活塞壓縮機(jī)課件

1、活塞式壓縮機(jī) 概 述 一、活塞式壓縮機(jī)的基本構(gòu)成 活塞式壓縮機(jī)主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作部件及機(jī)體組成。此外還有潤(rùn)滑、冷卻、調(diào)節(jié)等輔助系統(tǒng)。 圖所示為一L型壓縮機(jī)。它的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，由電機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，連桿大頭裝在曲軸的曲柄銷上，其小頭與十字頭相連。因此，曲柄通過(guò)連桿帶動(dòng)十字頭在滑道內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再由十字頭帶動(dòng)活塞組件(包括活塞及活塞桿等)在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由一根連桿所對(duì)應(yīng)的氣缸活塞組為一列。本機(jī)有兩個(gè)連桿分別對(duì)應(yīng)著一列氣缸活塞組，該機(jī)共有兩列。 工作部件包括氣缸、氣閥組件、活塞組件及填料組件。氣缸的內(nèi)表面與活塞工作端面所形成的空間是實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。氣閥裝在氣缸上，控制氣體

2、作單向流動(dòng)，即吸氣閥只從進(jìn)氣管向工作腔吸氣，排氣閥只能從工作腔向排氣管排氣。氣閥的啟閉動(dòng)作主要由缸內(nèi)外壓差及氣閥彈簧控制。活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作腔的容積作周期性變化，它與吸排氣閥的啟閉動(dòng)作相配合，實(shí)現(xiàn)有膨脹、吸氣、壓縮、排氣四個(gè)過(guò)程的工作循環(huán)，從而不斷吸入低壓氣體、排出壓縮后的高壓氣體。本機(jī)為雙作用氣缸，即曲軸每轉(zhuǎn)一周，帶動(dòng)活塞在缸內(nèi)往復(fù)一次，氣缸兩側(cè)各實(shí)現(xiàn)一次工作循環(huán)。圖示壓縮機(jī)兩缸的直徑相同，所以是一個(gè)雙缸雙作用單級(jí)壓縮機(jī)。 壓縮機(jī)的潤(rùn)滑分兩個(gè)系統(tǒng)。一個(gè)供傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑，通常用機(jī)油潤(rùn)滑，靠軸頭的齒輪油泵循環(huán)供油；另一個(gè)供氣缸內(nèi)工作部件的潤(rùn)滑，采用壓縮機(jī)油，靠注油器注入氣缸。 冷卻系

3、統(tǒng)有冷卻氣體的中間冷卻器、后冷卻器、潤(rùn)滑油冷卻器及氣缸的水套冷卻等減荷閥、安全閥是該機(jī)的控制與安全系統(tǒng)。 二、活塞式壓縮機(jī)的特點(diǎn) 與離心壓縮機(jī)相比，活塞式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是： 1適用壓力范圍廣。這種機(jī)器依靠工作容積變化的原理工作，因而不論其流量大小，都能達(dá)到很高的工作壓力。目前工業(yè)上超高壓壓縮機(jī)的工作壓力已可達(dá)350MPa。 2熱力效率較高，功率消耗較其它型式壓縮機(jī)低。 3對(duì)介質(zhì)及排氣量的適應(yīng)性強(qiáng)?？捎糜谳^大的排氣量范圍，且排氣量受排氣壓力變化的影響較小。另外當(dāng)介質(zhì)密度改變時(shí)，壓縮機(jī)的容積排量和排氣壓力的變化也較小。 其主要缺點(diǎn)是因往復(fù)慣性力大，使轉(zhuǎn)速不能太高，故機(jī)器較笨重，大排量者尤甚。結(jié)構(gòu)復(fù)雜

4、、易損件多，使維修工作量大。此外，由于排氣不連續(xù)，造成氣流壓力脈動(dòng)，易產(chǎn)生氣柱振動(dòng)。 由于以上特點(diǎn)，活塞壓縮機(jī)主要適用于中、小流量而壓力較高的場(chǎng)合、目前國(guó)內(nèi)活塞式壓縮機(jī)的應(yīng)用仍最廣泛，在采礦、冶金、機(jī)械、建筑等部門用空壓機(jī)提供壓縮空氣作為動(dòng)力；在石油化工廠中，用壓縮機(jī)輸送工藝氣休或動(dòng)力氣體，在工藝流程中把介質(zhì)壓縮到反應(yīng)所需的壓力等。 目前活塞壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)參數(shù)上趨向適當(dāng)?shù)母咿D(zhuǎn)速和適當(dāng)?shù)亩绦谐蹋菇Y(jié)構(gòu)更緊湊。小型壓縮機(jī)向快裝、無(wú)專門基礎(chǔ)的機(jī)組化方向發(fā)展。 由于近年來(lái)在壓縮機(jī)氣閥、氣流脈動(dòng)和振動(dòng)方面的研究取得不步進(jìn)展，在延長(zhǎng)易損件壽命方面也作了不少工作，從而改善了壓縮機(jī)的性能，提高了運(yùn)轉(zhuǎn)率，這些都使

5、活塞壓縮機(jī)克服其弱點(diǎn)，得以揚(yáng)長(zhǎng)避短，更好地發(fā)揮其節(jié)能特點(diǎn)。 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，為更合理地選取設(shè)計(jì)參數(shù)、提高節(jié)能效益開(kāi)創(chuàng)了新的前景。 三、活塞式壓縮機(jī)的分類與型號(hào) 1分類 活塞式壓縮機(jī)可從不同角度分類，簡(jiǎn)要敘述于表中。其結(jié)構(gòu)示意如圖： 2活塞壓縮機(jī)的型號(hào) 活塞壓縮機(jī)的使用范圍十分廣泛，為了選擇使用的方便；機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)(JB258986)規(guī)定了容積式壓縮機(jī)型號(hào)的編制方法，此標(biāo)準(zhǔn)適用于除制冷壓縮機(jī)外的容積式壓縮機(jī)。其型號(hào)命名如下：示例： (1)WWD-0810型空氣壓縮機(jī) 往復(fù)活塞式，w型，無(wú)潤(rùn)滑，低噪聲罩式。公稱容積流量08m³min，公稱排氣表壓力10×

