活塞式压缩机和螺杆压缩机.docx

1、活塞式压缩机和螺杆压缩机活塞式压缩机和螺杆压缩机第一节 概述1、活塞式压缩机的特点 活塞式压缩机属于容积式压缩机，适用于中小输气量，排气压力可从低压直至超高压，与其它类型压缩机相比，具有一系列特点： 其优点是：(1) 不论流量大小，都能得到所需要的压力，排气压力范围广，最高压力可达320MPa（工业应用），甚至700MPa，（实验室中）(2) 单机能力为在500m3/min以下的任意流量(3) 在一般的压力范围内，对材料的要求低，多采用普通的钢铁材料(4) 热效率较高，一般大、中型机组绝热效率可达0.70.85左右(5) 气量调节时，排气量几乎不受排气压力变动的影响(6) 气体的重度和特性对压

2、缩机的工作性能影响不大，同一台压缩机可以用于不同的气体(7) 驱动机比较简单，大都采用电动机，一般不调速 由于以上优点，活塞式压缩机在工业上获得广泛应用，但此机型也存在一些缺点：（1） 结构复杂笨重，易损件多，占地面积大，投资较高，维修工作量大，使用周期较短，但经过努力可以达到8000小时以上（2） 转速不高，机器体积大而重，单机排气量一般小于500m3/min（3） 机器运转中有振动（4） 排气不连续，气流有脉动，容易引起管道振动，严重时往往因气流脉动、共振而造成管网或机件的损坏（5） 流量调节采用补助容积或旁路阀，虽然简单、方便、可靠，但功率损失大，在部分载荷操作时效率降低（6） 用油润滑

3、的压缩机，气体中带油需要脱除（7）大型工厂采用多台压缩机组时，操作人员多或工作强度较大2、活塞式压缩机的种类 活塞式压缩机型式多样，大体可按以下几种方式分类（1） 按排气压力分类低压压缩机 0.2P98.0MPa（2） 按消耗功率分类微型压缩机 500KW（3） 按排气量分类微型压缩机 60M3/min（4） 按气缸中心线的相对位置分类立式：气缸中心线与地面垂直卧式：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（对置平衡式）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） 按活塞在气缸内作用情况分类单作用式：气缸内仅一端进行压缩循环双作用式：气缸内两端都

4、进行同一级次的压缩循环级差式：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） 按压缩机级数分类单级压缩机：气体经一级压缩达到排气压力两级压缩机：气体经两级压缩达到排气压力多级压缩机：气体经三级以上达到排气压力（7） 按压缩机列数分类单列压缩机：气缸配置在机身一侧的一条中心线上双列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧的两条中心线上多列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧两条以上中心线上3、活塞压缩机的基本组成活塞式压缩机系统由驱动机、曲轴、连杆、十字头、活塞杆、气缸、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

5、压缩，出口气体离开压缩机，如有级间冷却器则先进入冷却器后，再进入油水分离器进行分离和缓冲，然后再依次进入系统或下一级进行多级压缩。 活塞式压缩机的驱动： （1）对驱动机的要求 、驱动机功率充足。活塞式压缩机广泛用于中小流量、高压下，耗功有大有小，但驱动机功率必须足够，并留有一定的富裕量 、尽量与压缩机直联。活塞式压缩机的工作转速一般比较低，尽量采用与原动机直联，避免采用中间齿轮变速器 、结构系统简单，起动迅速方便，容易开停车 、运转平稳，振动小，防爆，安全可靠，能长周期运行 （2）驱动机种类 目前，活塞式压缩机采用的驱动机主要是电动机和内燃机两种，在有电的情况下，一般总是采用电动机，只有在没有

