活塞式压缩机（机械机器）

活塞式压缩机

机械机器

活塞式压缩机的工作是气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。

如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和压缩过程、排气过程。活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开启，气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。

产品分类

按所采用的工质分类，一般有氨压缩机和氟利昂压缩机两种。

按压缩级数分类，有单级压缩和双级压缩。单级压缩机是指压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压只经过一次压缩。而所谓的双级压缩，是指压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压要连续经过两次压缩。

按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。其制冷剂蒸气仅在活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机制冷剂蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。所以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的结构较复杂，因而大都是采用单作用压缩机。

按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类，有直流式和逆流式。所谓直流式是指制冷剂蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个方向进行，而逆流式，吸气与排气时制冷剂蒸气的运动方向是相反的。从理论分析来看，直流式与逆流式相比，由于蒸气在气缸中温度及比容的变化较少，故直流式性能较好。但是由于直流式压缩机的进汽阀需装在活塞上，这样便相对增加了活塞的长度和重量，因而功的消耗就增加、检修也麻烦，所以生产的压缩机大都采用逆流式。

按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、V型压缩机、W型压缩机和S型压缩机等。立式压缩机气缸中心线呈垂直位置而卧式压缩机气缸中心线是水平的。V型、W型和S型是高速、多缸、现代型压缩机，其速度一般为960～1440转/分，气缸数目多为2、4、6、8 四种，其中，字母表示气缸的排列形式。

活塞式制冷压缩机，根据其结构特征，还可分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。虽然构造各异，但它们之间也有许多共同之处，只是其结构特征不同。

开启式制冷压缩机的结构特征在于：压缩机的动力输入轴伸出机体外，通过联轴器或皮带轮与电动机联结，并在伸出处用轴封装置密封。氨压缩机和容量较大的氟利昂压缩机都采用这种结构形式。

半封闭式制冷压缩机的结构特点是：压缩机与电动机共用一主轴，并共同组装于同一机壳内，但机壳为可拆式，其上开有各种工作孔用盖板密封。

全封闭式制冷压缩机的结构特点在于：压缩机与其驱动电动机共用一个主轴，二者组装在一个焊接成型的密封罩壳中。这种压缩机结构紧凑，密封性好，使用方便；振动小、噪音小，广泛使用在小型自动化制冷和空调装置中。

工作原理

活塞式压缩机的工作是气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和压缩过程、排气过程。

压缩过程

活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。

排气过程

活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开启，气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。

至此，压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。此后，活塞又向下运动，重复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。这就是活塞式制冷压缩机的理想工作过程与原理。

产品型号

每一台压缩机的基本型式都用一定的符号表示。这些符号亦称为型号，单级产品型号主要由气缸数目、所用制冷剂的种类、气缸布置形式与气缸直径四个方面的内容组成。

基本构造

活塞式制冷压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调节装置、油循环系统等部件组成。

机体

机体：包括汽缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体。它是支承汽缸套、曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。汽缸采用汽缸套结构，安装在汽缸体上的缸套座孔中，便于当汽缸套磨损时维修或更换。因而结构简单，检修方便。

曲轴

曲轴：曲轴是活塞式制冷压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。曲轴在运动时，承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载，工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般采用40、45或50号优质碳素钢锻造，但已广泛采用球墨铸铁（如QT50－1.5与QT60－2等）铸造。

连杆

连杆：连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传递给活塞对汽体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。

连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁（如QT40－10）铸造，杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。

连杆小头通过活塞销与活塞相连，销孔中加衬套以提高耐磨、耐冲击能力。连杆小头衬套常用锡磷青铜ZQSn10-1做成整体筒状，外圆面车有环槽并钻有油孔，内表面开有轴向油槽。

连杆大头与曲轴连接。连杆大头一般做成剖分式，以便于装拆和检修。为了改善连杆大头与曲柄销之间的磨损状况，大头孔内一般均装有轴承合金轴瓦即连杆大头轴瓦。连杆大头轴瓦分薄壁和厚壁两种，系列制冷压缩机都采用薄壁轴瓦。轴瓦的上瓦与连杆油孔相应的地方也开有油孔。