6、Pa。 (2)VY-67型空氣壓縮機(jī) 往復(fù)活塞式，V型，移動(dòng)式，公稱容積流量6 m³min，公稱排氣表壓力7× Pa。 (3)L-227型空氣壓縮機(jī) 往復(fù)活塞式，L型，公稱容積流量22 m³min，公稱排氣表壓力7× Pa。 (4)P-3285-320型氮?dú)錃庋h(huán)壓縮機(jī) - 往復(fù)活塞式，臥式，公稱容積流量3 m³min，公稱吸氣表壓力285× Pa，公稱排氣表壓力320× Pa。 (5)H-140320型氮氨氣壓縮機(jī)往復(fù)活塞式，H型，公稱容積流量140 m³min，公稱排氣表壓力320× Pa。 活塞壓縮

7、機(jī)的工作循環(huán) 一、理論工作循環(huán)1.理論工作循環(huán)指示圖 首先討論壓縮機(jī)一個(gè)級(jí)的理論循環(huán)。為了研究問(wèn)題方便，先對(duì)壓縮機(jī)的工作過(guò)程作如下的簡(jiǎn)化假設(shè)： (1)壓縮機(jī)氣缸沒(méi)有余隙容積，即排氣終了時(shí)缸內(nèi)氣體全部排盡； (2)吸、排氣過(guò)程無(wú)阻力損失，無(wú)壓力脈動(dòng)，無(wú)熱交換。即在進(jìn)、排氣過(guò)程中，氣體的溫度、壓力不變，并分別與進(jìn)、排氣管內(nèi)狀態(tài)相同； (3)氣體壓縮的過(guò)程指數(shù)在全過(guò)程中為常數(shù)； (4)氣缸壓縮工作容積絕對(duì)嚴(yán)密，沒(méi)有氣體泄漏。 在上述假設(shè)前提下，壓縮機(jī)的工作循環(huán)可簡(jiǎn)化為如圖4 31所示的三個(gè)過(guò)程的理論循環(huán)。 吸氣活塞自左向右移動(dòng)時(shí)吸氣閥立即打開(kāi)，氣體在壓力下進(jìn)入氣缸，在圖中的41線所示； 壓縮活塞從內(nèi)

8、止點(diǎn)向左移動(dòng)，吸、排氣閥均關(guān)閉。由于活塞移動(dòng)，缸內(nèi)容積變小，氣體被壓縮，壓力上升，直到缸內(nèi)壓力與排氣管內(nèi)壓相等為止。圖中12線所示。 排氣活塞繼續(xù)向左移動(dòng)，排氣閥打開(kāi)，氣體在壓力下從氣缸排到排氣管內(nèi)。圖中23線所示。到外止點(diǎn)時(shí)缸內(nèi)氣體被排盡。 這樣完成了一個(gè)理論工作循環(huán)，缸內(nèi)瞬時(shí)壓力和容積作周期性變化，描述理論工作循環(huán)中的PV圖稱為理論指示圖?；钊麅?nèi)、外止點(diǎn)間的距離稱為行程，用S表示。 這里應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題：一是指示圖上的橫座標(biāo)是氣缸容積V，而不是熱力學(xué)中所用的比容v，因?yàn)樵谶M(jìn)、排氣過(guò)程中氣體容積V是變化的，而比容并不變化(狀態(tài)不變)，由此看出，理論循環(huán)的三個(gè)過(guò)程中只有壓縮過(guò)程是真正的熱力過(guò)程，

9、二是壓縮機(jī)的排氣壓力取決于排氣管道中的壓力，即壓縮機(jī)排氣閥后面系統(tǒng)中的壓力，也稱為背壓。壓縮機(jī)銘牌上所標(biāo)的排氣壓力是該機(jī)可以長(zhǎng)期工作的排氣壓力，機(jī)器的排氣量、功率及機(jī)件的強(qiáng)度都按此壓力設(shè)計(jì)。在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際排氣壓力隨系統(tǒng)中用氣量和壓力的變化而變化。如果系統(tǒng)中用氣量很大，而壓縮機(jī)排氣量小于用氣量，則系統(tǒng)壓力建立不起來(lái)。實(shí)際生產(chǎn)中總是按壓縮機(jī)排氣量大于用氣量來(lái)設(shè)計(jì)和選用壓縮機(jī)，采取一定的調(diào)節(jié)措施，使用氣量與壓縮機(jī)排氣量相適應(yīng)并保持一定的壓力。如果不采用調(diào)節(jié)措施則系統(tǒng)中因氣體積累而使壓力不斷升高，壓縮機(jī)排氣壓力也隨之升高，會(huì)因壓縮機(jī)功率超載或機(jī)件受力超過(guò)強(qiáng)度極限而出現(xiàn)事故。線為AB。當(dāng)缸內(nèi)壓力高于排