6、电源时或有廉价的天然气或炼厂废气的场合下，才采用内燃机。 电动机的结构系统比较简单，起动迅速、简便，工作安全可靠，维护简单，重量轻，价格相对低廉。 活塞式压缩机一般采用交流电动机，功率在800KW以下时，大多采用鼠笼式异步电动机，因为它结构简单，工作可靠，起动方便，价格低廉。但鼠笼式的起动电流较大，会引起电网电压的波动。如果在这方面受限制，可采用线绕转子式异步电动机，以防过大的起动电流，但需设置一套专门的起动装置，结构比较复杂，价格比较昂贵。 异步电动机的功率因数cos1，因此要消耗很大一部分无功功率，对电网是不利的。为此，当功率大于800KW时，宜采用同步电机，因为同步电机的功率因数cos=

7、1。同步电动机的缺点是结构比较复杂，价格较高，对管理水平的要求也较高。 大型压缩机都是采用电动机刚性联结直接驱动，或者电机直接装置在压缩机的曲轴之上，成为悬挂式电动机。刚性联轴器的优点是电动机转子可充作压缩机的飞轮，但在装配时对中要求较高。 4、活塞压缩机的适用范围 根据活塞压缩机的特点，可以看出它的适用范围主要是高压力、中小流量。根据压缩机的使用场合，考虑运转维护方便，动力平衡性，结构紧凑，安装方便等因素，以下为典型对置式压缩机简图8-2： 对动平衡型压缩机为活塞作对称运动的对置型压缩机，它具有一般卧式压缩机的优点，却避免了一般卧式压缩机的缺点，它是卧式压缩机的发展。气缸水平布置且分布在曲轴

8、箱两侧，气缸中心线与曲轴中心线垂直，每相邻两列有一对错角为180o的曲拐，活塞作相对运动。该类压缩机的动力平衡性能特别好，其第一、二阶惯性力可以完全平衡，惯性力矩也很小，转速可比卧式提高11.5倍，一般机组可达300400rpm。因此，压缩机和电动机在质量上和外形尺寸上大约可减少5060%。由于活塞对动，相对两列的活塞力相反，能互相抵消，减轻了主轴承的负载，改善了轴承的磨损，活塞工作面上的最大载荷和作用在部件上的应力和力矩减小，可使压缩机的尺寸和重量大大减小。该类压缩机的系列化和变形比较方便，因此在大中小型压缩范围，无论在国内外都有获得了很大的发展，以压倒的优势取代了一般卧式和大型立式压缩机组

9、。 对置平衡型压缩机按电动机配置的位置不同可分为型和型两种。 型压缩机电动机配置在机身的一端，列间距较小。机身利于整个构造，安装简单，但其机身和曲轴的刚性不如型，而且机身和曲轴的制造也比型困难。型多用于多种用途的联合压缩机。第二节 活塞式压缩机的主要参数1、排气量 活塞式压缩机的排气量，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（一般为1大气压、20）时的排气量。对于实际气体，若是在高压下测得的气体容积，则换算时要考虑到气体的可压缩性的影响

10、。 排气量表征压缩机的大小，但并不表明压缩机所排气体的物质数量。化工工艺中使用的压缩机，由于工艺计算的需要，需将排气量折算到标准状态（101325Pa、0）时的干气体积值，此值称为供气量。供气量与排气量的关系为 QN=Q0(P1-Ps1)T0/(P0T1) 式中P0、T0及P1、T1-标准状态及压缩机进口状态的压力和温度，N/m2、K -相对湿度 Ps1-进气温度T1时的水蒸汽饱和蒸汽压力，N/m2（Pa）反之，也可从用户要求的供气量，根据上式换算成压缩机的排气量。2、排气压力 活塞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MPa。 一

11、台压缩机的排气压力并非固定，压缩机铭牌上标出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 活塞式压缩机曲轴的转速，常用r/min(rpm)表示，它是表征活塞式压缩机的主要结构参数。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。活塞力已成为压缩机系列化、规格化的一个主要参数，常用单位为t（吨）。5、活塞行程 活塞式压缩机在运转中，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 活塞式压缩机消耗的功，一部分直接用于压缩气