连杆螺栓用于连接剖分式连杆大头与大头盖。连杆螺栓是曲柄连杆机构中受力严重的零件，它不仅受反复的拉伸且受振动和冲击作用，很容易松脱和断裂，以致引起严重事故。所以对连杆螺栓的设计、加工、装配均有严格要求。连杆螺栓常用40Cr、45Cr钢等制造，且采用细牙螺纹，其安装时要求有一定的预紧力，以免在载荷变化时连杆大头上下瓦和曲柄销之间松动敲击，加速机器零件的损坏。

活塞

活塞组：活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下，在汽缸内作往复直线运动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气、压缩、排气等过程。

活塞——活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列制冷压缩机的活塞均采用筒形结构，它由顶部、环部和裙部三部分组成。活塞顶部组成封闭汽缸的工作面。活塞环部的外圆上开有安装活塞环的环槽，环槽的深度略大于活塞环的径向厚度，使活塞环有一定的活动余地。活塞裙部在汽缸中起导向作用并承受侧压力。

活塞的材料一般为铝合金或铸铁。灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广，但由于铸铁活塞的质量大且导热性能差，因此，系列制冷压缩机的活塞都采用铝合金活塞。铝合金活塞的优点是质量轻、导热性能好，表面经阳极处理后具有良好的耐磨性。但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低、耐磨性差也差。

活塞销——活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件，在工作时承受复杂的交变载荷。活塞销的损坏将会造成严重的事故，故要求其有足够的强度、耐磨性和抗疲劳、抗冲击的性能。因此，活塞销通常用20号钢、20Cr钢或45号钢制造。

活塞环——活塞环包括汽环和油环。汽环的主要作用是使活塞和汽缸壁之间形成密封，防止被压缩蒸气从活塞和汽缸壁之间的间隙中泄漏。为了减少压缩汽体从环的锁口泄漏，多道汽环安装时锁口应相互错开。油环的作用是布油和刮去汽缸壁上多余的润滑油。汽环可装一至三道，油环通常只装一道且装在汽环的下面，常见的油环断面形状有斜面式和槽式两种，斜面式油环安装时斜面应向上。

汽阀

汽阀与轴封：汽阀是压缩机的一个重要部件，属于易损件。它的质量及工作的好坏直接影响压缩机的输汽量、功率损耗和运转的可*性。汽阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上下往复运动一次，吸、排气阀各启闭一次，从而控制压缩机并使其完成吸气、压缩、排气等四个工作过程。由于阀门启闭工作频繁且对压缩机的性能影响很大，因此汽阀需满足如下要求：气体流过阀门时的流动阻力要小，要有足够的通道截面，通道表面应光滑，启闭及时、关闭严密，坚韧、耐磨。

轴封

轴封——轴封的作用在于防止制冷剂蒸汽沿曲轴伸出端向外泄漏，或者是当曲轴箱内压力低于大气压时，防止外界空气漏入。因此，轴封应具有良好的密封性和安全可*性、且结构简单、装拆方便、并具有一定的使用寿命。

轴封装置主要有机械式和填料式两种。常用的机械式轴封主要有摩擦环式和波纹管式。其中，国产系列活塞式制冷压缩机大都采用摩擦环式轴封，这种轴封由活动环(摩擦环）、固定环、弹簧及弹簧座、压圈和两个“0”形耐油橡胶圈所组成。活动环槽内嵌一橡胶密封圈并与活动环一同套装在轴上，在弹簧力和压圈的作用下，活动环与橡胶圈一同被压紧在轴上且使活动环紧贴在固定环上。

工作时弹簧座与弹簧、轴上橡胶密封圈及活动环随同曲轴一起转动，固定环及其上的橡胶圈则固定不动。故工作时活动环和固定环作相对运动，紧贴的摩擦面起防止制冷剂往外泄漏的密封作用，轴上橡胶圈用来密封轴与活动环之间的间隙，固定环上的耐油橡胶密封圈起防止轴封室内润滑油外泄的作用。

