第8章 往復(fù)式壓縮機

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1、第8章 往復(fù)式壓縮機 8.1 往復(fù)式壓縮機的基本組成及工作原理 往復(fù)式壓縮機又稱活塞式壓縮機，是容積型壓縮機的一種。它是依靠氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運動來壓縮缸內(nèi)氣體，從而提高氣體壓力，達到工藝要求。 往復(fù)式壓縮機的結(jié)構(gòu)見圖8-1。 圖8－1 2D6.5-7.2/150型壓縮機 1－Ⅲ段氣缸；2－Ⅲ段組合氣閥；3－Ⅰ-Ⅲ段活塞；4－Ⅰ段氣缸；5－Ⅰ段填料盒； 6－十字頭；7－機體；8－連桿；9－曲軸；10－Ⅴ帶輪；11－Ⅱ段填料盒； 12－Ⅱ段氣缸；13－Ⅱ-Ⅳ段活塞；14－Ⅳ段氣缸；15－Ⅳ組合氣閥；16－球面支承 8.1.1 往復(fù)式壓縮機的基本組成 往復(fù)式壓縮機系統(tǒng)

2、由驅(qū)動機、機體、曲軸、連桿、十字頭、活塞桿、氣缸、活塞和活塞環(huán)、填料、氣閥、冷卻器和油水分離器等所組成。驅(qū)動機驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，通過連桿、十字頭和活塞桿帶動活塞進行往復(fù)運動，對氣體進行壓縮，出口氣體離開壓縮機進入冷卻器后，再進入油水分離器進行分離和緩沖，然后再依次進入下一級進行多級壓縮。往復(fù)式壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-2。 8.1.2 往復(fù)式壓縮機級的理論循環(huán) 為了由淺入深的說明問題，假定壓縮機沒有余隙容積，沒有進、排氣阻力，沒有熱量交換等，這樣，壓縮機工作時，氣缸內(nèi)壓力及容積變化的情況如圖8-3。當活塞自點0向右移動至點1時，氣缸在壓力p1下等壓吸進氣體，0—1為進氣過程。然后活塞向左移

3、動，自1絕熱壓縮至2，1—2為絕熱壓縮過程。最后將壓力為p2的氣體等壓排出氣缸，2—3為排氣過程。過程0—1—2—3—0便構(gòu)成了壓縮機理論循環(huán)。 圖8－2 往復(fù)式壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖 1－排氣閥；2－氣缸；3－平衡缸；4－機體；5－飛輪； 6－曲軸；7－軸承；8－連桿；9－十字頭；10－活塞桿； 11－填料函；12－活塞；13－活塞環(huán)；14－進氣閥 活塞從止點0至止點1所走的距離S，稱為一個行程。在理論循環(huán)中，活塞一個行程所能吸進的氣體，在壓力p1狀態(tài)下其值為V1=FsSm3，式中Fs為活塞面積，m2；S為活塞行程，m。 圖8－3 壓縮機級的理論循環(huán) 壓縮機把氣體自低壓

4、空間壓送到高壓空間需要消耗一定的功，壓縮機完成一個理論循環(huán)所消耗的功為圖8-3的0—1—2—3—0所圍區(qū)域的面積，即進氣過程中氣體對活塞所作的功p1V1相當于0—0′—1′—1—0所圍的面積；壓縮過程中活塞對氣體所作的功相當于1′—1—2—2′—1′所圍的面積。假定氣體對活塞所作的功為負值，活塞對氣體所作功為正值，則三者之和為即圖8-3中0—1—2—3—0所圍區(qū)域的面積。 由于自1至2的壓縮過程中，指數(shù)越小，過程曲線越平坦，因此可知過程指數(shù)越小，壓縮機循環(huán)消耗的功也越小。 在壓縮循環(huán)中，壓縮過程中所消耗的外功將全部變成熱量。在絕熱壓縮過程中，這些熱量將全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的內(nèi)能，使氣體溫度升高

5、，并全部被氣體帶出壓縮機；在等溫壓縮循環(huán)中，等溫壓縮的功將變成熱量，并通過氣體全部傳給了外界，氣體排出壓縮機時，溫度沒有什么改變；在多變壓縮過程中，氣體傳出一部分熱量，一部分熱量變成氣體內(nèi)能被氣體所帶走。 如果壓縮機絕熱循環(huán)及多變循環(huán)中排出的氣體，再通入冷卻器中等壓冷卻至氣體吸入前的原始溫度，則氣體內(nèi)能和氣體進入壓縮機前相同。必須指出，在這種情況下，雖然壓縮氣體所消耗的外功全部變成了熱量。傳給了外界，使氣體的內(nèi)能并無增加，但借助于外功的作用，使氣體的體積縮小了，從而使壓力得到提高。 8.1.3 往復(fù)式壓縮機級的實際循環(huán) 圖8-4是由指示器在實際機器某級上測得的壓力容積變化曲線，通

6、稱級的指示圖，即為壓縮機的實際循環(huán)圖。它與理論循環(huán)圖8-3的區(qū)別是：有余隙容積V0的存在，使高壓氣體不可能全部排出氣缸，在活塞改變行程后，出現(xiàn)了V0內(nèi)高壓氣體的膨脹線； 圖8-4 壓縮機的實際循環(huán) 吸氣及排氣過程中壓力均非不變值，所以水平線變?yōu)椴ㄐ蝺?nèi)線；由于氣閥及管道阻力損失的存在，使實際吸入壓力線總低于名義吸入壓力p1的水平線，排氣壓力線則高于名義排氣壓力p2；由于氣體與缸壁等有熱量交換，所以壓縮及膨脹過程指數(shù)是一個始終變化的數(shù)值；除此之外還存在著氣體的泄漏等。顯然它影響了吸入氣體量和耗功，既不像圖8-3那樣全部吸氣行程都吸入氣體，也不是只耗面積為1—2—3—0—1那么少的功。

7、8.1.4 往復(fù)式壓縮機的受力 往復(fù)式壓縮機在正常運轉(zhuǎn)時，作用于運動機構(gòu)上的主要有慣性力、氣體壓力的作用力—氣體力和相對運動表面之間產(chǎn)生的摩擦力。 1.慣性力 壓縮機中各運動零件的運動若為不等速運動或旋轉(zhuǎn)運動時，便會產(chǎn)生慣性力。慣性力的大小與方向決定于運動零件的質(zhì)量和加速度，等于兩者之乘積，其方向和加速度方向相反。 2.氣體力 氣缸內(nèi)的氣體壓力也是隨著活塞的運動，即隨著曲軸轉(zhuǎn)角而變化的。作用在活塞上的氣體力，為活塞兩側(cè)各相應(yīng)氣體壓力和各該活塞作用面積的乘積之差值。 3.摩擦力 相對運動表面互相作用的摩擦力，其方向始終與運動方向相反，其大小則隨曲軸轉(zhuǎn)角而變化，但其規(guī)

8、律比較復(fù)雜。 4.作用力的分析 sin(α+β） cosβ 往復(fù)式壓縮機運動件受力狀況簡圖見圖8-5。曲柄處于任意的轉(zhuǎn)角α時，氣體作用力Pg和往復(fù)慣性力I合成的活塞力P，作用在十字頭銷或活塞銷A上，然后再沿著連桿傳遞過去。由于連桿是相對于氣缸軸線擺動的，它和氣缸軸線間擺動的夾角為β，故傳遞到連桿上點A的作用力PL=P/cosβ，式中P=Pg+I。同時，因為十字頭是由十字頭導(dǎo)軌導(dǎo)向的，也產(chǎn)生了一個壓向十字頭導(dǎo)軌的分力——側(cè)向力N，N=Ptgβ。連桿力PL沿著連桿軸線傳到曲柄銷中心點B，它對曲軸產(chǎn)生兩個作用，一個作用是連桿力相對于曲軸中心構(gòu)成一個力矩my=PLh =Pr

