压缩机活塞组件
往复式压缩机结构及常见故障处理
往复式压缩机结构及常见故障处理往复式压缩机工作时，曲轴带动连杆，连杆带动活塞，活塞做上下运动。
活塞运动使气缸内的容积发生变化，当活塞向下运动的时候，汽缸容积增大，进气阀打开，排气阀关闭，空气被吸进来，完成进气过程；当活塞向上运动的时候，气缸容积减小，出气阀打开，进气阀关闭，完成压缩过程。
通常活塞上有活塞环来密封气缸和活塞之间的间隙，气缸内有润滑油润滑活塞环。
一、往复式压缩机结构往复式压缩机是容积式压缩机的一种，其主要部件包括气缸、曲柄连杆机构、活塞组件、填料（也就是压缩机的密封件）、气阀、机身与基础、管线及附属的设备等。
1、气缸气缸是压缩机主要零部件之一，应有良好的表面以利于润滑和耐磨，还应具有良好的导热性，以便于使摩擦产生的热能以最快的速度散发出去；还要有足够大的气流通道面积及气阀安装面积，使阀腔容积达到恰好能降低气流的压力脉动幅度，以保证气阀正常工作并降低功耗。
余隙容积应小些，以提高压缩机的效率。
2、曲柄连杆机构该机构包括十字头、连杆、曲轴、滑导等——它是主要的运转和传动部件件，将电机的圆周运动经连杆转化为活塞的往复运动，同时它也是主要的受力部件。
3、活塞组件主要有活塞头、活塞环、托瓦和活塞杆。
活塞的形状和尺寸与气缸有密切关系，分为双作用和单作用活塞。
活塞环用以密封气缸内的高压气体，防止其从活塞和气缸之间的间隙泄漏。
托瓦的作用顾名思义是起支撑活塞的作用，所以托瓦也是易损件，托瓦材质的好坏也直接影响压缩机的使用寿命。
4、填料活塞杆填料主要用于密封气缸内座与活塞杆之间的间隙，阻止气体沿活塞杆径向泄漏。
填料环的制造及安装涉及“三个间隙”。
分别为轴向间隙（保证填料环在环槽内能自由浮动），径向间隙（防止由于活塞杆的下沉使填料环受压造成变形或者损坏）和切向间隙（用于补偿填料环的磨损）。
目前平面填料多为“三六瓣型”和“切向切口三瓣型”。
5、气阀是压缩机最主要的组件，同时也是最容易损坏的零件。
其设计的好坏会直接影响到压缩机的排气量、功耗及运转可靠性。
压缩机活塞式空压机结构课件
的气体压力差。要求材料耐冲击并有足够强度。阀座和升程
限制器的材料可根据气体性质的不同和承受压力差的不同而
选择相应的材料 强度高
阀片材料 韧性好
气阀弹簧材料
耐磨、耐腐蚀性强
碳素弹簧 合金弹簧钢
不锈钢等
气阀组件
气阀的制造工艺要求
低压阀阀座：用灰铸铁或合金铸铁制造，密封表面应有特别细密的金相组 织 ▪ 高压阀阀座：用优质碳素钢或合金钢制造，例如： 30CrMnSi，密封表面 要进行调质或表面硬化处理，硬度达 30~35HRC ▪ 阀座密封表面应进行研磨，表面粗慥度Ra值不得高于0.4μm
气阀组件
▪ 联接螺栓和螺母
▪ 作用：连接气阀的个零件，拧紧螺母后应采取
防松措施
▪ 进气阀的螺母在阀座的一侧
识别和安装进、排 气阀的标志之一
▪ 排气阀的螺母在阀盖的一侧
气阀组件
▪ 环状阀的特点：
▪ 结构简单，制造容易，安装方便，工作可靠 ▪ 改变阀片环数，就能改变排气量，而不受压力和转速的限制
▪ 由于阀片是分开的，各弹簧的弹力不一致，阀片启闭时就不易同步、及
连杆
连杆
连杆
曲轴结构图
曲轴
曲轴式往复式活塞式压缩机的重要运动部件， 外界输入的转矩要通过曲轴传给连杆、十字头，从而推动活
塞作往复运动。 它又承受从连杆传来的周期变化的气体力与惯性力等
曲轴结构图
• 曲轴的基本结构如图所示，每个曲轴由主轴颈(安装主轴承部位)、 曲柄销(与连杆大头相连部位)、曲柄及平衡铁所组成。根据气缸数 及气缸排列形式的不同，要求单拐曲轴或多拐曲轴。曲轴结构图如下：