10、氣管道內(nèi)壓力如并足以克服排氣閥阻力而頂開(kāi)排氣閥時(shí)才開(kāi)始排氣過(guò)程，排氣過(guò)程中壓力也是波動(dòng)的，當(dāng)活塞回到外止點(diǎn)時(shí)，排氣過(guò)程終了，如此完成了一個(gè)工作循環(huán)。二、實(shí)際工作循環(huán)實(shí)際壓縮機(jī)中，前述理論工作循環(huán)的簡(jiǎn)化假設(shè)是不可能實(shí)現(xiàn)的。由于在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中為避免活塞與缸蓋相撞和滿足氣閥安裝的需要以及氣閥本身結(jié)構(gòu)等因素，造成排氣終了（活塞行至止點(diǎn)）時(shí)，氣缸與活塞端部仍然有一定空隙，稱為余隙容積，在余隙容積中的氣體無(wú)法排盡。此外在吸、排氣過(guò)程中存在阻力損失。氣體與缸壁有熱交換。這些因素使實(shí)際工況要比理論工況復(fù)雜的多。 圖4-3.2表示壓縮機(jī)一個(gè)單作用級(jí)的實(shí)際工作循環(huán)。排氣終了活塞行至外止點(diǎn)，由于余隙容積的存在，缸內(nèi)

11、仍有殘留的排氣狀態(tài)的氣體，以C點(diǎn)表示。當(dāng)活塞自外止點(diǎn)右行，工作容積增大，殘留氣體容積增大而壓力下降，進(jìn)行膨脹過(guò)程，膨脹線為CD。由于氣閥主要依靠缸內(nèi)外氣體壓差控制啟閉，只有當(dāng)缸內(nèi)壓力低于吸氣管內(nèi)壓力，并足以克服流動(dòng)阻力時(shí)，才能頂開(kāi)吸氣閥，如D點(diǎn)表示。吸氣過(guò)程中缸內(nèi)壓力有波動(dòng)，活塞到內(nèi)止點(diǎn)A時(shí)吸氣終了，吸氣閥關(guān)閉，A點(diǎn)壓力仍低于?；钊詢?nèi)止點(diǎn)左行時(shí)，缸內(nèi)容積變小，氣體進(jìn)行壓縮過(guò)程，在PV圖上表示的實(shí)際循環(huán)稱實(shí)際指示圖。用示功儀或用計(jì)算機(jī)可測(cè)出壓縮機(jī)的指示圖，指示圖上ABCDA所包圍面積代表壓縮機(jī)每個(gè)實(shí)際工作循環(huán)所需的指示功。 圖433是一臺(tái)空氣壓縮機(jī)一個(gè)缸的工作過(guò)程。曲線表明有膨脹過(guò)程且吸排氣過(guò)

12、程有阻力損失。曲線看出吸排氣過(guò)程中有熱交換。由于冷卻及熱惰性關(guān)系，氣缸壁溫度約處于進(jìn)排氣溫度的平均值。吸氣時(shí)壁溫高于進(jìn)氣氣溫，吸入氣體不斷被加熱。排氣時(shí)壁溫低于排氣氣溫，排氣過(guò)程中氣體不斷放熱而降溫。壓縮和膨脹過(guò)程的變化更為復(fù)雜，膨脹過(guò)程開(kāi)始缸內(nèi)氣溫高于壁溫，氣體放熱膨脹m>k，膨脹后期缸內(nèi)氣溫低于壁溫，氣體吸熱膨脹m<k，一般吸熱膨脹是主要的圖中cd線所示。壓縮過(guò)程則相反，開(kāi)始?jí)弘r時(shí)為吸艇縮m>k，壓縮過(guò)程后期為放熱壓縮m<k，一般放熱壓縮是主要的，圖中ab線所示。綜上所述，實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的主要區(qū)別是： (1)由于存在余隙容積，實(shí)際工作循環(huán)由膨脹、吸氣、壓縮和排氣

13、四個(gè)過(guò)程組成，而理論循環(huán)無(wú)膨脹過(guò)程。 變工況工作及排氣量調(diào)節(jié) 一、變工況工作 壓縮機(jī)在偏離原設(shè)計(jì)的條件下工作時(shí)，其熱力性能將與原設(shè)計(jì)不同，稱為變工況工作，下面介紹幾種常見(jiàn)的變工況條件。 1吸氣壓力改變 在高原上工作的壓縮機(jī)，由于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ投箟嚎s機(jī)吸氣壓力降低，如圖4-61所示。若排氣壓力不變，對(duì)單級(jí)壓縮機(jī)，將導(dǎo)致壓力比升高，容積系數(shù)降低，排氣量將隨之有所減少。據(jù)試驗(yàn)，在海拔4500m以下，海拔每升高1000m，大氣壓力約降低1012，容積系數(shù)約降低23。在多級(jí)壓縮機(jī)中總壓力比升高，各級(jí)壓力比改變，排氣量也會(huì)有所下降。指示功率的變化則由壓力比變化的大小而定，但單位供氣量消耗的功率要增加。

14、工藝過(guò)程中的輸氣壓縮機(jī)和循環(huán)壓縮機(jī)也會(huì)因操作條件的改變而引起吸氣壓力改變。 2排氣壓力改變 使用中當(dāng)吸氣壓力不變而排氣壓力提高時(shí)，往往會(huì)因壓力比提高而使吸氣量略有減少，其功率多半是會(huì)有所增加。 3.被壓縮介質(zhì)改變或工藝混合氣的成分變化 介質(zhì)性質(zhì)和混合氣成分的變化，引起氣體的絕熱指數(shù)的變化，而絕熱指數(shù)k直接影響膨脹或壓縮過(guò)程指數(shù)，如圖。4-6.2所示。從而影響排氣量、功率及溫度。當(dāng)其它條件不變時(shí)絕熱指數(shù)高的氣體，其膨脹和壓縮過(guò)程指數(shù)也高，則功率消耗也大。氣體密度大時(shí)，氣體流動(dòng)阻力損失大，功耗就增加。導(dǎo)熱率高的氣體在吸入過(guò)程中易受熱膨脹，溫度系數(shù)較小，影響排氣量。 二、排氣量調(diào)節(jié) 用氣單位常常因生