9、 N·m；另一個作用是使曲軸的主軸頸在主軸上產(chǎn)生一個作用力PL。PL可以分解為水平方向和垂直方向兩個分力，垂直方向分力N=PLsinβ=Ptgβ，水平方向分力P=PLcosβ。此外主軸承上還作用有離心力Ir。 5.慣性力的平衡 作用在主軸承上的活塞力P，其中的氣體力部分Pg已在機器內(nèi)部平衡掉、余下的往復(fù)慣性力部分I卻未被平衡掉，它要通過主軸承及機體傳到機器外面的基礎(chǔ)上。由 圖8-5 作用力分析 于往復(fù)慣性力I的方向和數(shù)值隨著曲軸轉(zhuǎn)角周期地變化，因而能夠引起機器及基礎(chǔ)的振動。此外，還有數(shù)值不變但作用線方向隨曲軸轉(zhuǎn)角周期地改變的旋轉(zhuǎn)慣性力Ir也作用在主軸承上，也會引起機器作

10、相應(yīng)的振動。過大的振動能使基礎(chǔ)產(chǎn)生不均衡的沉降，影響廠房壽命，影響操作人員的健康，影響附近地區(qū)精密器械的操作，此外，振動還會無謂地消耗能量，嚴重時能達到壓縮機總功的5%。 采用增大基礎(chǔ)的辦法來減少振動需要增加基建費用，消耗大量的物力和人力，因此我們應(yīng)盡量設(shè)法在機器內(nèi)部把慣性力平衡掉。不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量所造成的離心力Ir的平衡比較簡單，只要在曲柄的相反方向裝上適當?shù)钠胶庵亓浚箖烧咚斐傻碾x心力互相抵消即可。往復(fù)慣性力的平衡比較復(fù)雜，在單列壓縮機中，往復(fù)慣性力是無法簡單地予以平衡的。但是，用加平衡重的方法，可以改變一階慣性力的方向，使其從沿著氣缸軸線的方向轉(zhuǎn)移到氣缸軸線垂直的方向，原來的二階往復(fù)

11、慣性力I2則仍保持原狀。在單列的臥式壓縮機中，我們經(jīng)常利用上述方法，將水平方向的一階往復(fù)慣性力I1的30%～50%轉(zhuǎn)移至垂直方向，以期減輕水平方向上機器的振動。在多列壓縮機中，可以使往復(fù)慣性力在機器內(nèi)部彼此間得到部分的或全部的平衡。平衡方法的原則：一種是利用慣性力本身的特點，使各列的曲軸錯角合理地配置，使慣性力互相抵消；另一種是在同一曲拐上配置幾列，各列軸線間夾角合理地配置，使各列慣性力的合力為某一不變的數(shù)值，且始終作用在曲柄方向。這樣，就可以利用加平衡重的辦法來平衡它。 8.2 往復(fù)式壓縮機的分類 1.按排氣壓力分類 (1)低壓壓縮機 0.2＜P＜0.98MPa (2)中壓壓

12、縮機 0.98～9.8MPa (3)高壓壓縮機 9.8～98.0MPa (4)超高壓壓縮機 ＞98.0MPa 2.按消耗功率分類 (1)微型壓縮機 ＜10kW (2)小型壓縮機 10～100kW (3)中型壓縮機 100～500kW (4)大型壓縮機 ＞500kW 3.安排氣量分類 (1)微型壓縮機 ＜1m3/min (2)小型壓縮機 1～10m3/min (3)中型壓縮機 10～60m3/min (4)大型壓縮機 ＞60m3/min 4.按氣缸中心線的相對位置分類 見圖8-6。  圖8-6 氣缸中心線位置分類

13、 （a）立式；（b）一般臥式；（c）對稱平衡式或?qū)邮剑? （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)立式：氣缸中心線與地面垂直。 (2)臥式：氣缸中心線與地面平行，其中包括一般臥式、對置式和對動式（對置平衡式）。 (3)角度式：氣缸中心線彼此成一定角度，其中包括L型、V型、W型、扇型和星型等。 5.按曲柄連桿機構(gòu)分類 可分為有十字頭壓縮機和無十字頭壓縮機。 6.按活塞在氣缸內(nèi)作用情況分類 (1)單作用式：氣缸內(nèi)僅一端進行壓縮機循環(huán)。 (2)雙作用式：氣缸內(nèi)兩端都進行同一級次的壓縮循環(huán)

14、。 (3)級差式：氣缸內(nèi)一端或兩端進行兩個或兩個以上不同級次的壓縮循環(huán)。 7.按壓縮機級數(shù)分類 (1)單級壓縮機：氣體經(jīng)一級壓縮達到終壓。 (2)兩級壓縮機：氣體經(jīng)兩級壓縮達到終壓。 (3)多級壓縮機：氣體經(jīng)三級以上壓縮達到終壓。 8.按壓縮機列數(shù)分類 (1)單列壓縮機：氣缸配置在機身一側(cè)的一第中心線上。 (2)雙列壓縮機：氣缸配置在機身一側(cè)或兩側(cè)的兩條中心線上。 (3)多列壓縮機：氣缸配置在機身一側(cè)或兩側(cè)兩條以上中心線上。 9.按冷卻方式分類 可分為氣（風）冷式壓縮機和水冷式壓縮機。 10.按機器工作地點分類 可分為固定式壓縮機和移動式壓縮機。

15、 8.3 往復(fù)式壓縮機的技術(shù)參數(shù) 1.排氣量 往復(fù)式壓縮機的排氣量，通常是指單位時間內(nèi)壓縮機最后一級排出的氣體，換算到第一級進口狀態(tài)的壓力和溫度時的氣體容積值，排氣量常用的單位為m3/min或m3/h。 壓縮機的額定排氣量（壓縮機銘牌上標注的排氣量），是指特定的進口狀態(tài)時的排氣量。 2.排氣壓力 往復(fù)式壓縮機的排氣壓力通常是指最終排出壓縮機的氣體壓力，排氣壓力應(yīng)在壓縮機末級排氣接管處測量，常用單位為MPa。 一臺壓縮機的排氣壓力并非固定，壓縮機銘牌上標注的排氣壓力是指額定排氣壓力，實際上，壓縮機可在額定排氣壓力以下的任意壓力下工作，并且只要強度和排氣溫度等允許，也可超過額

16、定排氣壓力工作。 3.轉(zhuǎn)速 往復(fù)式壓縮機曲軸的轉(zhuǎn)速，常用r/min表示，它是表示往復(fù)式壓縮機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。 4.活塞力 活塞力為曲軸處于任意的轉(zhuǎn)角時，氣體力和往復(fù)慣性力的合力，它作用于活塞桿或活塞銷上?；钊σ殉蔀閴嚎s機系列化、規(guī)格化的一個主要參數(shù)，常用單位為t（噸）。我國推薦的系列為1、2、3.5、5、5.5、8、12、15、22、32和45（t）。 5.活塞行程 往復(fù)式壓縮機在運轉(zhuǎn)中，活塞從一端止點到另一端止點所走的距離，稱為一個行程，常用單位為m（米）。 6.功率 往復(fù)式壓縮機消耗的功，一部分直接用于壓縮氣體，稱為指示功，另一部分用于克服機械摩擦，稱為摩擦功，主軸需要

17、的總功為兩者之和，稱為軸功。單位時間內(nèi)消耗的功稱為功率，常用單位為瓦（W）或千瓦（kW）。壓縮機的軸功率為指示功率和摩擦功率之和。 8.4 往復(fù)式壓縮機的運行及調(diào)節(jié) 1.排氣量調(diào)節(jié) 選用壓縮機的條件之一就是用氣系統(tǒng)的最大耗氣量。系統(tǒng)的實際耗氣量是可能變化的。當耗氣量小于壓縮機的排氣量時，系統(tǒng)中壓力不斷提高。由于往復(fù)式壓縮機的排氣量不會因背壓的升高而自動降低，此時，若不采取措施減少排氣量，系統(tǒng)壓力將會達到不允許的程度，這就要求對壓縮機的排氣量進行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)變化了的耗氣量的要求。 對排氣量調(diào)節(jié)的要求是：①連續(xù)調(diào)節(jié)，即希望壓縮機的排氣量在所需的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)連續(xù)地改變，使排氣量隨時和耗氣

