、活塞杆、气缸、活塞和活塞环、填料、气阀、冷却器和油水分离器等所组成。驱动机驱动曲轴旋转，通过连杆、十字头和活塞杆带动活塞进行往复运动，对气体进行压缩，出口气体离开压缩机进入冷却器后，再进入油水分离器进行分离和缓冲，然后再依次进入下一级进行多级压缩。往复式压缩机结构示意图如图8-28.2往复式压缩机的分类1.(1)低压压缩机0.2＜P＜0.98MPa(2)中压压缩机0.98～9.8MPa(3)高压压缩机9.8～98.0MPa2(4)超高压压缩机＞98.0MPa2.(1)微型压缩机＜10kW(2)小型压缩机10～100kW(3)中型压缩机100～500kW(4)大型压缩机＞500kW3.安(1)微型压缩机＜1m3/min(2)小型压缩机1～10m3/min(3)中型压缩机10～60m3/min(4)大型压缩机＞60m3/min4.按气缸中心线的相对位置分类见图8-6。图8-6气缸中心线位置分类（a）立式；（b）一般卧式；（c）对称平衡式或对动式；（d）V型角度式；（e）L型角度式；（f）W型角度式；（g）T型角度式；（h）、（i）扇型角度式；（j）星型角度式(1)(2)卧式：气缸中心线与地面平行，其中包括一般卧式、对置式和对动式（对置平3(3)角度式：气缸中心线彼此成一定角度，其中包括L型、V型、W型、扇型和星型等。5.按曲柄连杆机构分类6.按活塞在气缸内作用情况(1)(2)(3)7.(1)(2)(3)8.(1)(2)(3)多列压缩机：气9.按冷却方式分类10.按机器工作地点分类8.3往复式压缩机的技术参数1.排气量往复式压缩机的排气量，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的气体容积值，排气量常用的单位为m3/min或m3/h。压缩机的额定排气量（压缩机铭牌上标注的排气量），是指特定的进口状态时的排2.排气压力往复式压缩机的排气压力通常是指最终排出压缩机的气体压力，排气压力应在压缩机末级排气接管处测量，常用单位为MPa4一台压缩机的排气压力并非固定，压缩机铭牌上标注的排气压力是指额定排气压力，实际上，压缩机可在额定排气压力以下的任意压力下工作，并且只要强度和排气温度等允许，也可超过额定排气压力工作。3.转速往复式压缩机曲轴的转速，常用r/min表示，它是表示往复式压缩机的主要结构4.活塞力活塞力为曲轴处于任意的转角时，气体力和往复惯性力的合力，它作用于活塞杆或活塞销上。5.活塞行程往复式压缩机在运转中，活塞从一端止点到另一端止点所走的距离，称为一个行程，常用单位为m（米）。6.功率往复式压缩机消耗的功，一部分直接用于压缩气体，称为指示功，另一部分用于克服机械摩擦，称为摩擦功，主轴需要的总功为两者之和，称为轴功。单位时间内消耗的功称为功率，常用单位为瓦（W）或千瓦（kW）。压缩机的轴功率为指示功率和摩擦功率之和。8.6往复式压缩机的结构特点和主要部件8.6.1机体1)机体的基本结构型式根据压缩机不同的结构型式，机体可分为卧式机体、对置机体、立式机体、角度式机体。(1)立式压缩机采用立式机体，一般由三部分组成。在曲轴以下的部分称为机座(无十字头的立式压缩机的机座习惯称曲轴箱)。机座上有主轴承座孔，在机座以上，中体以下的部分称为机身，位于机身与气缸间的部分，称为中体。对于中、小型的立式机体，为了简化结构，常把机身与中体铸在一起。对于微型无十字头的立式压缩机，机体常铸成一体。中体、机身、机座铸成一体的机体统称为曲轴箱。(2)卧式压缩机采用卧式机体，由机身与中体组成，常铸成整体的。(3)对称平衡与对置式压缩机采用对置机体。机体一般由机身和中体组成，中体配置在曲轴的两侧，用螺栓与机身连接在一起。机身可做成多列的，如两列、四列、六5列等。机身为上端开口的匣式结构，具有较高的刚性。