15、產(chǎn)條件的改變要求壓縮機(jī)的排氣量在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通常，用戶按最大用氣量來(lái)選用壓縮機(jī)。因此，排氣量的調(diào)節(jié)一般是指調(diào)節(jié)到低于額定的排氣量。 根據(jù)用戶的不同要求，排氣量調(diào)節(jié)可分為連續(xù)調(diào)節(jié)(排氣量連續(xù)改變)、間歇調(diào)節(jié)(只有排氣與不排氣兩種)和分級(jí)調(diào)節(jié)(如分為100%、75%、50%、25% 、0等檔次)。 排氣量調(diào)節(jié)的依據(jù)是排氣量的計(jì)算公式Q=，在缸徑和行程一定的條件下，利用改變排氣系數(shù)、轉(zhuǎn)速等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)方式應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、經(jīng)濟(jì)性好的要求。下面介紹幾種調(diào)節(jié)方法。 1改變轉(zhuǎn)速和間歇停車 由可變速的驅(qū)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，可以連續(xù)改變轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)排量，排氣量與轉(zhuǎn)速大小成正比。但由無(wú)變頻調(diào)速器的交

16、流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，就不能無(wú)級(jí)調(diào)速，而采用聞歇停車的方法。停車后不消耗能量，但是頻繁的啟動(dòng)與停車使機(jī)器的工作條件惡化，一般只適用于微型壓縮機(jī)或空壓機(jī)站多臺(tái)機(jī)器運(yùn)行場(chǎng)合。 2切斷進(jìn)氣停止吸入調(diào)節(jié) 圖4-6.3是通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器控制減荷閥切斷進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置。當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，高壓氣體將調(diào)節(jié)閥壓開(kāi)，氣體經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入減荷閥的活塞缸內(nèi)，將活塞往上推，并推動(dòng)蝶形閥向上關(guān)閉進(jìn)氣通道，使壓縮機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)。這種停止吸氣后的指示圖如圖4-6.4中虛線所示。當(dāng)儲(chǔ)氣罐中壓力低于規(guī)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，減荷閥活塞缸內(nèi)壓力將下降，彈簧又使蝶閥向下，打開(kāi)進(jìn)氣通道，機(jī)器正常工作。開(kāi)車時(shí)可用手輪手動(dòng)操作。 應(yīng)當(dāng)注意，減荷閥切斷進(jìn)

17、氣后會(huì)使吸氣壓力降低，導(dǎo)致壓力比增大，排氣溫度短時(shí)升高，活塞力加大。由于缸內(nèi)出現(xiàn)真空度，所以此法不宜用于不允許有空氣混入氣體的壓縮機(jī)，同時(shí)對(duì)無(wú)十字頭的單作用壓縮機(jī)，為防止將潤(rùn)滑油抽入氣缸，也不宜用此法。此法特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，故仍廣泛應(yīng)用于中、小型空氣壓縮機(jī)。 3旁路調(diào)節(jié) 將壓縮機(jī)的排氣管與進(jìn)氣管用一旁路管連通，使已排出的氣體全部或部分引回一級(jí)入口，以此達(dá)到排氣量調(diào)節(jié)的目的。此法有自由連通和節(jié)流連通兩種。自由連通是旁路閥全開(kāi)，排出氣體全部流回進(jìn)氣管，不向外輸出氣體。為防止排氣系統(tǒng)氣體倒流，在排氣管上旁路接口后應(yīng)裝設(shè)止回閥。自由連通調(diào)節(jié)常在大型壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)采用。其功耗主要用于克服氣閥及管路

18、的阻力損失。 節(jié)流連通將旁路閥部分開(kāi)啟，使部分高壓氣體節(jié)流后回到進(jìn)氣管，可以連續(xù)調(diào)節(jié)。此法裝置簡(jiǎn)單，操作方便，但浪費(fèi)能量，很不經(jīng)濟(jì)。一般用于短期、不常調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)幅度不大的場(chǎng)合。 4頂開(kāi)吸氣閥調(diào)節(jié) 此調(diào)節(jié)方法的原理是增加氣缸的外泄漏，即減小泄漏系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)氣量。根據(jù)頂開(kāi)吸氣閥的程度不同，有完全頂開(kāi)吸氣閥和部分行程頂開(kāi)吸氣閥兩種。 圖4-6. 5是一種完全頂開(kāi)吸氣閥裝置。當(dāng)排氣量過(guò)剩時(shí)，排氣系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐中壓力不斷上升，若罐中壓力超出規(guī)定值時(shí)，高壓氣體頂開(kāi)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入小活塞4的上部，推動(dòng)小活塞與壓叉2向下，將吸氣閥片頂離閥座，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)被吸入缸內(nèi)的氣體通過(guò)吸氣閥返回吸入系統(tǒng)，使氣缸排氣量接近于零。當(dāng)氣罐中

19、壓力下降到規(guī)定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，切斷氣源，壓叉在彈簧3推動(dòng)下升起，氣閥恢復(fù)正常工作，壓縮機(jī)正常排氣。圖4-66是完全頂開(kāi)吸氣閥前后的指示圖，圖中帶斜線部份是頂開(kāi)吸氣閥后的情況，其功耗用于克服氣閥阻力。這種方法經(jīng)濟(jì)性較好。 這種調(diào)節(jié)方法是間歇調(diào)節(jié)。若在雙作用氣缸的一側(cè)安裝頂開(kāi)吸氣閥裝置，則可實(shí)現(xiàn)50氣量的調(diào)節(jié)要求。另一種是部分行程頂開(kāi)吸氣閥的調(diào)節(jié)裝置。其原理是利用電磁、液壓、氣動(dòng)或彈簧等裝置使吸氣閥在壓縮過(guò)程的一部分行程中處于頂離閥座狀態(tài)，這時(shí)缸內(nèi)氣體流回進(jìn)氣管其余行程中吸氣閥關(guān)閉，缸中仍有部分氣體被壓縮、排出。圖467是調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)前后的指示圖，帶斜線部分是調(diào)節(jié)后的指示圖。部分行程頂開(kāi)吸氣閥