• 曲轴上只有两点轴承时，可用滚动轴承，如图所示是国产L型空压机的 一个曲轴，常用双列球面向心轴承。多曲拐轴采用多点支撑时，必须 用滑动轴承。一般在相邻两主轴承间，只配置1~2个曲拐以免曲轴产 生过大绕度而导致轴承的不均匀磨损。曲柄上装有平衡铁，用以平衡 惯性力和惯性力矩。
往复式压缩机结构设计
往复式压缩机结构设计一、结构组成：1.主轴：主轴是往复式压缩机的核心部件，由高强度材料制成，用于支撑和带动压缩机的运转。
2.活塞组件：包括活塞、活塞杆和活塞帽。
活塞与主轴相连，负责产生压缩机的压缩动作。
3.齿轮箱：齿轮箱通过传动机构将主轴的旋转转化为活塞的往复动作。
齿轮箱的设计应考虑传递力的平衡和噪音的减少。
4.冷却系统：往复式压缩机在工作过程中会产生大量热量，因此需要设计合理的冷却系统来降低温度。
冷却系统通常包括散热板、冷却风扇和冷却介质等。
5.油泵和润滑系统：往复式压缩机的活动部件需要充分润滑以降低摩擦和磨损。
油泵和润滑系统用于将润滑油输送到核心部件的摩擦面。
6.进气和排气系统：往复式压缩机通过进气系统吸收空气，并将压缩后的气体通过排气系统排放。
进气系统和排气系统的设计应考虑最大化气体流量和减小能量损失。
7.控制系统：控制系统用于监测和控制往复式压缩机的运行。
它通常包括传感器、控制器和执行器，用于实现压缩机的自动化运行。
二、工作原理：1.活塞下行：当活塞下行时，气缸内的压强降低，形成负压，使进气阀打开。
同时，活塞驱动压缩室内的气体向气缸排出。
2.活塞上行：当活塞上行时，气缸内的压强增加，使进气阀关闭，同时排气阀打开。
此时，活塞再次下行压缩气体，达到理想的压缩比。
3.排气：当活塞上行到达最高点时，排气阀关闭，此时气缸内的压力最高，气体被压缩。
4.循环重复：活塞下行，进气阀打开，气体进入气缸。
然后活塞上行，进气阀关闭，排气阀打开，气体再次被压缩。
这样循环往复，完成气体的连续压缩。
三、相关考虑因素：1.噪音控制：往复式压缩机在工作时会产生较大的噪音，需要通过结构设计和材料选择来减少噪音的产生和传播。
2.寿命与可靠性：压缩机内部运动部件的设计应考虑使用寿命和可靠性，包括材料强度、润滑和冷却等方面。
3.能效：往复式压缩机的能效对于能源消耗和工作效率有着重要影响，需要通过结构设计来最大程度地提高能效。
4.维护和维修：压缩机的结构应简单、易于维护和维修，以降低维护成本和停机时间。
活塞式压缩机的运动部件
活塞式压缩机的运动部件第一部分曲轴组件一、概念曲轴组件，包括曲轴、平衡铁及两者之间的连接件等。
曲轴如图（1）所示由三部分组成，即主轴颈、曲柄和曲轴销。
曲柄和曲柄销构成的弯曲部分称之为曲拐。
根据实际需要，一根曲轴可以由一个或几个曲拐组成。
图（1）曲轴的组成1-主轴颈2-曲柄3-曲柄销二、曲轴结构与尺寸1、曲轴结构型式压缩机的曲轴有三种基本型式，即曲柄轴、曲拐轴（简称曲轴）和偏心轮轴。
大型合成氨企业所使用的压缩机，大多采用曲拐轴结构，所以本文省略曲柄轴和偏心轮轴，着重介绍曲拐轴。
曲拐轴一般两端支承，刚性较曲柄轴好。
曲拐数现在可多达8个。
它可制成整体的，也可制成分段组合的。
曲轴的支承方式有两种：全支承是每个曲拐两侧均设有主轴承。
非全支承是每2-3个曲拐的两侧用两个主轴承。
前者对曲轴的刚性，以及机身系列设计时采用奇数列有利。
在对动式压缩机中，多采用后者。
2、曲轴结构设计要点（1）曲轴定位为防止曲轴产生轴线方向的游动，曲轴需要轴向定位。