18、量相等。通過壓縮機排氣和不排氣進行的調(diào)節(jié)稱為間斷調(diào)節(jié)；②調(diào)節(jié)方法經(jīng)濟性好，即調(diào)節(jié)時，單位排氣量功耗要少；③調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、操作維修方便。 排氣量調(diào)節(jié)的方法主要有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、管路調(diào)節(jié)、吸氣閥調(diào)節(jié)、輔助容積調(diào)節(jié)。 1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)分連續(xù)和間斷調(diào)節(jié)兩種。 (1)連續(xù)地變速調(diào)節(jié) 不計泄漏時，壓縮機的排氣量就是每單位時間內(nèi)吸入的氣體體積量。它與轉(zhuǎn)速有關(guān)，要求減少排氣量時，可用降低單位時間內(nèi)的循環(huán)數(shù)，即降低驅(qū)動機的轉(zhuǎn)速來達到。 (2)間斷地停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié) 當壓縮機用不可變速驅(qū)動機驅(qū)動時，采用壓縮機暫時停止運轉(zhuǎn)的辦法來調(diào)節(jié)排氣量。當耗氣量小于壓縮機的排氣量時，壓縮機出口儲氣罐壓力

19、升高。當壓力上升到規(guī)定的上限時，壓力繼電器切斷驅(qū)動機電源，使驅(qū)動機停止運轉(zhuǎn)。這時儲氣罐耗氣而壓力下降，當壓力降低到規(guī)定的下限時，壓力繼電器接通電源，壓縮機啟動，又開始供氣。這就是壓縮機采用間斷地停止運轉(zhuǎn)而降低供氣量的方法。 該方法的優(yōu)點是：易于實現(xiàn)自動控制、停轉(zhuǎn)后不消耗動力、經(jīng)濟性好。缺點是頻繁啟動、停機，增加零部件的磨損，啟動動力消耗大。如有較大的儲氣罐，可減少啟動次數(shù)。 2)管路調(diào)節(jié)管路調(diào)節(jié)包括切斷吸氣調(diào)節(jié)、節(jié)流吸氣調(diào)節(jié)和回流調(diào)節(jié) (1)切斷吸氣調(diào)節(jié) 對于大、中型壓縮機采用頻繁的停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)是不允許的。這時，可以利用專門閥門切斷吸氣管路，使排氣量為零，得到間斷調(diào)節(jié)。此時功率消耗

20、約為正常工況指示功率消耗的2%～3%。這種調(diào)節(jié)方法的特點是氣缸停止吸氣期間，缸內(nèi)氣體幾乎不消耗活塞的機械功。缺點是缸內(nèi)氣體溫度過高，可能引起潤滑油的熱分解；對單作用壓縮機，缸內(nèi)氣體壓力降到大氣壓力以下時，可能從活塞環(huán)處向缸內(nèi)吸進空氣和潤滑油，這對一些不允許和空氣混合的氣體壓縮機，應(yīng)禁止采用這種調(diào)節(jié)方法。 (2)節(jié)流吸氣調(diào)節(jié) 在壓縮機的進氣管路上裝節(jié)流閥，使吸入氣缸的氣體節(jié)流降壓，減少排氣量。這種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點是可以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。缺點是節(jié)流程度不大時，氣體耗功增大。這種方法在工業(yè)中很少應(yīng)用。 (3)回流調(diào)節(jié) 回流調(diào)節(jié)即吸、排氣管連通調(diào)節(jié)。在壓縮機的排氣管路上裝設(shè)旁通管，并與吸氣管相連。

21、在旁通管路上安裝閥門。當需要降低壓縮機的供氣量時，打開旁通管路上的閥門，一部分或全部排出的氣體便又回到吸氣管路中，這樣就達到了排氣量調(diào)節(jié)的目的。吸、排氣管的連通分自由連通和節(jié)流連通兩種。 3）頂開吸氣閥調(diào)節(jié)頂開吸氣閥調(diào)節(jié)有全行程和部分行程頂開吸氣閥調(diào)節(jié)之分。 (1)全行程頂開吸氣閥調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)時，借助完全頂開吸氣閥調(diào)節(jié)裝置（圖8－7）的壓叉2使吸氣閥片在壓縮機循環(huán)的全部行程中始終處于開啟狀態(tài)，機器空轉(zhuǎn)，排氣量為零，從而獲得排氣量的調(diào)節(jié)。圖8－8為全行程頂開吸氣閥調(diào)節(jié)的示功圖，由圖可見，調(diào)節(jié)工況耗功很小。 圖8－7 全行程頂開吸氣閥的裝置 圖8－8 全行程頂開

22、吸氣閥示功圖 1－升程擋板；2－壓叉；3－彈簧；4－頂桿； 5－壓閥罩；6－閥蓋；7－小活塞；8－密封圈 調(diào)節(jié)器是這樣工作的，壓縮機正常工作時，由于彈簧3的彈力作用，調(diào)節(jié)器的壓叉2及小活塞7被向上頂起，壓叉下面與閥片不接觸。當系統(tǒng)的用氣量減少，儲氣罐內(nèi)的氣體壓力升高到某一定值時，此氣體壓力經(jīng)閥蓋6上的氣道傳至小活塞7的上面，迫使小活塞推著壓叉下降頂開閥片，壓縮機停止供氣。 這種調(diào)節(jié)方法的特點是設(shè)備簡單，頂開吸氣閥時，功耗極小，故廣泛用于壓縮機的氣量調(diào)節(jié)。 (2)部分行程頂開吸氣閥調(diào)節(jié) 這種調(diào)節(jié)方法是在壓縮機循環(huán)的部分行程將吸氣閥打開，當活塞運行到某預(yù)定位置時，吸氣閥又關(guān)閉，在

23、剩余行程中氣體完成正常的壓縮與排氣。根據(jù)吸氣閥頂開時間的長短，可以得到不同的排氣量。 這種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點是操作方便，設(shè)備比較簡單，能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。缺點是調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性不太好。一般用于大、中型壓縮機。 4)輔助容積調(diào)節(jié) 每臺壓縮機都有固定的余隙容積。輔助容積調(diào)節(jié)就是再增設(shè)一輔助余隙容積，調(diào)節(jié)時把補充余隙容積與原固定余隙容積接通，使余隙容積增大，吸氣量降低，達到排氣量調(diào)節(jié)的目的。輔助容積示意圖及調(diào)節(jié)時的示功圖見圖8-9及圖8-10。 這種調(diào)節(jié)方法經(jīng)濟可靠；缺點是對于低壓力比的情況，調(diào)節(jié)范圍小，且輔助容積所占的空間位置較大，故多用于高壓力比的壓縮機。 圖8-9 調(diào)節(jié)排氣量的輔助容

24、積 圖8-10 增大余隙容積進行調(diào)節(jié)時的示功圖 1—螺桿；2—小汽缸； 3—小活塞；4—氣缸 8.5 往復(fù)式壓縮機的發(fā)展狀況 往復(fù)式壓縮機的發(fā)展趨向是： (1)向高壓、高速、大容量發(fā)展。某些化工部門，提高壓力可以提高合成效率，所以相應(yīng)的壓縮機工作壓力也不斷提高。如合成氨用的壓縮機工作壓力達到60MPa及100MPa，而合成聚乙烯用壓縮機的壓力已達350MPa。高轉(zhuǎn)速、短行程結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，使機器占地面積、金屬消耗量大為降低。大型壓縮機的轉(zhuǎn)數(shù)一般為250～500r/min，中型為500～1000r/min，小型為1000～3000r/min。 (2)提高壓縮機效率。壓縮機是一

25、種消耗巨大能量的機器，如1000臺排氣壓力為0.9MPa，排氣量為20m3/min的壓縮機，就需12.5萬千瓦的動力。因此，注意提高壓縮機效率，對節(jié)約能源具有重大意義。而通過合理設(shè)計，提高其效率5%～10%，是完全有可能做到的。 (3)延長壓縮機機組的使用壽命。活塞環(huán)、填料等易磨損零部件，采用耐磨工程塑料，如填充聚四氟乙烯、MC尼龍6、聚甲醛等材料，不但延長使用壽命，而且可實現(xiàn)少油潤滑或無油潤滑。 (4)按系列化、通用化、標準化進行設(shè)計、生產(chǎn)，以利提高產(chǎn)量、質(zhì)量，縮短制造周期，便于產(chǎn)品變形。 (5)壓縮機氣缸進出口都設(shè)有緩沖罐，位置都緊靠氣缸進出口。目的是減少往復(fù)式壓縮機壓縮氣體的

