职工技能培训教材往复式活塞压缩机教案编写胡方柱设备动力部2014年5月8日往复式压缩机的基础知识一、活塞式压缩机简介1、按气缸的布置可将其分为：（1）立式压缩机，气缸均为竖立布置；（2）卧式压缩机，气缸均为横卧布置；（3）角式压缩机，气缸布置为V型、W型、L型、星型等不同角度；（4）对称平衡式压缩机，气缸横卧布置在曲轴两侧，相对两列气缸的曲拐错角为180℃，而且惯性力基本平衡。
2、若按排气压力可分为：（1）低压压缩机，排气压力为0.3~1MPa（表压）；（2）中压压缩机，排气压力为1~10 MPa（表压）；（3）高压压缩机，排气压力为10~100MPa（表压）；（4）超高压压缩机，排气压力＞100 MPa（表压）。
3、若按排气量可分为：（1）微型压缩机，排气量＜0.017m³/s；（2）小型压缩机，排气量为0.017~0.17 m³/s；（3）中型压缩机，排气量为0.17~1.00 m³/s；（4）大型压缩机，排气量＞1.00 m ³/s。
4、若按气缸达到终压所需级数可分为：（1）单级压缩机，气体经一次压缩达到终压；（2）双级压缩机，气体经两级压缩达到终压；（3）多级压缩机，气体经三级以上压缩达到终压。
5、若按活塞在气缸中的作用可分为：（1）单作用压缩机，气缸内仅一端进行压缩循环；（2）双作用压缩机，气缸内两端都进行同一级次的压缩循环；（3）级差式压缩机，气缸内一端或两端进行两个或两个以上不同级次的压缩循环。
6、若按列数的不同可分为：（1）单列压缩机，气缸配置在机身一侧的一条中心线上；（2）双列压缩机，气缸配置在机身一侧或两侧的两条中心线上；（3）多列压缩机，气缸配置在机身一侧或两侧两条以上的中心线上。
活塞式压缩机的种类虽然繁多，结构复杂，但其基本构造大致相同。
对于无十字头的活塞式压缩机，主要零部件有机身、曲轴、连杆、活塞、气缸、进排气阀等；对于有十字头的活塞式压缩机，除有上述零件外，还有十字头及滑道、活塞杆及填料函等。
活塞式压缩机由曲柄连杆机构将驱动机的回转运动变成为活塞的往复运动，气缸和活塞共同组成压缩容积；活塞在气缸内做往复运动，使气体在气缸内完成进气、压缩、排气等过程，由进排气阀控制气体进入与排出气缸；在曲轴侧的气缸端部装置填料密封，以阻止气体外漏。
活塞上的活塞环，阻止活塞两侧气缸容积内的气体互相窜漏。
二、活塞式压缩机主要零部件1、气缸气缸承受着气体的压力，故应具有足够的强度。
工作压力小于5MPa（表压）的气缸，通常采用HT200或优质铸铁制造；压力低于20MPa（表压）时，可用铸钢制造；对于更高压力的气缸，可用碳钢或合金钢锻制。
但是，由于气缸结构的复杂程度和缸径大小不同，往往同等工作压力的气缸材质也不一定相同，因为在保证足够强度的同时，还要考虑制造的难易及造价问题。
所以，检修气缸时，应根据“产品说明书”或取样分析来加以认定，不能随意改变气缸的材质。
活塞在气缸内做往复运动，使缸内壁受摩擦，要求缸壁应具有良好的耐磨性和良好的润滑条件。
高压级的铸钢或锻钢气缸，其耐摩擦性能不好，易产生将活塞咬死现象，故多数钢质气缸都镶有耐摩擦性能较好的铸铁缸套。
缸套尽量采用高质量的珠光体铸铁，一般低压下采用HT200，中、高压下采用HT250、HT300或HT350等。
气缸上的螺栓均受交变载荷作用，故螺栓应耐疲劳，常用40号优质钢或40Cr钢。
2、活塞组件活塞组件包括活塞体、活塞环和活塞杆。
活塞体是受压件，应有足够的强度和刚度。
活塞的往复运动将产生惯性力，故质量以小为好，而对称平衡压缩机则要求惯性力对称平衡，为此，活塞体可根据实际需要选用铸铁、铝及铝合金、铸钢、锻钢或用钢板焊制。