压缩机多用功率输入端的第一道主轴承定位，因此主轴的相应处设计成具有轴肩的形式。
定位处的端面间隙取决于曲轴的尺寸，一般取0.1-0.5mm,以保证各列运动件的相互位置不因热膨胀或偶然的轴向力而互相错开,以免妨碍机器正常运转。
设置在功率输入第一道主轴承处和定位，还可保证电动机的轴向位置不受上述因素的影响。
除定位的主轴承外，其余的轴承，视曲轴长度不同，制造时的轴颈长度应比轴承宽度长2-5mm，作为必要的热间隙，可以根据温升100℃时每米伸长量为0.6-1.0mm的经验数据去计算选取.但为了制造及检修方便,各轴承端间隙应取一致,且等于最大间隙值.（2）轴颈指主轴颈和曲柄销.铸造曲轴的轴颈,除特殊原因外,如为了减轻重量,增加刚度及疲劳强度,一般都制成实心的圆柱体。
铸造曲轴颈,一般铸成空心形式，内孔径为外径的一半左右。
空心结构可以提高曲轴的疲劳强度，减轻曲轴重量，减少铸造时产生的质量缺陷。
压缩机活塞式空压机结构
活塞环上有一开口，称为切口。
直切口 斜切口 搭接口
每个活塞需装活塞环的数量与气体压力成正比。
活塞组件
三、活塞环
4、活塞环的材料：
一般为铸铁 在高压活塞上，为了延长环的使用寿命和 防止气缸被“拉毛”，常在铸铁环上镶嵌 青铜或轴承合金或者镶填聚四氟乙烯。
活塞组件
三、活塞环
3、活塞环图例：
搭口式活塞环
连杆
连杆
连杆
曲轴结构图
曲轴
曲轴式往复式活塞式压缩机的重要运动部件， 外界输入的转矩要通过曲轴传给连杆、十字头，从而推动活 塞作往复运动。 它又承受从连杆传来的周期变化的气体力与惯性力等
曲轴结构图
曲轴的基本结构如图所示，每个曲轴由主轴颈（安装主轴承部位）、 曲柄销（与连杆大头相连部位）、曲柄及平衡铁所组成。根据气缸数 及气缸排列形式的不同，要求单拐曲轴或多拐曲轴。曲轴结构图如下：
对活塞杆的主要要求：
活塞杆要有足够的强度、刚度和稳定性 耐磨性好并有较高的加工精度和表面粗慥度要求 在结构上尽量减少应力集中的影响 保证连接可靠，防止松动 活塞杆的结构设计要便于干活塞的拆装
活塞组件
二、活塞杆
活塞杆的材料：
优质碳素钢或合金钢
1、圆柱凸肩联接 活塞杆与活塞杆的联接方式： 2、锥面联接
活塞组件
三、活塞环
1、活塞环的作用： 是气缸工作表面与活塞之间的密封零件，同时起 布油和散热的作用。 活塞环是一片或者一部分，由不同的材料制成， 其中PTFE是润滑条件差时的最佳选择。活塞环 与凹槽侧面平置以使泄漏通道最小。金属活塞环 直径比气缸孔大，使得活塞环在气缸避保持压力， 有助于在低压时密封。非金属密封环几乎完全依 靠气体压力以取得好的密封效果。
活塞式压缩机常见故障及原因
活塞式压缩机常见故障及原因活塞式压缩机是一种常用的压缩机类型，广泛应用于各个领域，包括制冷、空调、化工等。
然而，在使用过程中，活塞式压缩机也会遇到一些常见故障，影响其正常运行。
本文将介绍一些常见的故障及其原因，并提供一些解决方法。
一、活塞密封失效活塞密封是活塞式压缩机的核心组件之一，负责保持气缸与活塞之间的密封性。
如果活塞密封失效，将导致压缩机无法正常工作。
常见的原因包括密封件老化、磨损以及不当组装。
解决方法可以是更换密封件或者重新组装活塞密封。
二、气缸内部堵塞气缸内部堵塞是指气缸内部的污染物或异物导致压缩机运行不畅或卡死。
例如，过量的沉淀物或者金属碎屑都可能引发气缸内部堵塞。
这种情况下，需要对压缩机进行清洗，去除堵塞物，并确保日常维护和清洁工作的恰当性。
三、压缩机噪音过大压缩机噪音过大通常是由于机械部件磨损、不平衡或不正确的安装引起的。