26、脈沖，減少機組的振動與阻力損失。 (6)大型壓縮機內(nèi)部冷卻系統(tǒng)采用閉路循環(huán)，不僅減少冷卻水的用量，并且起到凈化冷卻水的作用，從而提高各級冷卻器的冷卻效率，改善壓縮機的運行工況，提高壓縮機的出力。 (7)大、中型壓縮機配備報警、聯(lián)鎖裝置。對于用在石油化工或其他連續(xù)性生產(chǎn)的系統(tǒng)中使用的壓縮機尤為有用。例如，馬達定子溫度、工藝氣出口溫度、水壓、油壓、機身振動、活塞桿沉降等報警、聯(lián)鎖裝置。 (8)采用全密封迷宮式活塞，常用于食品、醫(yī)藥工業(yè)有特殊要求的地方。 8.6 往復(fù)式壓縮機的結(jié)構(gòu)特點和主要部件 8.6.1機體 1)機體的基本結(jié)構(gòu)型式 根據(jù)壓縮機不同的結(jié)構(gòu)型式，機體可

27、分為臥式機體、對置機體、立式機體、角度式機體。 (1)立式壓縮機采用立式機體，一般由三部分組成。在曲軸以下的部分稱為機座(無十字頭的立式壓縮機的機座習慣稱曲軸箱)。機座上有主軸承座孔，在機座以上，中體以下的部分稱為機身，位于機身與氣缸間的部分，稱為中體。對于中、小型的立式機體，為了簡化結(jié)構(gòu)，常把機身與中體鑄在一起。對于微型無十字頭的立式壓縮機，機體常鑄成一體。中體、機身、機座鑄成一體的機體統(tǒng)稱為曲軸箱。 (2)臥式壓縮機采用臥式機體，由機身與中體組成，常鑄成整體的。臥式機體分為刺刀型機身與叉型機身(圖8—11)。安裝曲柄軸的刺刀型機身與安裝曲拐軸的叉型機身的不同點僅是后者比

28、前者多了一個主軸承。 (3)對稱平衡與對置式壓縮機采用對置機體(圖8—12)。機體一般由機身和中體組成，中體配置在曲軸的兩側(cè)，用螺栓與機身連接在一起。機身可做成多列的，如兩列、四列、六列等。 機身為上端開口的匣式結(jié)構(gòu)，具有較高的剛性。機身下部的容積可以貯存潤滑油，存油量的多少，按照潤滑系統(tǒng)設(shè)計的要求而定。如果要求箱體容積能貯存全部潤滑油，則機身下部的容積必須按能貯存5～8min油泵油量進行設(shè)計。另外應(yīng)該考慮傳動機構(gòu)不應(yīng)觸及最高油面。主軸承安置在與氣缸中心線平行的板壁上，板壁上布置有筋條，機身頂部裝有呼吸孔或呼吸器，使機身內(nèi)部與大氣相通，降低油溫和機身內(nèi)部壓力，不使油從聯(lián)接面處擠出來。 (

29、4)角式壓縮機采用L型(圖8—13)、V型、W型、扇型等機體。V型、W型與扇型壓縮機，傳動機構(gòu)多為無十字頭結(jié)構(gòu)，機體也多采用曲軸箱型式。L型壓縮機，傳動機構(gòu)多為有十字頭結(jié)構(gòu)。機體的主軸承都采用滾動軸承。 圖8-11 臥式機體 （a）刺刀型機身；（b）叉型機身 圖8-12 對置式機體 8.6.2曲軸 往復(fù)式壓縮機曲軸有兩類：一種是曲柄軸（開式曲軸），一種是曲拐軸（閉式曲軸）。曲柄軸大多用于舊式單列或雙列臥式壓縮機，這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已很少使用。曲拐軸的結(jié)構(gòu)如圖8-14所示?，F(xiàn)在大多數(shù)壓縮機都采用這種結(jié)構(gòu)。 圖8-13 L型機身 拐軸的組成： (

30、1)主軸頸 主軸頸裝在主軸承中，它是曲軸支承在機體軸承座上的支點，每個曲軸至少有兩個主軸頸。對于曲拐的曲軸，為了減少由于曲軸自重而產(chǎn)生的變形，常在當中再加上一個或多個主軸頸。這種結(jié)構(gòu)使曲軸長度增加。 (2)曲柄銷 曲柄銷裝在連桿大頭軸承中，由它帶動連桿大頭旋轉(zhuǎn)，為曲軸和連桿的連接部分。因此，又把它稱為連桿軸頸。 (3)曲柄 也叫做曲臂，它是連接曲柄銷與主軸頸或連接兩個相鄰曲柄銷的部分。 (4)軸身 曲軸除曲柄、曲柄銷、主軸頸這三部分之外，其余部分稱軸身。它主要用來裝配曲軸上其他零件、部件如齒輪油泵等（一般裝在軸端，軸端設(shè)計成1：10的錐度或設(shè)計成圓柱形，或帶有法蘭

31、等）。 圖8－14 曲拐軸 1－主軸頸；2－曲柄（曲臂）；3－曲拐頸（曲柄銷）； 4－通油孔；5－過渡圓角；6－鍵槽；7－軸端 曲軸可以做成整體的，也可以作成半組合和組合式的?，F(xiàn)在，大多數(shù)壓縮機均采用整體式曲軸。 圖8－15 曲軸的平衡重 近年來，大多數(shù)壓縮機的曲軸常常被作成空心結(jié)構(gòu)，這種空心結(jié)構(gòu)的曲軸非但不影響曲軸的強度，反而能提高其抗疫勞強度，降低有害的慣性力，減輕其無用的重量。實踐證明，空心曲軸比實心曲軸抗疲勞強度約提高50%。 此外，為了抵消曲軸不平衡質(zhì)量所引起的回轉(zhuǎn)慣性力，曲柄下端通常配有平衡重。如圖8－15所示。 8.6.3連桿及

32、連桿螺栓 (1)連桿的基本結(jié)構(gòu)型式 連桿是將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸，又將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)運動的機件。 圖8－16 連桿 1－小頭；2－桿體；3－大頭；4－連桿螺栓；5－大頭蓋；6－連桿螺母 連桿包括桿體、大頭、小頭三部分，如圖8－16所示。桿體截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形等。圓形截面的桿體，機械加工最方便，但在同樣強度時，具有較大的運動質(zhì)量，適用于低速、大型以及小批生產(chǎn)的壓縮機。工字形截面的桿體在同樣強度時，具有較小的運動質(zhì)量，但其毛坯必須模鍛或鑄造，適用于高速及大批量生產(chǎn)的壓縮機。 圖8－17 大頭為閉式的連桿 對于小頭的結(jié)

33、構(gòu)，近年來由于小頭軸承都用整體的磷青銅軸套，使連桿小頭的結(jié)構(gòu)大為簡化。有時，希望小頭軸瓦磨損后能夠調(diào)整，則常采用圖8－17所示的結(jié)構(gòu)，靠螺釘拉緊斜鐵來調(diào)整磨損后的軸瓦與十字頭銷間的間隙。這種結(jié)構(gòu)常用于大型壓縮機?？紤]到降低機器的高度，也有把小頭制成叉形的結(jié)構(gòu)，如圖8－18所示。它的特點是裝配調(diào)整方便；十字頭與活塞桿連接緊湊，但是工藝性不好。 圖8－18 小頭為叉形的連桿 使用曲拐時，大頭都采用剖分的結(jié)構(gòu)，如圖8—16所示。大頭蓋與連桿體用螺栓連接。連桿螺母鎖緊后，必須加上防松裝置，以防止在工作時松動。如用曲柄軸時，大頭常采用閉式的結(jié)構(gòu)，如圖8—17所示。大頭為閉式結(jié)構(gòu)的特點是