12、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。7、热效率 （1）等温效率 等温效率有等温指示效率和等温轴效率之分，等温指示效率是压缩机理论等温循环指示功与实际循环指示功之比，等温轴效率系指理论等温循环指示功与轴功之比，等温轴效率也称全等温效率。（2） 绝热效率 绝热效率也可分绝热指示效率和绝热轴效率。一般绝热效率系指绝热轴效率，它是压力缩机的理论绝热循环功与轴功之比。（3） 等温绝热效率 将压缩机理论循环的等温指示功与绝热循环功相比，其比值称为等温绝

13、热效率。（4） 比功率8、 其它参数 表示活塞式压缩机特征的还有其它一些参数，诸如结构型式（立式、角式、和卧式等）、列数和级数等。第三节 活塞式压缩机的变工况及排气量调节 活塞式压缩机的排气量和压力(包括中间压力)，在机器运转过程中不是固定不变的。外界的气耗用量不可能随时都等于压缩机的排气量，进出压缩机的气体压力也不会等于压缩机的预定设计压力。当外界耗气量小于压缩机的排气量时，便需对压缩机进行排气量的调节，以使缩机的排气量适应耗气量的要求。1、变工况工作（1）吸气压力改变 当吸气压力降低，排气压力不变时，对单级压缩机，则压缩比升高，排气量下降，对于多级压缩机，主要导致末级压缩比升高，排气量有所

14、下降，级数越多，影响越少。（2）排气压力改变 提高压缩机的排气压力，而吸气压力不变，对于多级压缩机来说末级压缩比最大，但其余各级压缩比也略有上升，排气量减少，功率增加。（3）压缩介质改变 介质的改变，气体的绝热指数也随之改变，绝热指数高，排气量和功率都有所增大，重度增大的气体，功率也随之增大。（4）压缩机转速的改变 在一定范围内增加转速，排气量会相应增加，而且还会影响到气阀的寿命，所以提高转速要综合考虑，而且还要对有关通流部件进行改造。2、排气量的调节 活塞式压缩机调节气量方法很多，按根据排气改变的情况，可分为间隙调节、分级调节和连续调节三种。 压缩机和气体耗用机器之间的输气管网容积（包括贮气

15、器在内）也是排气量调节中的重要环节。当压缩机的排气量大于气体耗用量时，输气管网中的压力升高，反之则降低。利用管网中压力在一定的幅度范围（压力不均匀度）波动，可在短期内缓和排气量不相等的矛盾。显然，管网容积越大，它的平衡作用越大，或它的压力不均匀度也越小。管网中应用贮气罐的目的就是加大管网容积。 压缩机排气量调节是根据管网中的压力变化进行的。采用人工操作的调节机构时，当管网中压力超过或低于规定值，即开启或关闭调节机构。采用自动操作的调节机构时，管网的压力作用于一定的器械，从而使调节机构发生作用。一般来说，趋向于采用自动控制的调节机构，称为自动控制。它要求较小的管网容积能达到更小的压力不均匀度。只

16、在耗气量相当稳定，偶尔需要调节的场合，例如化工流程，才采用手动调节。也有在自动控制之外，加用手动调节，作为开停车和紧急情况时的操作。（1） 转速调节 活塞式压缩机的排气量与转速成正比，改变压缩机的转速就可以调节排气量。转速调节目前主要应用于直流电动机和内燃机驱动的压缩机中。（2） 管路调节 在管路方面增加适当的机构，利用适当程度的阻塞或旁通来进行排气量的调节，而压缩机本身结构并无改变，因此管路调节可以应用任一原来不具有排气调节的压缩机上。 （3）节流进气调节 在压缩机进气管路上装有节流阀，通过节流阀调节入口流量，从而调节压缩机排量 （4）停止进气调节 停止进气调节是隔断进气管路，使压缩机进入空