噪音过大可能会对压缩机的正常运行产生影响，同时也会造成工作环境的不适。
为了解决这个问题，可以考虑更换磨损的机械部件，重新平衡压缩机或者重新安装。
四、压缩机过热压缩机过热是一个常见的故障现象，它会降低压缩机的效率，甚至会导致机械部件损坏。
过热的原因可能包括冷却系统故障、电机故障或者制冷剂不足等。
要解决这个问题，需要检查和修复冷却系统、电机，并确保制冷剂的充足。
五、润滑油不足或污染压缩机中的润滑油起着保护和润滑机械零件的作用。
如果润滑油不足或者被污染，将导致机械部件的磨损和故障。
因此，定期更换润滑油并保持润滑系统的清洁是非常重要的。
同时，润滑油的选择也需要根据具体的压缩机型号和操作条件来确定，以确保其良好的润滑效果。
六、电气故障电气故障是活塞式压缩机常见的故障之一。
例如，电机启动困难、断电等问题，都可能影响到压缩机的正常运行。
要解决这种问题，需要检查电气系统的连接情况，确保电源供应和电路正常。
如果发现电气部件损坏或老化，需要及时更换。
综上所述，活塞式压缩机常见故障可能包括活塞密封失效、气缸内部堵塞、压缩机噪音过大、压缩机过热、润滑油不足或污染以及电气故障等。
活塞式压缩机气封工作原理
活塞式压缩机气封工作原理
活塞式压缩机是一种常见的压缩机类型，其气封起着关键的作用。
气封的工作原理如下:
1. 活塞及其密封环: 活塞是压缩机的核心部件，通过往复运动
产生压缩和排气过程。
活塞上装有密封环，其作用是防止气体在活塞运动过程中泄漏。
2. 活塞杆与气封装置: 活塞杆是连接活塞和驱动装置的组件。
气封装置通过密封活塞杆的周围空间，防止气体从活塞杆周围进入活塞室或压缩室中，从而保持良好的密封性能。
3. 活塞环和缸套: 活塞环和缸套是实现活塞和气缸之间密封的
关键部件。
活塞环固定在活塞上，与缸套内壁形成紧密的接触，防止气体从缸套壁中泄漏。
4. 润滑油和冷却系统: 活塞式压缩机需要注入润滑油来减少活
塞及其密封环的磨损，并且通过冷却系统对润滑油进行冷却，以保持其正常工作温度和润滑性能。
总的来说，活塞式压缩机的气封工作原理就是通过各种密封装置和润滑冷却系统，保持活塞、活塞环、活塞杆和缸套之间的紧密接触，以防止气体泄漏和减少磨损，确保压缩机的高效运行。
活塞式压缩机受力分析小结
4
D2
内止点
外止点
三、摩擦力
270
0
90
180
360
F f
0
180
360
2、旋转惯性力：
Fmr mr r 2
m0 r0 2 mr r 2
1
四川理工学院过控系周（欢迎批评指正）
受力分析
1、活塞组件
F Fq Fm F f
Fq
0
Fm
F பைடு நூலகம்
180 360
Fm
F
F f
Fq
F Fq Fm F f
2、十字头
有三个力：活塞杆作用力 F 、 连杆力 Ft、十字头侧向力 Fn
Ft
F
Fn
F F ＝ cos 1－2 sin 2 F sin Fn Ftg ＝ 1 2 sin 2 Ft
2
四川理工学院过控系周（欢迎批评指正）
基础
1、侧向力及侧覆力矩：
sin( ) Fn A F r Ft r M cos
Mh
2、总阻力矩： M h M M f Ft F fR r F0 r 3、基础受到的净力矩
Fmr G Fm
W M e M h J
Me
4
小结
惯性力
0
四川理工学院过控系周（欢迎批评指正）
Ft＝Ft sin M Ft r
Fq F f Fn Ft Fmr
W M e M h J
5
3、连杆
F F Ft ＝ cos 1－2 sin 2