34、不要連接件，結(jié)構(gòu)大為簡化，強度增大，而且尺寸可以縮小。小型壓縮機為了采用滾動軸承，也有把大頭制成閉式的。大頭孔內(nèi)鑲?cè)霛L動軸承，裝配時必須從軸的特定端裝入。 有些壓縮機的連桿從材料合理利用的角度出發(fā)，常把大小頭的外形制成偏心圓，這種形狀適于鑄造的連桿。微型壓縮機的連桿在材料為鍛鋁或球墨鑄鐵時，通常不用大小頭軸瓦，直接在連桿大小頭孔內(nèi)制出油槽，而連桿大頭頂端鍛有打油桿，可實現(xiàn)飛濺潤滑。還有連桿的小頭是球形的，便于活塞自動調(diào)心，也消除了從活塞銷漏氣的機會，大頭則制成三部分，借墊片來調(diào)整氣缸的余隙。 也有帶副連桿的聯(lián)桿，一般用于角度式壓縮機，使機器緊湊。兩列氣缸能在同一平面上。

35、 (2) 連桿螺栓 連桿螺栓是連桿上非常重要的零件。影響連桿螺栓強度的重要因素有結(jié)構(gòu)、尺寸、材料以及工藝過程。 通常連桿螺栓的斷裂是由于應(yīng)力集中的部位上材料的疲勞而造成的。圖8－19表示連桿螺栓各結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系式。 r1 圖8－19 聯(lián)桿螺栓各尺寸的關(guān)系 d0－螺紋外徑，mm；d1－螺紋內(nèi)徑，mm；d2=d0+(0.1～0.2),mm；d3=(0.90～0.92)d1,mm； r1=(0.15～0.20)d1,mm；r2=0.5d1,mm；S=0.5～3.0mm 8.6.4十字頭及十字頭銷 (1)十字頭的基本結(jié)構(gòu)型式 十字頭是連接作搖擺運動的連

36、桿與作往復(fù)運動的活塞桿的機件，具有導(dǎo)向作用。十字頭按連接連桿的型式分為開式和閉式兩種。 開式結(jié)構(gòu)的連桿小頭處于十字頭體外，如圖8－20所示。叉形連桿的兩叉放在十字頭體的兩側(cè)，故叉形部分較寬，連桿重量較大。開式十字頭制造比較復(fù)雜，只在少數(shù)立式或V形壓縮機中，為降低高度而采用。閉式十字頭(圖8－21)中連桿放在十字頭體內(nèi)。也有叉形放在十字頭體內(nèi)和活塞桿一道用十字頭銷連接的，所以活塞桿與十字頭連接部分必須做成吊環(huán)形。閉式結(jié)構(gòu)的十字頭剛性較好，與連桿和活塞桿的連接較為簡單，所以得到廣泛應(yīng)用。 圖8－20 連桿叉形頭在十字頭體外的開式十字頭 圖8－21 閉式十字頭 十

37、字頭按十字體與滑履的連接方式可分為整體式與分開式兩種。對于小型壓縮機的十字頭常作成整體的，近年來在高速大型壓縮機上為了減輕運動部件的重量，也有采用在滑履上鑲有巴氏合金的整體十字頭。對于一般的大、中型壓縮機的十字頭則常采用十字頭體與滑履分開的結(jié)構(gòu)(圖8—21)，以利調(diào)整。整體十字頭結(jié)構(gòu)輕巧，制造方便；其缺點是磨損后，十字頭與活塞桿的同軸度公差增大，不能調(diào)整。而分開式的特點恰與整體式相反，特別適用于大型壓縮機。 十字頭與活塞桿連接形式又分為螺紋連接、聯(lián)接器連接、法蘭連接和楔連接四種。螺紋連接結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，使用可靠，但每次檢修后要重新調(diào)整氣缸與活塞的余隙容積。圖8—22所示是目前常采用的螺紋連

38、接形式。它大都采用雙螺母并擰緊后，用防松裝置鎖緊。有些結(jié)構(gòu)具有調(diào)整墊片，在每次檢修后，不必調(diào)整氣缸余隙容積，彌補了螺紋連接的缺點。 圖8－23所示為聯(lián)接器連接[圖(a)]和法蘭連接[圖(b)]結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)使用可靠，調(diào)整方便，使活塞桿與十字頭容易對中，不受螺紋中心線與活塞桿中心線偏移的影響，而直接由兩者的圓柱面的配合公差來保證。其缺點是結(jié)構(gòu)笨重，故多用在大型壓縮機上。 圖8－22 十字頭與活塞桿用螺紋連接的結(jié)構(gòu) 1－活塞桿；2－螺母；3－防松齒形板；4－螺母；5－防松齒形板；6－防松螺釘 (a) (b) 圖8

39、－23 十字頭與活塞桿用聯(lián)接器和法蘭連結(jié)的結(jié)構(gòu) 1－活塞桿；2－螺母；3－聯(lián)接器；4－彈簧卡環(huán)；5－套筒；6－鍵；7－調(diào)整墊片 還有一種是楔連接的結(jié)構(gòu)。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，可以利用楔(用比活塞桿軟的材料，如20鋼制作)容易變形的特點，把楔作為整個運動系統(tǒng)的安全銷使用，防止過載時損壞其他機件。它的缺點是不能調(diào)整氣缸余隙容積。這種結(jié)構(gòu)常用于小型壓縮機上。 (2)十字頭銷 十字頭銷有圓錐形(圖8－24)、圓柱形(圖8－25)以及一端為圓柱形而另一端為圓錐形 (圖8－26)三種型式。十字頭銷一般固定在十字頭上。 圓錐形銷用于活塞力大于5.5×104N的壓縮機上，錐度

40、取1/10-1/20。錐度大，裝拆方便，但過大的錐度將使十字頭銷孔座增大，以致削弱十字頭體的強度。錐面上的鍵主要是防止銷上徑向油孔的移位而起定位作用，其次也可防止十字頭銷在孔座內(nèi)的轉(zhuǎn)動。借助于螺釘可使錐面貼緊。 圖8－24 圓錐形十字頭銷 圖8－25 圓柱形十字頭銷 圖8－26 一端為圓柱形 另一端為圓錐形的十字頭銷 近年來，在活塞力小于5.5×104N的壓縮機中，大都采用了圓柱形浮動十字頭銷(圖8－25)。浮動銷可以在連桿小頭孔與十字頭銷孔座內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，從而減少了磨損，并可用彈簧卡圈扣在孔座的凹槽內(nèi)進行軸向定位。它具有重

41、量輕、制造方便的優(yōu)點。 圖8－27 L型壓縮機十字頭的組裝圖 1－十字頭銷；2－活塞桿；3－螺帽；4－十字頭體；5－油孔；6－連桿；8－螺栓 上述各種十字頭銷都可以用壓板蓋固定在十字頭座孔端面,使十字頭銷軸向定位。圖8－27為十字頭、活塞桿、連桿組裝圖。 8.6.5軸承 壓縮機常用的軸承有滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承使用、維護方便，機械效率較高，結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但由專業(yè)廠制造，價格并不很貴，而且通用化、標準化程度很高?；瑒虞S承的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造方便，精度高，振動小，安裝方便。一般中、小型壓縮機適宜采用滾動軸承，大型壓縮機及多支承的壓縮機普遍用滑動軸承。

42、(1)滾動軸承 滾動軸承在各種機器中應(yīng)用很普遍，壓縮機用的滾動軸承只是其中的幾種，在此不做介紹。 (2)滑動軸承 滑動軸承的軸瓦大都制成可分的。立式壓縮機主軸軸承的軸瓦一般分為兩半(圖8－28)；臥式壓縮機(刺刀形或叉形機身)主軸承的軸瓦常分為四瓣(圖8－29)；對稱平衡型壓縮機中，曲軸軸承在水平方向所受的載荷不大，與立式壓縮機一樣，軸瓦由水平剖分的兩部分組成。連桿大頭軸瓦都采用兩半的。 滑動軸承按壁厚的不同，可分為厚壁瓦(圖8－28)和薄壁瓦(圖8－30)。當壁厚t與軸瓦內(nèi)徑d之比，t/d≤0.05時為薄壁瓦，其合金層厚度t1一般為0.3～1.Omm；當t/d＞0.0