20、調(diào)節(jié)也較簡(jiǎn)單方便，但閥片頻繁受壓叉沖擊，閥片壽命降低，所以一般只用于轉(zhuǎn)速較低的壓縮機(jī)。 5補(bǔ)充余隙容積調(diào)節(jié) 這種方法是人為地增加余隙容積，減小窖積系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)排氣量。在壓縮機(jī)氣缸頂部另設(shè)置一個(gè)容積，當(dāng)需要調(diào)節(jié)時(shí)，將該容積與氣缸接通，成為補(bǔ)充余隙容積。用余隙閥直接接通一個(gè)不變的補(bǔ)充容積者稱固定容積式。若把補(bǔ)充容積做成有可移動(dòng)活塞的圓筒，補(bǔ)充容積隨活塞移動(dòng)而變，稱可變?nèi)莘e式。如圖4-68的(a)及(b)所示。補(bǔ)充余隙容積調(diào)節(jié)前后的指示圖如圖4-68(c)所示，其中有斜線部分是調(diào)節(jié)后的指示圖。 根據(jù)要求調(diào)節(jié)氣量的大小，可以選擇補(bǔ)充的余隙容積值。 若忽略、及的變化影響，機(jī)器轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)后排氣量與調(diào)節(jié)前

21、排氣量的比值B只與調(diào)節(jié)前后的容積系數(shù)有關(guān)。 活塞壓縮機(jī)主要易損件 一、氣閥 氣閥是活塞壓縮機(jī)中的重要部件，也是一種易損件。它的工作特性直接影響到壓縮機(jī)的排氣量、功率消耗等性能，也影響到運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。因此需要掌握其工作原理，以便正確地使用與改進(jìn)。 活塞式壓縮機(jī)一般采用“自動(dòng)氣閥”，它的啟閉主要由閥片兩邊的壓力差與彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)，而沒(méi)有其它的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)，這種氣閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且能適應(yīng)壓縮機(jī)的變工況要求。 圖4-121是最常用的環(huán)狀閥。閥座1具有同心的環(huán)形或孔形氣體通道；閥片3是啟閑氣閥通道的主要運(yùn)動(dòng)元件；彈簧4則配臺(tái)氣流推力以控制氣閥的啟閉運(yùn)動(dòng)，升程限制器5用來(lái)限制閥片的升起的高度，并兼作彈簧支承座。此

22、外還有連接螺栓2、螺母6和開(kāi)口銷7等零件。不同型式的氣閥，其結(jié)構(gòu)各異，但大體也都包括以上幾種零件。下面以最常見(jiàn)的環(huán)狀閥為例來(lái)分析其工作原理。1.氣閥的工作過(guò)程以吸氣閥為例，將閥片啟閉過(guò)程列于表4-12.1中。通常把閥片所受的各種氣體力，等綜合稱為氣流頂推力，用表示，稱為氣流推力系數(shù)，可由試驗(yàn)測(cè)得。由表4-121可見(jiàn)，氣閥的啟閉動(dòng)作是由氣流頂推力與彈簧力之間的相配關(guān)系決定。開(kāi)啟時(shí)，氣流頂推力是推動(dòng)閥片開(kāi)啟的力，彈簧力則起阻止、緩沖作用，可減小閥片對(duì)限制器的沖擊；反之，當(dāng)關(guān)閉時(shí)，彈簧力推動(dòng)閥片關(guān)閉，氣流頂推力則起阻止作用。氣流頂推力值隨活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中缸內(nèi)壓力的變化而變化。 圖412.2表示閥片升程

23、與活塞運(yùn)動(dòng)及缸內(nèi)指示圖間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。橫座標(biāo)表示曲柄轉(zhuǎn)角 或活塞位移。正常工作中，當(dāng)氣流頂推力超過(guò)彈簧力時(shí)，閥片迅速開(kāi)啟。當(dāng)閥片與限制器相撞時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)輕微的反彈，然后又在氣流頂推力的作用下全開(kāi)。當(dāng)彈簧力超過(guò)氣流頂推力時(shí)，閥片開(kāi)始關(guān)閉，往往在關(guān)閉過(guò)程中，由于升程h變小而使壓降p增大，氣流頂推力又變大，超過(guò)彈簧力時(shí)出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，因此關(guān)閉過(guò)程較緩慢，且常有波動(dòng)。正常情況下，希望活塞走到內(nèi)止點(diǎn)時(shí)，氣閥剛好全關(guān)閉。圖中面積abcdef稱為氣閥的時(shí)間截面。其大小反映了氣閥開(kāi)啟的時(shí)間、氣流通過(guò)氣閥的阻力以及氣閥工作是否正常等情況。 從自動(dòng)氣閥的工作原理出發(fā)，一個(gè)良好的氣閥應(yīng)符合以下要求： (1)及時(shí)開(kāi)啟、及