17、转而排气量为零。多用于开停机状况。 （5）旁路调节 旁路调节是将进气管和排气管用普通管路和旁通阀加以连通，来达到调节排气量的目的。调节时只要打开旁通阀，排出的气体便又回入进气管线。 按照旁路阀开关的方式不同，旁路调节又可分为节流连通和自由连通两种 、节流连通 调节时阀门根据需要调节的气量开至适当的程度，让一部分气体经旁路阀节流后回入进气管内。这种调节属于连续调节，它的优点是结构系统简单，排气量可连续地变化，可使排气量在100%到0%的范围内进行分级调节和连续调节。其缺点是高压气体节流，压缩机功率消耗一点也未减少，经济性较差。但由于这种调节方式结构简单，常应用于短期地不经常调节或调节幅度很小的场

18、合，也可作备用的和辅助的调节之用。、自由连通 调节时旁路阀完全打开，使压缩机排出的气体仅克服旁路管路及旁路阀阻力进入进气管线，然后通过气缸的进气的排气形成封闭的循环流动，压缩机进入空转。空转期间压缩机消耗的功率主要用于克服气阀和管路中的阻力。当旁路阀的旁路管线具有足够大的通流截面时，排气压力和进气压力差别很小，空转功率也不大，反之会形成相当大的功率消耗。自由连通时，排气管路中必须备有止回阀，防止管网气体倒窜回压缩机中。 （6）顶开吸气阀调节作用于气阀的调节是使进排气阀之一在工作中完全或局部地丧失其正常作用，从而改变压缩机的排气量。鉴于气阀的工作状况和压缩机的功率清耗，目前只在进气阀上装设调节的

19、措施。顶开吸气阀法的调节原理是在吸气阀内装一压叉，当需要降低排气量时，压叉顶开吸气阀的阀片，使部分或全部已吸入气缸内的气体又流回到吸气管中，以实现排气量的调节。压开进气阀的驱动机构即卸荷器，有活塞式卸荷器和隔膜式卸荷器两种，如上图：活塞式卸荷器调节时通过调节器来的高压气体进入卸荷器缸，推动小活塞克服弹簧力，使压叉压开阀片。当需要恢复正常时，由调节器将卸荷器与大气接通，小活塞在弹簧力作用下升起，压叉脱离阀片。这种结构小活塞免不了要泄漏气体，而隔膜式卸荷器可克服此缺点。隔膜式卸荷器除了将活塞换成膜片外，还是装设在气缸外面的，卸荷器仅中心杆伸入气缸的进气腔，故检查和修理比较方便，对于高压级进气腔小时

20、也能适用。多级压缩机应用顶开进气阀调节时，各级均设有压叉，调节时各级进气阀应同时压开。一般有下列两种调节形式： ：完全顶开吸气阀： 是一种气动完全顶开吸气阀的调节装置，利用气源动力，通过压叉顶开吸气阀阀片。 ：部分顶开吸气阀： 吸气阀不是完全开启，而只是部分开启。因此该调节装置气体温度高，气密性差，很少采用。 （7）补充余隙法 此法的作用原理是在气缸余隙附近装一个补充余隙容积，调节时打开其上的余隙调节阀使其与气缸余隙相通，于是气缸余隙增大，减少输气量，达到调节的目的。一般可调节的范围在025% 。第四节活塞式压缩机的润滑活塞式压缩机润滑，要求在所有作相对运动的表面注入润滑油，形成油膜，以减低磨

21、蚀，减少摩擦功耗，冷却摩擦表面，同时还起到油膜密封作用。对润滑系统的基本要求：（1） 要有可靠的供油装置，保证有适量的润滑油输送至各运动部位（2） 要有净化和冷却润滑油的装置（3） 系统中要有便于检查供油情况的部位和仪表（4） 供油系统紧凑，便于拆装和清洗 根据压缩机的结构特点，有以下两种润滑方式：、飞测润滑：多用于小型无十字头压缩机中，其特点是气缸与传动部件的摩擦面，均靠装在连杆上的打油杆将油飞测到润滑部件进行润滑，这样气缸和传动机构需共用一种润滑油。气缸内带油量较大。、压力润滑：常用于大中型有十字头的压缩机中，这种润滑方式往往分为两个独立的系统：气缸及填料函部分靠注油器供油，润滑传动部件靠