活塞环随活塞在缸中往复摩擦，要求活塞环应耐磨。
通常要求活塞环的的硬度比缸面的硬度高10%~15%；与铸铁缸面或缸套相配合的活塞环采用铸铁HT200或HT250；与钢质缸套或碳化钨缸套配用的的是合金铸铁。
对于高转速、高压力的压缩机，可采用铸铁环上镶填充四氟乙烯或镶青铜及紫铜，有的在活塞环的表面镀铬，以减少活塞环的磨损和拉缸。
无油润滑压缩机的活塞环采用填充四氟乙烯、石墨、尼龙及其它自润滑材料。
各种压缩机（除立式压缩机以外）的活塞大都支承在气缸工作面上，为减少缸面磨损，对大直径的活塞都专门用耐磨材料制成承压面。
承压面的材料，有注油润滑活塞，常采用填充氟塑料、尼龙以及其它自润滑材料制成各种形式的支承环。
活塞杆受活塞的压力和拉力交变作用，要求活塞杆要有韧性。
在密封压力作用下，杆表面与填料还不断地往复摩擦，为防拉毛，要求杆的摩擦表面要硬，一般应在HRC50以上。
常用材料有40号、45号优质碳钢及33CrMoAlA、38 CrMoAlA等。
用40号、45号钢表面镀铬，可提高表面硬度和耐磨性，但镀层太厚易脱落，一般镀层磨削后应保持0.05~0.25mm为宜；此外，还可用高频淬火或渗碳处理，而35CrMoAlA和38 CrMoAlA合金钢常采用氮化处理。
3、气阀气阀处于冲击载荷下工作，故应有足够的强度和刚度。
低压的阀座和升程限制器，可用HT200铸铁制造，铸件应时效处理；高压的阀，可用35号、40号、45号优质碳钢或40Cr钢，阀座的密封面需经高频淬火硬化；对于有腐蚀性介质的氧气压缩机的阀座和升程限制器，常采用黄铜（HPb 59—1）和不锈钢（1Cr18Ni9Ti，Cr13）。
阀片受重复冲击载荷和交变弯曲载荷的作用，阀片材料应具有强度高、韧性好、耐磨损、耐腐蚀等性能。
对于无腐蚀性介质（如空气、氮气、氢气、石油气等）的压缩机，其阀片常用30CrMnSiA 制造；对于有腐蚀性介质的压缩机（如二氧化碳压缩机、氧压机等），阀片常用1Cr13、2Cr13、3Cr13或1Cr18Ni9Ti等材料制造。
阀片经淬火、回火处理后，其硬度应为HRC40~56。
也有改用工程塑料制造阀片，既可节省合金钢，又可采用较大的阀片升程和较小的弹簧力，能使阻力下降。
工程塑料耐腐蚀，对气体气质的适应性很广，但受耐温和强度的限制，目前多用于低压级吸气阀。
4、曲轴曲轴受方向和大小均匀周期性变化很大的气体惯性力和由此产生的交变弯曲、扭转应力及由此产生的疲劳、振动；同时，曲轴颈还受到严重的摩擦磨损，故要求曲轴材料应具有耐疲劳、耐磨损和抗振等性能。
曲轴常用40号、45号优质碳素钢锻造。
随着我国铸造技术的改进和发展，中小型压缩机的曲轴逐步改用稀土—镁球墨铸铁，以解决铁代钢和铸代钢问题。
5、连杆连杆由连杆体、大头瓦和小头瓦等组成。
连杆体受拉、压交变应力的作用，故通常采用35号、40号、45号优良碳钢锻制。
近年来，球墨铸铁连杆在中小型压缩机上得到广泛应用。
大头瓦与曲轴相连承受旋转摩擦，故大头瓦的材料常用钢壳或黄铜壳衬巴氏合金；小头瓦与十字头销相连做往复运动，其材料常用锡青铜或磷青铜。
开式连杆的缸头盖和大头座用连杆螺栓连接，故连杆螺栓受很大的交变载荷和几倍于活塞力的预紧力。
连杆螺栓通常采用强度高、塑性好的40Cr、30CrNi、35CrMoA、40CrMoA等合金钢；螺母常采用35号、35Mn、20Cr等钢。
6、十字头十字头由十字头体、滑板和十字头销等组成。