24、時(shí)關(guān)閉，即閥片的動(dòng)作要與活塞運(yùn)動(dòng)匹配。若彈簧力較大，使氣閥不能及時(shí)打開(kāi)，將使開(kāi)啟時(shí)間短、時(shí)間截面小，吸氣量過(guò)小，圖4122(b)所示。同時(shí)該圖也表示活塞到達(dá)止點(diǎn)而氣閥還不能完全關(guān)閉的情況，稱為延遲關(guān)閉。由于活塞到達(dá)止點(diǎn)后立即返回，缸內(nèi)壓力上升，氣流就會(huì)從未關(guān)死的吸氣閥倒回吸氣管道而使實(shí)際吸氣量降低，而且此時(shí)氣體倒流而造成頂推力與彈簧力的方向一致，又將使閥片猛然關(guān)閉，在無(wú)緩沖力情況下撞到閥座上，降低閥片壽命。 (2)氣閥全開(kāi)時(shí)要穩(wěn)定，不要大幅度跳動(dòng)。圖4-12，2c表示由于彈簧力過(guò)大，閥片不能正常全開(kāi)而來(lái)回跳動(dòng)，稱顫振現(xiàn)象。其結(jié)果是使氣閥時(shí)間截面縮小，阻力增大，閥片撞擊次數(shù)多，壽命降低。 (3)

25、氣閥的流通阻力損失要小。氣閥的阻力損失在整個(gè)壓縮機(jī)功率消耗中占有相當(dāng)大的比例，應(yīng)設(shè)法減小。 （4）工作可靠，閥片及彈簧等易損件的壽命要長(zhǎng)。此外還要求氣閥余隙容積小；氣閥關(guān)閉時(shí)的嚴(yán)密性好等。4氣閥壽命 氣閥的壽命主要取決于閥片和彈簧的壽命。壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)。閥片在閥座和升程限制器之間來(lái)回跳動(dòng)，產(chǎn)生撞擊。雖然每次撞擊能量不大，但屬于小能量多次撞擊，易于形成疲勞裂紋而使閥片損壞。此外，閥片撞到升程限制器時(shí)，又會(huì)與彈簧發(fā)生撞擊，此時(shí)彈簧的變形量和變形速度都很大，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的動(dòng)應(yīng)力，導(dǎo)致彈簧極易損壞。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，在很多情況下是由彈簧損壞，繼而導(dǎo)致閥片損壞。 為提高氣閥壽命，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了不少研究。主要有

26、以下幾方面： (1)控制閥片升程，減少閥片傾側(cè)運(yùn)動(dòng)。閥片升程過(guò)大會(huì)使閥片撞擊速度增大，降低壽命。在滿足一定氣閥通道的條件下，希望升程盡量的小。在氣缸上軸向布置的氣閥，由于氣閥布置空間的限制，氣閥的一部分面積處于氣缸直徑以外的位置。處于氣缸工作腔部位的閥片受氣流推力大，偏置在氣缸直徑外的部位則由于氣流偏吹閥片受氣流推力小，從而造成閥片運(yùn)動(dòng)時(shí)的傾側(cè)現(xiàn)象。這又會(huì)使閥片受附加撞擊速度，工作條件惡化。實(shí)驗(yàn)表明，降低閥片升程和減少氣閥布置的偏置程度將會(huì)減少閥片的傾倒程度。 (2)正確選材，保證制造質(zhì)量。疲勞破壞與局部應(yīng)力有關(guān)，表面損傷、銹蝕等均會(huì)促進(jìn)疲勞破壞。因此，閥片及彈簧均應(yīng)正確選材，嚴(yán)格控制熱處理?xiàng)l

27、件，不得有表面損傷。閥片材料要求強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕。常用的閥片材料有30CrMnSiA及不銹鋼。彈簧則常用50CrVA及 4Crl3等。(3)增大彈簧的自振頻率。閥簧的工作是一種受迫振動(dòng)，故應(yīng)盡量避免出現(xiàn)低階共振現(xiàn)象， 更要避免在共振條件下又出現(xiàn)閥片與彈簧間的撞擊。因此，彈簧的最佳設(shè)計(jì)是個(gè)尚未解決的難題，一般認(rèn)為應(yīng)有較高自振頻率，有人建議要大于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的三倍以上。增大自振頻率的有效措旋是減小彈簧圈徑，故現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外有采用小彈簧趨向。 (4)改進(jìn)結(jié)構(gòu)。由于閥片開(kāi)啟時(shí)比關(guān)閉時(shí)速度快，有人認(rèn)為撞擊限制器的速度約為撞擊閥座速度的三倍。因此在結(jié)構(gòu)上可采取措施，例如在升程限制器上嵌裝橡皮、采用氣墊閥等

28、，以增加緩沖作用，取得了顯著效果。5氣閥的型式與結(jié)構(gòu) (1)環(huán)狀閥 環(huán)狀閥的結(jié)構(gòu)如圖412 .11所示，其主要工作元件是環(huán)狀閥片，閥片的數(shù)目可根據(jù)需要而定，有一片至多片不等，閥片厚度在2mm左右。閥片在啟閉過(guò)程中由升程限制器上的凸臺(tái)導(dǎo)向，閥片與導(dǎo)向塊之間為動(dòng)配合。由于閥片運(yùn)動(dòng)時(shí)與導(dǎo)向塊有摩擦，故多用于有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)。若用于無(wú)油潤(rùn)幫壓縮機(jī)，其凸臺(tái)需用自潤(rùn)滑材料。閥座與限制器用螺栓連接，并在端部鉚死以防工作時(shí)松動(dòng)，固緊螺栓也需要防松。整個(gè)氣閥組件用壓閥罩固定在氣缸上。圖41211的壓閥罩直接頂著閥座，限制器外緣與閥座不接觸，稱為開(kāi)式結(jié)構(gòu)。圖41212是閉式結(jié)構(gòu)，壓閥罩將限制器和閥座同時(shí)壓緊在氣缸的