装置

能量调节装置：在制冷系统中，随着冷间热负荷的变化，其耗冷量亦有变化，因此压缩机的制冷量亦应作必要的调整。压缩机制冷量的调节是由能量调节装置来实现的，所谓压缩机的能量调节装置实际上就是排气量调节装置。它的作用有二，一是实现压缩机的空载启动或在较小负荷状态下启动，二是调节压缩机的制冷量。压缩机排气量的调节方法有：1°顶开部分汽缸的吸气阀片；2°改变压缩机的转速；3°用旁通阀使部分缸的排气旁通回吸气腔，这种方法用于顺流式压缩机；4°改变附加余隙容积的大小。顶开汽缸吸气阀片的调节方法是一种广泛应用的调节方法，国产系列活塞式制冷压缩机，均采用顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调节装置，

顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调节装置的原理很简单，即用顶杆将部分汽缸的吸气阀片顶起，使之常开，使活塞在压缩过程中，压力不能升高，吸入蒸汽又通过吸气阀排回吸气侧，故该汽缸无排气量，从而达到调节输气量的目的即能量调节。

顶开吸气阀片能量调节装置可分为执行机构、传动机构和油分配机构三部分，主要由油分配阀、油缸、油活塞、拉杆、转动环、顶杆和弹簧等部件组成。拉杆上有两个凸圆，分别嵌在两个汽缸套外部的转动环中。若不向油缸中供油，由于油活塞左侧弹簧的作用，油活塞处于油缸的右端位置，汽缸套外部的顶杆都是处在转动环斜槽的最高位置，将吸汽阀片顶开，于是该汽缸卸载。

当压力油经油分配阀向油缸供油时，因油压的作用，克服弹簧力使油活塞及拉杆向左移动，并通过拉杆上的凸圆使转动环转动一定角度，相应地使顶杆在顶杆弹簧作用放下而下滑到斜槽的最低处，这时吸汽阀片在重力和弹簧力作用下降落在阀座上并可以自由启闭，则该汽缸处于工作状态。

压缩机起动时，由于机器尚未转动，油压为零，因而全部汽缸的吸汽阀片都被顶杆顶开，汽缸不起压缩作用，从而实现了空载启动。

产品分类

（一）按压缩机的气缸位置（气缸中心线）可分为：

（1）卧式压缩机，气缸均为横卧的（气缸中心线成水平方向）。

（2）立式压缩机气缸均为竖立布置的（直立压缩机）。

（3）角式压缩机，气缸布置成L型、V型、W型和星型等不同角度的。

（二）按压缩机气缸段数（级数）可分为：

（1）单段压缩机（单级）：气体在气缸内进行一次压缩。

（2）双段压缩机（两级）：气体在气缸内进行两次压缩。

（3）多段压缩机（多级）：气体在气缸内进行多次压缩。

（三）按气缸的排列方法可分为：

（1）串联式压缩机：几个气缸依次排列于同一根轴上的多段压缩机，又称单列压缩机。

（2）并列式压缩机：几个气缸平行排列于数根轴上的多级压缩机，又称双列压缩机或多列压缩机。

（3）复式压缩机：由串联和并联式共同组成多段压缩机。

（4）对称平衡式压缩机：气缸横卧排列在曲轴轴颈互成180度的曲轴两侧，布置成H型，其惯性力基本能平衡。（大型压缩机都朝这方向发展）

故障处理

一、曲柄销轴瓦的偏磨

连杆将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动，我公司一台压缩机在一段时间内频繁出现一级曲柄销瓦偏磨损坏乌金脱落的事故，且偏磨的方向一直不变，主要从以下几方面进行了分析处理。