43、5時為厚壁瓦，合金層t1=0.01d+(1～2)mm。厚壁瓦一般都帶有墊片，軸承磨損后可以進行調(diào)整；薄壁瓦一般都不帶墊片，軸承磨損后不能調(diào)整。但薄壁瓦貼合面積大，導(dǎo)熱性能好，承載能力大，因此目前趨向于使用薄壁瓦軸承。 圖8－28 由兩半組成的軸瓦 圖8－29 由四瓣組成的軸瓦 圖8－30 薄壁軸瓦 8.6.6氣缸 1)氣缸的作用及性能要求氣缸是構(gòu)成工作容積實現(xiàn)氣體壓縮的主要部件。在氣缸設(shè)計時，除了考慮強度、剛度與制造外，還應(yīng)注意以下幾個問題：①氣缸的密封性、氣缸內(nèi)壁面（又稱氣缸鏡面）耐磨性以及氣缸、填料的潤滑性能要好；②通流面積要大，彎道要少，以減少流動損失

44、；③余隙容積要小，以提高容積系數(shù)；④冷卻要好，以散逸壓縮氣體時產(chǎn)生的熱量；⑤進排氣閥的閥腔應(yīng)被冷卻介質(zhì)分別包圍，以提高溫度系數(shù)；⑥應(yīng)避免溫差應(yīng)力引起的開裂等。 2)氣缸的結(jié)構(gòu)形式按冷卻方式分，有風冷氣缸與水冷氣缸；按活塞在氣缸中的作用方式分，有單作用、雙作用及級差式氣缸；按氣缸的排氣壓力分，有低壓、中壓、高壓、超高壓氣缸等。 圖8－31 風冷式氣缸 圖8－32 雙層壁氣缸 (1)低壓微型、小型氣缸排氣壓力小于0.8MPa，排氣量小于1m3/min的氣缸為低壓微型氣缸，多為風冷式移動式空氣壓縮機采用。排氣壓力小于0.8MPa，排氣量

45、小于10m3/min的氣缸為低壓小型氣缸，有風冷、水冷兩種。 微型風冷式氣缸結(jié)構(gòu)如圖8－31所示。為強化散熱，它在缸體與缸蓋上設(shè)有散熱片，氣缸上部溫度高，散熱片應(yīng)長一些。散熱片在一圈內(nèi)宜分成三、四段，各缺口錯開排列，缺口氣流的擾動可以強化散熱。設(shè)計時還應(yīng)注意防止排氣道對進氣道的加熱，以免影響溫度系數(shù)。為了增強冷卻，還可以加上導(dǎo)風罩。 大多數(shù)低壓小型壓縮機都采用水冷雙層壁氣缸，如圖8－32所示。 (2)低壓中、大型氣缸低壓中、大型氣缸多為雙層壁或三層壁氣缸，圖8-33則為一個水冷三層壁雙作用鑄鐵氣缸，內(nèi)層為氣缸工作容積，中間為冷卻水通道，外層為氣體通道，它中間隔開分為吸氣與排氣兩部

46、分，冷卻水將吸氣與排氣閥隔開，可以防止吸入氣體被排出氣體加熱，填料函四周也設(shè)有水腔，改善了工作條件。 由于金屬向水散熱遠高于向空氣散熱，所以它不但克服了上述問題，而且仍能起到防止吸入氣體被排出氣體加熱的作用。 圖8－34為4M12-45/210二氧化碳氣壓縮機的第一級低壓鑄鐵水冷氣缸，屬大型氣缸，從制造工藝上考慮，氣缸分成了三部分：環(huán)形的氣缸體、錐形的氣缸蓋和錐形的缸座。氣缸中央有注油接管，缸座上設(shè)有填料函，左缸蓋上設(shè)有一個Ф450的補充余隙容積，用來調(diào)節(jié)排氣量。 圖8－33 短行程三層壁氣缸 圖8－34 低壓大型水冷雙作用氣缸 (3)級差式氣缸圖8

47、－35為分體的級差式氣缸，左端為V級缸，因為壓力高，從強度考慮采用鍛鋼制作，氣閥通道由若干小孔組成。中間是平衡容積，右端為Ⅳ級缸，壓力較低，由鑄鋼制成，氣閥通道為大圓孔。由于鑄鋼的鑄造工藝性差，所以形狀力求簡單，水套用鋼板圍成。 圖8－35 級差式氣缸 (4)高壓和超高壓氣缸工作壓力為10～100MPa的氣缸為高壓氣缸，它們可用稀土合金球墨鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼制造，圖8－36為稀土球墨鑄鐵氣缸。工作壓力大于100MPa的氣缸為超高壓氣缸，設(shè)計時主要應(yīng)考慮強度與安全，氣缸壁采用多層組合圓筒結(jié)構(gòu)，如圖8－37所示。超高壓氣缸常沿氣缸中心線布置組合閥，以避免在氣缸上承受脈動工作壓力的區(qū)域上

48、作徑向鉆孔。 101 圖8－36 工作壓力為32MPa的稀土 圖8－37 工作壓力達220MPa的 合金球墨鑄鐵氣缸 超高壓氣缸 8.6.7活塞與活塞桿 活塞的作用是與氣缸一起構(gòu)成壓縮容積。對活塞的要求是在保證強度、剛度及連接和定位可靠的條件下，選密封性好，摩擦小，重量輕的活塞。 1)活塞 (1)筒形活塞筒形活塞用于無十字頭的單作用低壓壓縮機中，結(jié)構(gòu)如圖8－38所示。其下部為裙部，它與氣缸緊貼，起承受連桿側(cè)壓力及為活塞導(dǎo)向的作用?；钊纳喜繛榄h(huán)部，一般設(shè)置有2～3道活

49、塞環(huán)及1～2道刮油環(huán)。筒形活塞靠飛濺潤滑將油濺至氣缸鏡面上，活塞上行時，刮油環(huán)起著布油的作用，下行時刮油環(huán)將多余的油刮下，經(jīng)回油孔流回曲軸箱中。活塞上下運動時，活塞環(huán)一般會相對于環(huán)槽作往復(fù)運動，依靠這種運動可以將氣缸鏡面上的油由下向上布滿整個缸壁，起著潤滑作用。當刮油環(huán)失效時，大量潤滑油進入活塞上部，導(dǎo)致氣體帶油過多，氣缸、氣閥積碳嚴重。刮油失效的原因除了刮油環(huán)失效外，還有氣缸磨損失圓，氣缸軸線與曲軸不垂直等因素。 圖8－38 筒形活塞 它借鑒了柴油機中的結(jié)構(gòu)，活塞銷既能在連桿小頭中又能在活塞銷座中自由轉(zhuǎn)動，活塞銷座兩端設(shè)有彈性檔圈，以防止活塞銷跑出刮傷氣缸鏡面。在浮動連接中，活塞與

50、連桿間的軸向間隙為活塞銷座與活塞銷，活塞銷與連桿兩個間隙的疊加，所以每個間隙必須很小而且差值不大，這對加工提出了較高的要求。 (2)盤形活塞盤形活塞適用于有十字頭的雙作用缸，圖8－39為一鑄鐵的盤形活塞，為減輕重量又保證端面的剛度，做成了中空帶筋板結(jié)構(gòu)。為避免鑄造殘余應(yīng)力和縮孔，以防止工作中因受熱而造成不規(guī)則的變形，鑄鐵活塞的筋最好不要與外緣及轂部連接?；钊瞬吭O(shè)有清砂孔，在清除內(nèi)部砂芯并經(jīng)水壓試驗后，用螺栓封死車平。 直徑較大的活塞可用鋼板焊制，其筋板不僅與端面而且也與轂部焊接，以保證足夠的強度。如圖8－40所示。臥式缸盤形活塞的下部承受了活塞組的重量，為減少摩擦與磨損，可用軸承合金