22、齿轮油泵或螺杆泵供油润滑。1、气缸及填料的函的润滑 由于气缸内气体压力较高，多采用注油器供油润滑。气缸与填料函处注入的油量必须适当，若油量不足将引起强烈摩擦，使运动部件表面磨损，若油量过多，不仅浪费，而且气体带油量大，将影响气阀的开关，甚至造成爆炸事故。2、传动机构的润滑 传动机构的润滑根据油泵的传动方式又分为内传动和外传动两种： ：内传动：油泵由主轴直接带动，曲轴箱作为循环油箱，其结构比较简单，紧凑，多用于中小型压缩机 ：外传动：油泵单独驱动，形成一个独立的供油系统，多用于大型压缩机中，因为其需要的润滑油量较多，油泵较大，油路的其它部件体积也较大，不便由主轴直接驱动油泵。无论是内传动还是外传

23、动，油路均是循环的，循环油路上还必须设置油冷却器与油过滤器。润滑油的循环路线，通常有以下几种类型：A型油路：油泵 曲轴中心孔 连杆大头 连杆小头 十字头滑道 回入油箱(主轴承靠飞测润滑)。A型油路可以在机身内不设置任何油路，多用于单曲拐及双曲拐压缩机上。当曲拐数目多时，由于难以保证均匀分路供油而不宜采用。B型油路：油泵 机身主轴承 连杆大头 连杆小头 十字头滑道 回入油箱。这种油路要求在机身内设有总油管，由分油管输油至各主轴承，以使各部供油较均匀。多列压缩机均采用此种油路。C型油路：这种油路是从油泵来的油分成两路并联输油。一路是依次经十字头上滑板和下滑板，再流回油箱；另一路是顺次经机身上主轴承

24、、连杆大头、连杆小头、十字头销，再流回油箱。其与B型油路类似，其特点为：考虑到B型油路经过部位过多，由于各部位的阴力和泄漏，可能会使后边润滑部位供油不足，故此油路才分成两并联油路以克服该缺点。但应注意由于并联油路各段阴力不同，会引起供油量不平衡。因此，在上下滑板进油孔处应装调节阀。3、润滑油的选用气缸与填料函的润滑油，由于直接与气体接触，而且处于高温高压下，必须满足下列条件：（1） 润滑油在高温下具有足够的粘度，以保持一定的油膜强度和一定的密封能力（2） 具有良好的化学稳定性，即不会变质，不与被压缩气体发生化学反应（3） 具有一定的闪点，通常要比排气温度高2030（4） 不应与气体中含有的少量

25、水形成乳化物为满足上述要求，我公司一般选用19号压缩机油或100号空气压缩机油。 传动系统的润滑油，由于工作温度不超70，且不气体直接接触，因此润滑油一般用机械油，如上30#、40#、50#机械油，或选用质量要求高一些的如68#抗磨液压油等。第五节活塞式压缩机的主要零部件 活塞式压缩机的结构形式虽然繁多，但其主要组成 部分基本相同。一台完整的压缩机组包括两大部分。一为主机、一为辅机。主机包括机身、中体、气缸组件、传动部件、活塞组件、气阀和密封组件以及驱动机等。辅机包括润滑油系统、级间冷却系统、辅助管路系统等。下面就压缩机的主要零部件作一个简单的介绍。1、气缸 气缸是构成压缩容积实现气体压缩的主