29、閥孔內(nèi)，其優(yōu)點(diǎn)是氣閥螺栓僅起聯(lián)接作用而不受閥片撞擊限制器的作用力，螺栓直徑可較小，工作可靠。缺點(diǎn)是氣閥通道截面利用不充分，多用高壓級(jí)的氣閥。 氣墊閥也是一種環(huán)狀閥，如圖4-12.13所示。在限制器的環(huán)狀筋上加工出環(huán)形溝槽，槽寬度與閥片寬度成動(dòng)配合。氣閥開(kāi) 啟時(shí)，閥片進(jìn)入槽內(nèi)，使封閉在槽內(nèi)的氣體來(lái)不及從彈簧座孔上的小孔排出，槽中氣體被壓縮形成氣墊，起到緩沖作用。這種結(jié)構(gòu)使閥片受沖擊力減小，可延長(zhǎng)閥片壽命， 同時(shí)減少噪音。氣墊閥的閥片較普通閥片厚，以便閥片在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)仍有一部分在 槽內(nèi)起導(dǎo)向作用。但閥的加工困難，適用寬通道，低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。 (2)網(wǎng)狀閥 圖4-1214是一種無(wú)導(dǎo)向塊的網(wǎng)狀閥，其結(jié)構(gòu)

30、與環(huán)狀閥類似，但閥片的各環(huán)間用筋條聯(lián)成一個(gè)整體呈網(wǎng)狀，如圖4-12.15所示。閥片中心為固定部分，被夾持在上、下兩墊塊之間，自中心數(shù)起第二圈上，將徑向筋條銑出一個(gè)斜切口，且在圖示彈性部分的弧段內(nèi)銑薄，這樣閥片具有一定彈性，便于上下運(yùn)動(dòng)，外圈是閥片的運(yùn)動(dòng)和密封部分。閥片的升程由墊塊的厚度控制，不設(shè)導(dǎo)向塊。在閥片與限制器間設(shè)有緩沖片。緩沖片的結(jié)構(gòu)與閥片類似，但開(kāi)有供閥片彈簧穿過(guò)的孔。當(dāng)氣流推力克服作用在閥片上的彈簧力及閥片的慣性力時(shí)，閾片即開(kāi)啟。當(dāng)閥片與緩沖片接觸后又要克服緩沖片慣性力與彈簧力，直至緩沖片與限制器接觸時(shí)氣閥全開(kāi)。由此可見(jiàn)，氣閥全關(guān)時(shí)，只受閥片彈簧的作用，彈簧力較?。欢鴼忾y全開(kāi)時(shí)則閥

31、片受閥片彈簧力、緩沖片彈簧力及閥片與緩沖片的變形反力之和，彈簧力就大，這種變剛性特點(diǎn)正符合氣閥工作的要求，這是網(wǎng)狀閥的一大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)網(wǎng)狀閥啟閉時(shí)各環(huán)片動(dòng)作一致，這些特點(diǎn)正好克服了環(huán)狀閥的缺點(diǎn)。但網(wǎng)狀閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閥片加工困難，閥片的彈性部分易于產(chǎn)生應(yīng)力集中而斷裂，故在我國(guó)目前條件下主要用于無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，以解決導(dǎo)向塊的磨損問(wèn)題。此外，網(wǎng)狀閥也有中心導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)。(3)直流閥 如圖4-1216所示。直流閥由閥座和閥片兩部分組成，相互間隔，夾持成一組。閥座一面銑有一定斜度的細(xì)長(zhǎng)槽作為氣體通道，其背面銑有寬度較大的通長(zhǎng)槽起升程限制器作用。閥片是用0.20.5mm的薄彈簧鋼片制成，即是閥片又是彈簧，是啟閉

32、元件。閥片兩端銑有切口，氣閥關(guān)閉時(shí)，閥片緊靠在閥座上。開(kāi)啟時(shí)，在氣流推力作用下，克服閥片的彈力，閥片中間部分產(chǎn)生彎曲變形，直至貼合在相鄰閥座的背部(限制器)。直流閥的外形較適于做成矩形狀，但也可做成圓形。 直流閥的主要優(yōu)點(diǎn)是氣流流經(jīng)氣閥時(shí)幾乎無(wú)轉(zhuǎn)折，因而阻力小，允許有較高的氣速，但閥片的密封性差，壽命不長(zhǎng)，僅用于高轉(zhuǎn)速的低壓壓縮機(jī)。 此外，還要槽狀閥(圖412. 17)，閥片呈槽形，彈簧呈條形薄片，具有變剛性特點(diǎn)并能起緩沖作用。 圖4-1218是超高壓壓縮機(jī)吸、排氣組合閥，裝于氣缸頭部，利用斜孔作為氣體通道，其吸氣閥用球形密封元件，排氣閥用菌狀密封元件。 二、活塞環(huán) 活塞式壓縮機(jī)的活塞與氣缸間

33、的間隙采用活塞環(huán)密封，根據(jù)活塞環(huán)材料及使用條件的不同，又有在有油潤(rùn)滑狀態(tài)下使用的金屬活塞環(huán)和無(wú)油潤(rùn)滑狀態(tài)下使用的非金屬活塞環(huán)。下面介紹其工作原理。 1.金屬活塞環(huán)的密封原理、環(huán)數(shù)及主要尺寸的確定 典型的活塞環(huán)是一具有彈力的開(kāi)口環(huán)，如圖4-12.19所示。在自由狀態(tài)下，開(kāi)口間隙為A，當(dāng)裝入氣缸時(shí)，被迫合攏呈圓環(huán)狀，僅在切口處留有熱膨脹間隙。由于活塞環(huán)具有彈力，該彈力力圖使環(huán)恢復(fù)自由狀態(tài)，因受缸壁約束，故環(huán)緊貼缸壁，單位表面所受約束力稱初彈比壓，如圖4-12.19(b)及圖4-12. 20(a)所示。 當(dāng)壓縮機(jī)工作時(shí)，缸內(nèi)氣體壓力又把活塞環(huán)推向環(huán)槽的一側(cè)，使之緊貼槽壁，如圖4-12.20(b)所示