51、制造承壓面，直徑大時，只澆鑄在90°～120°的范圍內(nèi)，如圖8-40所示，直徑不大時，可澆鑄成整圈的。承壓環(huán)應(yīng)與氣缸緊貼，它的邊緣應(yīng)開有坡口，以利潤滑油楔入，在環(huán)面上可開環(huán)槽，以利形成油膜。 圖8－39 鑄鐵盤形活塞 圖8－40 焊接活塞 無油潤滑壓縮機中，無論臥式、立式缸都設(shè)有用塑料制的承壓環(huán)（對立式缸又叫導(dǎo)向環(huán)）。 直徑1m以上的活塞可采用貫穿活塞桿和端部滑塊結(jié)構(gòu)，活塞桿的兩端都穿出汽缸，都有填料函，活塞懸掛在活塞桿上，與氣缸四周間隙均勻，密封好，磨損小，但增加了端部填料函，結(jié)構(gòu)要復(fù)雜些。 (3)級差式活塞級差式活塞為兩個以上不同直徑活塞的組合，用于級差式氣缸

52、中，如圖8-41所示，其低壓級下部有承壓面，高壓級活塞用球型關(guān)節(jié)與低壓級活塞相連，高壓級相對于低壓級既可作徑向移動又可作轉(zhuǎn)動，使小活塞可以沿氣缸表面自由定位。當承壓面磨損后，大活塞會相對球型關(guān)節(jié)自由落下，避免了大活塞壓在小活塞上的情形。小活塞剛性小易彎曲，為了防止它與氣缸摩擦，其直徑應(yīng)比氣缸小0.8～1.5mm。 (4)組合活塞圖8－41的右端為用隔距環(huán)組成環(huán)槽的組合型活塞，活塞環(huán)不用扳開即可裝入，在高壓級中，活塞環(huán)的徑向厚度與直徑之比較大，若扳開裝入則易折斷，所以采用這種結(jié)構(gòu)。組合活塞的缺點是加工復(fù)雜，隔距環(huán)端面研磨不好則會泄漏。 圖8－41 級差式活塞 (5)柱塞當活塞的

53、直徑很小時，采用活塞環(huán)密封在制造上是很困難的，所以多采用柱塞式活塞，圖8－42為帶環(huán)槽的柱塞，它靠柱塞與氣缸的微小間隙及柱面上的環(huán)槽形成曲折密封。另一種柱塞僅為一光滑圓柱體，氣體之密封靠填料實現(xiàn)。柱塞工作表面應(yīng)精磨，圓柱度要求很嚴。采用雙球形關(guān)節(jié)可以保證它與氣缸自動對中。 圖8－42 壓力為40MPa的曲折密封柱形活塞 2)活塞桿活塞桿一端與活塞另一端與十字頭連接，它起傳遞連桿力帶動活塞運動的作用。它與活塞的連接方式常見的有兩種，即凸肩連接與錐面連接。 圖8－40為凸肩連接方式，活塞用鍵固定于活塞桿上，螺母壓住活塞，用翻邊鎖緊在活塞上，或用開口銷鎖在活塞桿上，以防螺母松動造成

54、嚴重事故。 活塞與活塞桿的同軸度靠外圓或凸肩的過渡配合來實現(xiàn)，其表面要求較高。從制造上考慮，凸肩不能比活塞桿大得太多，但凸肩與螺母承受了很大的活塞力，所以凸肩上的比壓很大，為了增大接觸面積減少比壓，凸肩與活塞的支承表面應(yīng)加以研磨，當鑄鐵或鑄鋁上的比壓過大，則應(yīng)加合金鋼墊圈，凸肩與活塞桿應(yīng)嚴格垂直并有合理的過渡圓?；钊麠U螺紋應(yīng)制成細牙且根部倒圓，以提高其疲勞強度。在活塞桿的末稍切出彈性錐孔，在螺母下部切出彈性溝槽，可以減少應(yīng)力集中，提高疲勞強度。 圖8－39為錐面連接方式，其優(yōu)點是拆裝方便，不需鍵定位，其缺點是加工精度要求高，否則難以保證活塞與活塞桿垂直，且不易壓緊。 圖8－43為一

55、種較新的連接方式，為美國Cooper-Bessemer公司采用，它的活塞只到凸肩處，活塞用彈性長螺栓固定在凸肩上，其優(yōu)點是：彈性螺栓的剛性小，所以活塞桿承受的脈動負荷?。换钊麠U的形狀簡單；高壓級活塞可制成凸肩與活塞等直徑，故螺栓受的氣體力很小。所以提高了活塞桿的疲勞壽命。 活塞桿與填料的接觸部分要求密封性好，故尺寸精度要求高。接觸部分還要求耐磨性好，為此需進行表面淬火、表面滲碳或氮化處理，使表面硬度達到HRC52～62?；钊麠U的材料采用淬火處理時用35號，45號鋼及40Cr，氮化時用38CrMoAl制造。 活塞桿是在拉壓交變載荷下工作的，桿又較細長，故設(shè)計時應(yīng)進行：①在最大活塞力下的壓

56、桿穩(wěn)定校核與強度校核；②螺紋或截面變化較大處的靜強度與疲勞強度校核；③活塞與活塞桿接觸處的比壓校核，具體請參見有關(guān)手冊。 圖8-43 活塞與活塞桿的彈性長螺栓連接 8.6.8活塞環(huán) 活塞環(huán)與填料函是氣缸的密封組件，都屬于滑動密封元件，對它們的要求是，既要泄漏少，摩擦小，又要耐磨、可靠。活塞環(huán)與填料通常使用金屬材料，在有油潤滑的條件下工作，但為了滿足用戶對壓縮氣體無油或少油的要求，也采用非金屬材料在無油或少油的條件下工作。本段將只介紹有油潤滑的金屬活塞環(huán)與填料函。 (1)結(jié)構(gòu)形式活塞環(huán)是一個開口的圓環(huán)，用金屬材料如鑄鐵，或用自潤滑材料如聚四氟乙烯制成。自由狀態(tài)下其直徑大于氣

57、缸直徑，自由狀態(tài)的切口值為A，裝入氣缸后，環(huán)產(chǎn)生初彈力，該力使環(huán)的外圓面與氣缸鏡面貼合，產(chǎn)生一定的預(yù)緊密封壓力，在切口處還應(yīng)該留有周向熱脹間隙δ，如圖8－44所示。 活塞環(huán)的切口形式有三種，如圖8－45。直切口制造簡單，但泄漏大，搭切口則相反，所以一般采用斜切口。為減少泄漏，安裝時應(yīng)將各切口錯開，并使左右切口相鄰，檢修時要注意調(diào)整。 圖8－44 活塞環(huán)有關(guān)尺寸參數(shù)圖示 圖8－45 活塞環(huán)切口形式 (2)密封原理活塞環(huán)是依靠阻塞與節(jié)流來實現(xiàn)密封的，如圖8－46所示，氣體的泄漏在徑向由于環(huán)面與氣缸鏡面之間的貼合而被阻止，在軸向由于環(huán)端面與環(huán)槽的貼合而被阻止，此即

58、所謂塞；由于阻塞，大部分氣體經(jīng)由環(huán)切口節(jié)流降壓流向低壓側(cè)，進入兩環(huán)間的間隙后，又突然膨脹，產(chǎn)生旋渦降壓而大大減少了泄漏能力，此即所謂節(jié)流。所以活塞環(huán)的密封是在有少量泄漏情況下，通過多個活塞環(huán)形成的曲折通道，形成很大壓力降來完成的。 活塞環(huán)的密封還具有自緊密封的特點，即它的密封壓力主要是靠被密封氣體的壓力來形成的。其工作過程與特點可用圖8－47說明。在環(huán)的初彈力作用下，環(huán)與境面貼合，形成預(yù)緊密封，活塞向上運動時，環(huán)的下端面與環(huán)槽貼合，所以壓力氣體主要經(jīng)過環(huán)切口泄漏，產(chǎn)生壓降，壓力分布從P1起逐漸減少到P2，如圖所示；在環(huán)槽上側(cè)隙及環(huán)的內(nèi)表面（背面），因間隙很大，氣體壓力可視為處處為P1，這樣