机身下部的容积可以贮存润滑油，存油量的多少，按照润滑系统设计的要求而定。如果要求箱体容积能贮存全部润滑油，则机身下部的容积必须按能贮存5～8min油泵油量进行设计。另外应该考虑传动机构不应触及最高油面。主轴承安置在与气缸中心线平行的板壁上，板壁上布置有筋条，机身顶部装有呼吸孔或呼吸器，使机身内部与大气相通，降低油温和机身内部压力，不使油从联接面处挤出来。(4)角式压缩机采用L型、V型、W型、扇型等机体。V型、W型与扇型压缩机，传动机构多为无十字头结构，机体也多采用曲轴箱型式。L型压缩机，传动机构多为有十字头结构。机体的主轴承都采用滚动轴承。图8-12对置式机体8.6.2曲轴往复式压缩机曲轴有两类：一种是曲柄轴（开式曲轴），一种是曲拐轴（闭式曲轴）。曲柄轴大多用于旧式单列或双列卧式压缩机，这种结构现在已很少使用。曲拐轴的结构如图8-14所示。现在大多数压缩机都采用这种结构。6图8-13L型机身拐轴的组成：(1)主轴颈主轴颈装在主轴承中，它是曲轴支承在机体轴承座上的支点，每个曲轴至少有两个主轴颈。对于曲拐的曲轴，为了减少由于曲轴自重而产生的变形，常在当中再加上一个或多个主轴颈。这种结构使曲轴长度增加。(2)曲柄销曲柄销装在连杆大头轴承中，由它带动连杆大头旋转，为曲轴和连杆的连接部分。因此，又把它称为连杆轴颈。(3)曲柄也叫做曲臂，它是连接曲柄销与主轴颈或连接两个相邻曲柄销的部分。(4)轴身曲轴除曲柄、曲柄销、主轴颈这三部分之外，其余部分称轴身。它主要用来装配曲轴上其他零件、部件如齿轮油泵等（一般装在轴端，轴端设计成1：10的锥度或设计成圆柱形，或带有法兰等）。图8－14曲拐轴1－主轴颈；2－曲柄（曲臂）；3－曲拐颈（曲柄销）；4－通油孔；5－过渡圆角；6－键槽；7－轴端7曲轴可以做成整体的，也可以作成半组合和组合式的。现在，大多数压缩机均采用整体式曲轴。近年来，大多数压缩机的曲轴常常被作成空心结构，这种空心结构的曲轴非但不影响曲轴的强度，反而能提高其抗疫劳强度，降低有害的惯性力，减轻其无用的重量。实践证明，空心曲轴比实心曲轴抗疲劳强度约提高50%。8.6.3连杆及连杆螺栓(1)连杆的基本结构型式连杆是将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动的机件。图8－16连杆1－小头；2－杆体；3－大头；4－连杆螺栓；5－大头盖；6－连杆螺母连杆包括杆体、大头、小头三部分，如图8－16所示。杆体截面有圆形、环形、矩形、工字形等。圆形截面的杆体，机械加工最方便，但在同样强度时，具有较大的运动质量，适用于低速、大型以及小批生产的压缩机。工字形截面的杆体在同样强度时，具有较小的运动质量，但其毛坯必须模锻或铸造，适用于高速及大批量生产的压缩机。(2)连杆螺栓连杆螺栓是连杆上非常重要的零件。影响连杆螺栓强度的重要因素有结构、尺寸、材料以及工艺过程。通常连杆螺栓的断裂是由于应力集中的部位上材料的疲劳而造成的。8.6.4十字头及十字头销(1)十字头的基本结构型式十字头是连接作摇摆运动的连杆与作往复运动的活8塞杆的机件，具有导向作用。十字头按连接连杆的型式分为开式和闭式两种。十字头与活塞杆连接形式又分为螺纹连接、联接器连接、法兰连接和楔连接四种。(2)十字头销十字头销有圆锥形(图8－24)、圆柱形(图8－25)以及一端为圆柱形而另一端为圆锥形(图8－26)三种型式。十字头销一般固定在十字头上。圆锥形销用于活塞力大于5.5×104N的压缩机上，锥度取1/10-1/20。锥度大，装拆方便，但过大的锥度将使十字头销孔座增大，以致削弱十字头体的强度。锥面上的键主要是防止销上径向油孔的移位而起定位作用，其次也可防止十字头销在孔座内的转动。借助于螺钉可使锥面贴紧。