十字头体与活塞杆相连接，承受活塞侧向力的作用。
小型压缩机的十字头体，常用HT 21—40铸铁铸造；大中型压缩机的十字头体，常用ZG25、ZG35铸钢或40号钢锻造。
十字头销与连杆小头相连，传递全部活塞力；其材料应具有较好的韧性、耐磨损和耐疲劳性能，常用20号钢制造，并经表面渗碳淬火，使其外硬内韧，既耐磨又耐疲劳；其表面硬度要求HRC=55~62。
滑板在滑道上做往复运动，要求耐磨，常采用铸铁或铸钢滑板，并在摩擦面上浇注巴氏合金；可拆滑板，也有采用铜合金和铝合金制造的。
二、压缩机的工作过程1.什么是压缩机工作过程?往复式压缩机有气缸、活塞和气阀。
压缩气体的工作过程可分成膨胀、吸入、压缩和排出四个阶段。
单吸式压缩机的气缸。
这种压缩机只在气缸的一端有吸入气阀和排出气阀，活塞每往复一次只及一次气和排一次气。
单级式压缩机气缸1一气缸;2一活塞;3一吸入气阀;4一排出气阀(1)膨胀:当活塞2向左边移动时，活塞右边的缸容积增大，压力下降，原先残留在气缸中的余气不断膨胀。
(2)吸入:当压力降到稍小于迸气管中的气体压力时，进口管中的气体便推开吸入气阀3迸入气缸，随着活塞逐渐向左移动，气体持续迸入缸内，直到活塞移至左边的末端(又称左死点)为止。
(3)压缩:当活塞调转方向向右边移动时，工件的容积逐渐缩小，这样便开始了压缩气体的过程。
由于吸入气阀有止逆作用，故缸内气体不能倒回进口管中，而出口管中的气体压力又高于气缸内部的气体压力，缸内的气体也元法从排出气阀4跑到缸外。
出口管中的气体因排出气阀有止逆作用，也不能流入缸内。
，因此缸内的气体质量保持一定，只因活塞继续向右移动，缩小了缸内的容气空间(容积)，使气体的压力不断升高。
(4)排出:随着活塞右移，压缩气体的压力升高到稍大于出口管的气体压力时，缸内气体便顶开排出气阀而进入出口管中，并不断排出，直到活塞移至右边的末端(又称右死点)为止。
然后，活塞又开始向左移动，重复上述动作。
活塞在缸内不断地来回运动，使气缸往复循环地吸入和排出气体。
活塞的每一次来回称为一个工作循环，活塞每来或回一次所经过的距离叫做冲程。
一种双吸式压缩机的气缸。
这种气缸的两端，都具有吸入气阀和排出气阀。
其压缩过程与单吸式气缸相同，所不同的只是在同一时间内，元论活塞向哪一方向移动，都能在活塞的运动方向发生压缩作用，在活塞的后方进行吸气过程。
也就是说，无论活塞向左移或向右移都能同时吸入和排出气体。
2·什么是压缩气体的三种热过程?气体在压缩过程中的能量变化与气体状态(即温度、压力、体积等)有关。
在压缩气体时产生大量的热，导致压缩后气体温度升高。
气体受压缩的程度愈大，其受热的程度也愈大，温度也就升得愈高。
压缩气体时所产生的热量，除了大部分留在气体中使气体温度升高外，还有一部分传给气缸使气缸温度升高，并有少部分热量通过缸壁散失于空气中。
压缩气体所需的压缩功，决定于气体状态的改变。
说通谷点，压缩机耗功的大小与除去压缩气体所产生的热量有直接关系。
一般来说，压缩气体的过程有以下三种:(1)等温压缩过程:在压缩过程中，把与压缩功相当的热量全部移去，使缸内气体的温度保持不变，这种压缩称为等温压缩。
在等温压缩过程中所消耗的压缩功最小。
但这一过程是一种理想进程，实际生产中是很难办到的。
(2)绝热压缩过程:在压缩过程申，与外界没有丝毫的热交换，结果使缸内气体的温度升高。
这种不向外界散热也不从外界吸热的压缩称为绝热压缩。
这种压缩过程的耗功最大，也是一种理想过程。
因为实际生产中，无论何种情况要漫完全避免热量的散失，都是很难做到的。