59、便形成了一個徑向的壓力差（背壓）與一個軸向的壓力差，前者使環(huán)漲開，使環(huán)壓緊在氣缸鏡面上，后者使環(huán)的端面緊貼環(huán)槽，兩都阻止了氣體泄漏，由于這密封壓緊力主要是靠被密封氣體的壓力來形成的，而且氣體壓差愈大則密封壓緊力也愈大，所以稱之為“自緊密封”。通過采用多個活塞環(huán)并限制切口的間隙值，可產(chǎn)生很大的阻塞與節(jié)流作用，使泄漏得到充分的控制。 實驗表明，活塞環(huán)的密封作用主要由前三道環(huán)承擔，如圖8-47所示，第一環(huán)產(chǎn)生的壓降最大，起主要的密封作用，當然磨損也最快，當?shù)谝坏拉h(huán)磨損后，第二環(huán)就起主要密封作用，依次類推。在低壓級中，由于排氣壓力小，環(huán)承受的壓力較小，所以環(huán)的磨損較慢；而同一機的高壓級中，環(huán)承受的壓

60、力較大，所以環(huán)的磨損較快，為了使高壓級與低壓級活塞環(huán)的維修周期相同，所以高壓級采用較多的環(huán)數(shù)。  圖8-46 密封原理 圖8-47 氣體通過環(huán)系的節(jié)流壓差 (3)活塞環(huán)的數(shù)目一般鑄鐵活塞環(huán)的數(shù)目可根據(jù)被密封的壓差△P按表8－1選取，但它還與環(huán)的耐磨性、切口形式等有關(guān)，故在實際壓縮機中并不一致。 表8－1 活塞環(huán)數(shù)的選取 密封壓力差△P/MPa -0.5 0.5～3.0 3.0～12.0 12.0～24.0 活塞環(huán)數(shù)Z 2～3 3～5 5～10 12～20 (4)活塞環(huán)的斷面形狀環(huán)的斷面一般為矩形斷面[圖8－48 (a)]還將外圓面尖

61、角倒0.5mm，以利于形成油膜，減少摩擦；桶形斷面[圖8－48 (c)]，這是一種較新形式，它的優(yōu)點是：活塞產(chǎn)生搖擺時，可避免環(huán)的棱邊刮傷氣缸鏡面，上下運動時均易產(chǎn)生油膜。[圖8－48 (d)]為在中央嵌入硬度較高、磨合與耐磨性都很好的錫青銅的活塞環(huán)，多用于高壓氣缸中。另外還有錐形環(huán)、外階梯環(huán)等，它們的刮油性好，適合于裝于最后一道環(huán)槽中。 圖8－48 環(huán)的斷面形式 (5)提高活塞環(huán)壽命的措施常用提高壽命的措施有：采用合適的斷面形狀，在環(huán)的外圓上鍍多孔鉻，噴多孔鉬以增加含油量，容納磨屑，避免干磨等等。 (6)活塞環(huán)的材質(zhì)要求金屬活塞環(huán)常用材料為灰鑄鐵，其金相組織為軟質(zhì)珠光體?；?/p>

62、鑄鐵活塞環(huán)的硬度為89～107HRB。 活塞環(huán)和氣缸均有硬化與非硬化之分，活塞環(huán)表面硬化處理有鍍硬鉻，噴涂鉬等等，氣缸有滲氮、滲硼等。 球墨鑄鐵環(huán)熱處理后，金相組織為貝氏體時，耐磨性更好，同合金鑄鐵一樣，用于制造中高壓級活塞環(huán)。高壓級也可采用耐磨青銅環(huán)。 低壓級的活塞環(huán)若用填充聚四氟乙烯制作，在有油條件下運行時壽命比金屬環(huán)可高出2～3倍，而且由于它在氣缸表面上形成覆膜，使氣缸的壽命也得到延長。 8.6.9填料密封 (1)平面填料函 平面填料函是填料函中最簡單的一種結(jié)構(gòu)，如圖8－49所示為一低壓三瓣密封圈，用于壓力差在1MPa以下的氣缸密封。這種結(jié)構(gòu)的密封圈為單向斜口，

63、它對活塞桿的比壓是不均勻的，銳角的一方比壓較大，所以其內(nèi)圓磨損主要發(fā)生在銳角的一方。密封圈磨損后，相鄰兩瓣接口處出現(xiàn)縫隙，無法阻擋氣體泄漏。每一組密封圈由兩個密封環(huán)組成，每個環(huán)外圓箍有彈簧，兩個環(huán)有銷釘定位。 圖8－49 低壓三瓣密封圈 圖8－50 三、六瓣密封環(huán)式填料函 當氣體壓力在10 MPa以下的中壓密封時，填料函采用三、六瓣密封圈，其結(jié)構(gòu)型式見圖8－50所示；填料函的每組密封圈由兩個開口環(huán)組成，開口環(huán)外圓周上有一個鐲形彈簧，使開口環(huán)箍緊在活塞桿上。位于高壓側(cè)的開口環(huán)由三瓣組成，它在軸的方向上擋住由六瓣環(huán)組成的第二環(huán)的徑向間隙。第二環(huán)的內(nèi)三瓣（包括活塞桿）的徑向間隙被外

64、三瓣擋住，各環(huán)的徑向間隙可以補償密封圈的磨損。 (2)錐面填料函 當壓縮機氣體壓力很高時，會使平面填料很快的磨損，這是因為平面填料在活塞桿上單位面積的壓力過大而造成的。如果在高、中壓壓縮機中采用錐面填料函，就可以解決這一問題，這種填料函按密封壓力差的不同，而選用不同的錐角和錐形填料元件組數(shù)，因而有不同的徑向分力。 錐面填料函跟平面填料函一樣，也是靠氣體壓力來實現(xiàn)自緊密封的，其結(jié)構(gòu)如圖8－51所示。它的密封元件是由一個T形環(huán)和兩個錐形環(huán)組成的，三者各有一個切口。 錐面填料的元件，按錐面與垂直于活塞桿中心線的平面夾角α的不同數(shù)值，分為10°、20°、30°三種。 圖8-51 錐

65、面填料函 1－支撐環(huán)；2－壓緊環(huán)；3－后錐環(huán)； 4－T形環(huán)；5－前錐環(huán)；6－軸向彈簧；7－圓柱銷 8.6.10氣閥組件 氣閥的作用是控制氣缸中的氣體及時吸入與排出，它對壓縮機的排氣量、功耗及使用壽命影響很大，既是一個重要的部件，也是一個易損部件。 往復(fù)式壓縮機的氣閥是自動閥，它的開啟與關(guān)閉是依靠閥片兩邊的壓力差（即氣缸內(nèi)與閥腔內(nèi)的壓力差）來實現(xiàn)的，對氣閥的要求是： (1)阻力要小，這不但要求結(jié)構(gòu)上使氣閥完全開啟時的阻力最小，而且要求氣閥能及時啟閉，以避免過大的啟閉阻力，設(shè)計好的氣閥其阻力損失只占總功耗的4%～9%，差的氣閥則可占到20%。 (2)使用壽命要長，一般要求不低于

66、4000h。 (3)氣閥關(guān)閉時不漏氣。 (4)氣閥的余隙容積要小。 (5)結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好。 各種閥的結(jié)構(gòu)與特點請參見圖8－52與表8－2。 圖8－52 各種氣閥結(jié)構(gòu)圖 1－閥座；2－升程限制器；3－閥片；4－彈簧；5－螺栓、螺母 表8－2 各種氣閥的特點及適用場合 閥 型 結(jié)構(gòu)特征 優(yōu) 點 缺 點 適 用 場 合 環(huán)狀閥 閥片呈環(huán)狀圖8-52a 形狀簡單，應(yīng)力集中部位少，抗疲勞好，加工簡單，成本低，環(huán)可單獨更換，經(jīng)濟性好 各環(huán)動作不易一致，阻力大，無緩沖片，壽命差，導(dǎo)向部位易磨損 用于大、中、小氣量，高低壓壓縮機。不宜用于無油潤滑 網(wǎng)狀閥 閥片呈網(wǎng)狀圖8-52b 閥片動作一致，阻力比環(huán)狀閥小，有緩沖片無導(dǎo)向部分磨損，彈簧力適應(yīng)閥片起閉的需要 形狀復(fù)雜，易引起應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，閥片上有一點壞，即全部報廢，經(jīng)濟性差 同環(huán)狀閥，但適用于無油潤滑 碟形閥 閥片呈碟形圖8-52c 結(jié)構(gòu)強度高，圓弧形密封口，阻力損失小，加工簡便 通流面積小，不適用大氣量，運動件質(zhì)量大，影響及時啟閉 用于