图8－24圆锥形十字头销图8－25圆柱形十字头销图8－26一端为圆柱形另一端为圆锥形的十字头销近年来，在活塞力小于5.5×104N的压缩机中，大都采用了圆柱形浮动十字头销(图8－25)。浮动销可以在连杆小头孔与十字头销孔座内自由转动，从而减少了磨损，并可用弹簧卡圈扣在孔座的凹槽内进行轴向定位。它具有重量轻、制造方便的优点。8.6.5轴承9压缩机常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承使用、维护方便，机械效率较高，结构虽然复杂，但由专业厂制造，价格并不很贵，而且通用化、标准化程度很高。滑动轴承的结构简单紧凑，制造方便，精度高，振动小，安装方便。一般中、小型压缩机适宜采用滚动轴承，大型压缩机及多支承的压缩机普遍用滑动轴承。(1)滚动轴承滚动轴承在各种机器中应用很普遍，压缩机用的滚动轴承只是其中的几种，在此不做介绍。(2)滑动轴承滑动轴承的轴瓦大都制成可分的。立式压缩机主轴轴承的轴瓦一般分为两半；卧式压缩机主轴承的轴瓦常分为四瓣；对称平衡型压缩机中，曲轴轴承在水平方向所受的载荷不大，与立式压缩机一样，轴瓦由水平剖分的两部分组成。连杆大头轴瓦都采用两半的。滑动轴承按壁厚的不同，可分为厚壁瓦(图8－28)和薄壁瓦(图8－30)。当壁厚t与轴瓦内径d之比，t/d≤0.05时为薄壁瓦，其合金层厚度t1一般为0.3～1.Omm；当t/d＞0.05时为厚壁瓦，合金层t1=0.01d+(1～2)mm。厚壁瓦一般都带有垫片，轴承磨损后可以进行调整；薄壁瓦一般都不带垫片，轴承磨损后不能调整。但薄壁瓦贴合面积大，导热性能好，承载能力大，因此目前趋向于使用薄壁瓦轴承。图8－30薄壁轴瓦8.6.61)缸设计时，除了考虑强度、刚度与制造外，还应注意以下几个问题：①气缸的密封性、10气缸内壁面（又称气缸镜面）耐磨性以及气缸、填料的润滑性能要好；②通流面积要大，弯道要少，以减少流动损失；③余隙容积要小，以提高容积系数；④冷却要好，以散逸压缩气体时产生的热量；⑤进排气阀的阀腔应被冷却介质分别包围，以提高温度系数；⑥2)作用方式分，有单作用、双作用及级差式气缸；按气缸的排气压力分，有低压、中压、图8－31风冷式气缸图8－32双层壁气缸(1)排气压力小于0.8MPa，排气量小于1m3/min的气缸为低压微型气缸，多为风冷式移动式空气压缩机采用。排气压力小于0.8MPa，排气量小于10m3/min微型风冷式气缸结构如图8－31所示。为强化散热，它在缸体与缸盖上设有散热片，气缸上部温度高，散热片应长一些。散热片在一圈内宜分成三、四段，各缺口错开排列，缺口气流的扰动可以强化散热。设计时还应注意防止排气道对进气道的加热，以免影响温度系数。为了增强冷却，还可以加上导风罩。大多数低压小型压缩机都采用水冷双层壁气缸，如图8－32(2)(3)10～100MPa的气缸为高压气缸，它们可用稀土合金球墨铸铁、铸钢或锻钢制造，工作压力大于100MPa的气缸为超高压气缸，设计时主要应考虑强度与安全，气缸壁采用多层组合圆筒结构.118.6.7活塞的作用是与气缸一起构成压缩容积。对活塞的要求是在保证强度、刚度及连接和定位可靠的条件下，选密封性好，摩擦小，重量轻的活塞1)(1)。活塞的上部为环部，一般设置有2～3道活塞环及1～2道刮油环。筒形活塞靠飞溅润滑将油溅至气缸镜面上，活塞上行时，刮油环起着布油的作用，下行时刮油环将多余的油刮下，经回油孔流回曲轴箱中。活塞上下运动时，活塞环一般会相对于环槽作往复运动，依靠这种运动可以将气缸镜面上的油由下向上布满整个缸壁，起着润滑作用。当刮油环失效时，大量润滑油进入活塞上部，导致气体带油过多，气缸、气阀积碳严重。刮油失效的原因除了刮油环失效外，还有气缸磨损失圆，气缸轴线与曲轴不垂直等因素。图8－38筒形活塞(2)8－39为一铸铁的盘形活塞，为减轻重量又保证