4、曲轴
cos Ft＝Ft cos ＝F cos
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一、活塞 活塞与气缸构成压缩工作容积，是压缩机中重 要的工作部件。可分为两大类： 筒形活塞 小型空压机常用
盘形活塞 级差式活塞 1、中、低压气缸中与十字头 相连而不承受侧向力。 2、一般铸成空心以减轻重量
活塞组件
1、筒形活塞
常为单作用活塞，用于小型十字头的压缩机，通过活塞销 与连杆直接相连， 筒形活塞的一般典型结构如图 活塞顶部直接承受缸内气体压力 环部上方装有活塞环以保证密封， 裙部下方装一至两道锋口朝向曲轴 箱的刮油环，并在活塞上设有回油口 活塞上行时刮油环 起均布润滑油作用，下行时起刮油作 用。筒形活塞裙部用于承受侧向力
活塞组件
三、活塞环
2、活塞环的结构：
典型的活塞环是一个具有弹性的开口环。
在自由状态时，开 口间隙为A’，当装 入气缸内，被迫合 拢呈圆环状，仅在 切口处留有热膨胀 间隙 δ，由于活塞 环上有弹力，使它 力图恢复自由状态 而紧贴缸壁，并受 到缸壁对它的约束 力。
活塞组件
三、活塞环
3、活塞环的形式：
对活塞杆的主要要求：
活塞杆要有足够的强度、刚度和稳定性 耐磨性好并有较高的加工精度和表面粗慥度要求 在结构上尽量减少应力集中的影响 保证连接可靠，防止松动 活塞杆的结构设计要便于干活塞的拆装
活塞组件
二、活塞杆
活塞杆的材料：
优质碳素钢或合金钢
1、圆柱凸肩联接 活塞杆与活塞杆的联接方式： 2、锥面联接
活塞组件
2、盘形活塞
用于中低压双作用气缸。 盘形活塞通过活塞杆与十字头相 连。它不承受侧向力。 为减轻往复运动质量，活塞可铸 成空心结构，两端面间用筋板加 强。 在大直径的卧式气缸中，活塞质 量较大，常在活塞下部90～120 范围内浇有巴氏合金，作为承压 面。
活塞组件
二、活塞杆
活塞杆的作用：
连接活塞和十字头，传递作用于活塞上的力并带动活塞 运动。
活塞环上有一开口，称为切口。
直切口 斜切口 搭接口
每个活塞需装活塞环的数量与气体压力成正比。
活塞组件
三、活塞环
4、活塞环的材料：
一般为铸铁 在高压活塞上，为了延长环的使用寿命和 防止气缸被“拉毛”，常在铸铁环上镶嵌 青铜或轴承合金或者镶填聚四氟乙烯。
活塞组件
三、活塞环
3、活塞环图例：
பைடு நூலகம்
搭口式活塞环
活塞组件
三、活塞环
1、活塞环的作用： 是气缸工作表面与活塞之间的密封零件，同时起 布油和散热的作用。 活塞环是一片或者一部分，由不同的材料制成， 其中PTFE是润滑条件差时的最佳选择。活塞环 与凹槽侧面平置以使泄漏通道最小。金属活塞环 直径比气缸孔大，使得活塞环在气缸避保持压力， 有助于在低压时密封。非金属密封环几乎完全依 靠气体压力以取得好的密封效果。
活塞组件
三、活塞环
3、活塞环图例：
两瓣式活塞环
活塞组件
三、活塞环
3、活塞环图例：
斜切口：60°、45 °
应用较广
斜口式活塞环
活塞组件
二、活塞杆
活塞杆与活塞杆的联接方式： 1、圆柱凸肩联接 1）活塞杆的圆柱凸肩和锁紧螺母同时传递活塞 力，活塞螺母的联接要紧密牢固并有防松装置。 2）活塞轴线与活塞杆轴线的同轴度，靠圆柱面 的加工精度来保证，故活塞与凸肩的支承表面在 加工时要配磨，以保证接触良好。
活塞组件
二、活塞杆
活塞杆与活塞杆的联接方式： 2、锥面联接 1）拆装方便，联接处的接触面积大，摩擦力增 大而使联接更可靠。 2）锥面配合要求高，加工难度较大。