26、要部件，为了能承受气体压力，应有足够的强度，由于活塞子在其中运动，内壁承受摩擦，应有良好的内润滑及耐磨性，为了逸散气缸中进行功热转换时所产生的热量，应有良好的冷却措施。为了减少气流阻力，提高效率，吸排气阀要合理布置。总之，气缸结构复杂，材质和加工要求较高。 气缸通常采用水做冷却介质，它是由环形的体、缸盖及缸座组成。吸、排气阀配置在缸盖与缸座上，缸体有三层壁，除了构成工质容积的一层壁外，还有构成水道及气道的两层壁，缸体上设置润滑油接管，气缸轴侧设置防止泄漏的填料函，缸盖上设置调节气量装置。 气缸水隔套的作用供冷却水带走压缩过程中产生的热量，改善气缸壁的润滑条件和气阀的工作条件，并使气缸壁温度均匀

27、减少气缸变形，水套的布置除了冷却缸壁、填料函等处外，还要冷却气阀，为了避免在水套内形成死角和气囊，以提高传热效果，冷却水一般是从气缸一端的最下部进入水套，从气缸另一端的最高点引出，另外为了清洗水套内部的泥芯，在缸体上有时还开设了一些手孔。2、曲轴-连杆机构（1） 曲轴图8-5-1（2） 曲轴是活塞式压缩机中重要运动部件之一，它在工作中接受驱动机一般以扭矩形式输入的动力，并把它转变为活塞的往复作用力，压缩气体而做功。它周期性地承受着气体压力和惯性力，因而产生交变的弯曲应力和扭转应力。它不仅应该具有足够的疲劳强度，而且还应该具有足够的刚性和耐磨性。 一根曲轴至少具有三个部分，即主轴颈、曲柄和曲柄销

28、（或称连杆轴劲）。曲柄和曲柄销构成的弯曲部分称为曲拐，根据机器的需要一根曲轴可以由一个或几个曲拐所组成。曲轴运转中所需润滑油通常是从轴承处通过主轴颈加入的，并通过曲轴内部加工的孔道引至曲拐销，一般有斜油孔和直油孔两种。直油孔的优点是在经过圆角过渡部分时，不影响该处的强度，但一般情况下加工比较复杂，清洗油孔也不方便。斜油孔加工清洗方便，但削弱了曲轴强度。 （2）连杆 图8-5-2连杆是连接曲轴与十字头（活塞）的部件，它将曲轴的旋转运动转换成活塞的往复运动。其一端与曲轴相连，称为连杆大头，作旋转运动；另一端与十字头销（或活塞销）相连，称为连杆小头，作往复运动；中间部分称为连杆体，作摆动。 连杆的形

29、式有开式连杆、闭式连杆、叉形连杆和主副连杆。目前应用较多的是开式连杆。 连杆体 连杆体连接连杆大头和连杆小头其截面一般有圆形、扁形、及工字形等，常用工字截面，连杆体的截面尺寸沿其长度直线变化。接近大头处最大，接近小头处最小。为了能将大头瓦处的润滑油引向小头瓦，连杆体内部钻有油孔，个别设计也有用旁设润滑油管的办法来导油。由于连杆体在连杆力及横向惯性力的作用下承受着交变的拉、压及横向弯曲的作用，因此要求具有足够的强度和稳定性。 连杆大头 连杆大头通过螺栓与曲柄锁连接，传递动力，连杆大头瓦衬耐磨的轴瓦，轴瓦用巴氏合金浇铸而成。过去通常采用巴氏合金厚壁瓦，近年来国内外趋向于采用薄壁瓦，由于薄壁瓦与大头孔内径装配时有一定的过盈量，装入大头孔后，在螺栓的压紧力下使它紧贴于连杆大头上，其贴合度应大于70%，因而它的承受能力比厚壁瓦大。 连杆小头 连杆小头与十字头销相配合。小头孔内衬有耐磨的小头瓦近年来它趋向于采用多油槽的整体铜套，材料为铸造锡青铜ZQSn8-12或ZQSn8-21。连杆大小孔中心线应平行，不平行度在100