34、。由于活塞環(huán)緊貼缸壁和槽壁，使氣體流通受到阻塞。但由于金屬表面總還存在加工不平度造成的微小間隙，不可能完全阻塞氣流，而使氣體在密封面間隙中產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，壓力從降至，若認(rèn)為壓力沿環(huán)高按直線分布，則環(huán)側(cè)面的平均壓力為。由于活塞環(huán)上側(cè)與環(huán)槽的間隙較大，可認(rèn)為環(huán)內(nèi)側(cè)所受壓力，根據(jù)環(huán)的受力平衡，必然還作用一力使活塞環(huán)緊貼缸壁，稱密封力，單位表面所受的密封力稱密封比壓。越大，環(huán)與缸壁貼得越緊，密封性也越好。若把活塞環(huán)看成“均壓環(huán)”(即假設(shè)等壓分布)，則取環(huán)的徑向受力平衡如圖4-12.20（c），則得活塞環(huán)的材料活塞環(huán)的材料，應(yīng)保證足夠的硬度和耐磨性。最常用的是鑄鐵，要求金相組織以珠光體為基體，均勻分布有薄

35、片狀或團(tuán)狀石墨，要求硬度達(dá)HBl80-250，鑄鐵環(huán)硬度應(yīng)比缸套硬度高10-15%。中、高壓級(jí)活塞環(huán)可用合金鑄鐵（在普通鑄鐵中加入適量的鉻、鎳、銅、鉬等元素），并經(jīng)淬火、回火等熱處理，使珠光體基體變?yōu)樨愂象w和馬氏體的混合基體，韌性好，又耐磨。銅合金的韌性高，耐磨及耐腐蝕性好，常作成三、四瓣組合成活塞環(huán)，并在內(nèi)圈加彈力環(huán)?；钊h(huán)外圓面及軸向兩端面的粗糙度要小，以減小環(huán)與缸壁及環(huán)與活塞上環(huán)槽的間隙，增強(qiáng)保密性，一般粗糙度達(dá)Ra1.6左右。棱角要倒圓，以防擦傷氣缸，并利用潤(rùn)滑油膜的形成與保持。 2無(wú)油潤(rùn)滑的活塞密封無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的活塞密封可分為接觸式與非接觸式兩種。 (1)非接觸式的活塞密封 非接觸

36、式是指活塞與缸壁不接觸，保持較小的間隙值，典型的密封形式是迷宮式密封。圖4-12.24所示為一迷宮式壓縮機(jī)，這種機(jī)器沒(méi)有活塞環(huán)，活塞與缸壁保持0.070.08m的間隙，活塞上開(kāi)有螺旋形迷宮槽，氣體沿間隙高速流過(guò)迷宮槽時(shí)，經(jīng)過(guò)不斷節(jié)流、膨脹、降壓而達(dá)到密封的要求，為防止活塞與缸壁發(fā)生摩擦，這種壓縮機(jī)對(duì)活塞與氣缸的制造裝配的同軸度要求非常高。在結(jié)構(gòu)上除用十字頭滑道外，還設(shè)有一導(dǎo)向軸承。 迷宮壓縮機(jī)可保持氣體介質(zhì)無(wú)油，且由于是非接觸式，其密封壽命長(zhǎng)，適用于高轉(zhuǎn)速短行程的立式壓縮機(jī)。但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝困難，泄漏量較一般接觸式大，故國(guó)內(nèi)很少采用。 (2)接觸式活塞密封 其基本結(jié)構(gòu)仍采用活塞環(huán)，在無(wú)

37、油潤(rùn)滑壓縮機(jī)中關(guān)鍵是采用具有自潤(rùn)滑性能的材料做活塞環(huán)。早期的自潤(rùn)滑材料采用石墨，但因韌性差、易脆裂，現(xiàn)在主要采用填充聚四氟乙烯。 聚四氟乙烯簡(jiǎn)稱PTFE。這種材料摩擦系數(shù)?。s為0.1），而且在與金屬對(duì)磨時(shí)，其表面分子能轉(zhuǎn)移到金屬表面而形成一層薄膜，因而具有良好的自潤(rùn)滑性能。該材料化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕性優(yōu)良，耐溫到250左右。純聚四氟乙烯熱膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性差，機(jī)械性能差，不耐磨，此外還有冷流性，冷流是指這種高分子化合物在長(zhǎng)期外力作用下產(chǎn)生高分子轉(zhuǎn)移而變形。為克服這些弱點(diǎn)，常加入適量的填充劑以改善其性能。例如，加入青銅粉以提高耐磨性、改善導(dǎo)熱性和減少冷流；加入玻璃纖維以提高強(qiáng)度、增強(qiáng)耐磨性；加入二硫化鉬以提高自潤(rùn)滑性等。為適應(yīng)不同操作條件和氣體介質(zhì)，應(yīng)選合適的配方比例，國(guó)內(nèi)外在這方面均進(jìn)行了大量的研究。 聚酰胺通稱尼龍，如尼龍6、尼龍66等制品，也具有自潤(rùn)滑性，其機(jī)械強(qiáng)度比聚四氟乙烯高，且無(wú)冷流性，但耐熱性差，在有負(fù)荷情況下只能用在100以下。 聚酰亞胺是六十年代發(fā)展起來(lái)的高分子材料，其機(jī)械強(qiáng)度高，耐熱性好，可長(zhǎng)期使用于200-230，其主要缺點(diǎn)是摩擦系數(shù)較大。國(guó)內(nèi)有用聚酰亞胺為主，加入聚四氟乙烯、石墨等材料的填充聚酰亞胺，曾用作高溫、高壓差的無(wú)油潤(rùn)滑密封材料。 近年來(lái)在聚四氟乙烯基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，采用粉末冶金的方法，制