1、仔细检测了曲柄销轴承的间隙，十字头销与十字头及连杆大、小头瓦的间隙，十字头与滑道的六点间隙，以及曲柄销轴的椭圆度，更换了新的十字头销，保证了各部间隙。

2、连杆大小头孔的平行度，利用专用工具检测，十字头销孔对于一级曲柄销轴的平行度，也利用专用工具进行了检测。平行度均不超0.02—0.03mm，在允许范围内。

3、活塞杆的跳动, 设计值不超过0.07mm/全行程，也在设计范围内在以上三点均得到确认无误后，检修机组后开车仅3天，仍发生曲柄销瓦的偏磨，最后发现由于曲轴联轴器的对中存在着问题，导致曲轴的最远端发生偏斜，最为明显，从而造成了曲轴销瓦的偏磨，通过重新找正曲轴与电机的同轴度及调整主轴瓦的间隙，彻底解决了曲轴销瓦偏磨的问题。

二、曲柄销轴颈的损坏

压缩机由于原始设计有误，改造后造成运行一级活塞力的偏大，一级曲柄销瓦的比压偏大。频繁损坏一级瓦、一级活塞及连杆。

对于大中型压缩机，主轴颈及曲柄销轴颈轴承的许用最大比压分别为4—5MPa；9.0MPa。在检修质量保证的情况下，通过调节曲柄销瓦的合理间隙，改善供油状况油路及油压调节，形成有效油膜，并通过对一进压力的调整，选用合适比压的轴瓦，解决了由于不平衡导致的轴瓦的损坏，也进而解决了曲柄销轴颈的损坏。

三、十字头销的处理

压缩机运行中十字头销端面压紧螺钉断裂及十字头销的脱落，会造成十分严重的事故，因而对于十字头销与连杆小头瓦的间隙应十分注意，另外更为关键的是十字头销锥面与十字头体的配合应无间隙，因为在理论上讲一旦存在间隙，接触便为线接触，对传递力及机组稳定性影响很大，因而要求配研接触面积应在80%以上，如新进的备件销子与十字头销孔存在间隙一定要按十字头销孔的锥度修配十字头销子。对于十字头锥孔切不可修研，因为一旦修研十字头锥孔，很可能造成以后销子的轴向位置的改动，对定位及润滑油的供给产生影响，如销子的偏差过大可通过测量径向尺寸，于车床上进行定位修锉，再行研磨，但最好还是采用合适的备件锥销。

四、活塞及活塞杆的损坏

压缩机在使用中均出现了一级活塞碎裂及活塞杆的断裂情况，活塞杆与活塞的连接一定要牢固准确，活塞杆的定位台肩与活塞的中心线垂直度符合要求，活塞的两端轴肩与活塞杆支撑面要配研，并按规定的紧固力矩紧固，两半活塞（铸铝）的结合面应贴合紧密不得出现内外圈的结合面的间隙，此点应十分注意，因为内圈结合面的间隙会产生交变应力，缩短活塞的寿命，而外圈的间隙造成活塞内部腔内进入压缩气体，使内部容积在一定程度上成为气缸的余隙容积，对压缩机的效率及活塞的寿命均有不良影响，因而组装活塞各部应仔细检查研合。另外活塞尾杆端面受力面的机械性能及光洁度也对活塞杆的寿命影响较大。

五、活塞杆跳动的异常处理

一般情况下活塞杆的跳动作为压缩机找正的终极验证结果，应在答应范围内，在气缸与十字头滑道正确对中的情况下，答应的活塞杆水平径向跳动量应为一个公差带即： 0.00015mm/mm行程，最大不超±0.064mm，而垂直径向跳动也应考虑活塞杆的挠度等情况略有变化。即使超差也是在打表过程中由一侧到另一侧，数值持续增减变化，只要采用重新调节水平及各方向串动定位即可给予消除。

而在检测过程中发现如下异常情况，在活塞运动过程中，活塞杆垂直方向跳动量一直较好，而仅在两侧死点突然发生大范围跳动变化，水平跳动较好，在排除各部间隙连杆大小头瓦间隙、十字头间隙、气缸死点间隙等的影响后，发现活塞环越程出现问题导致了活塞杆跳动量的突变，处理方法为将气缸内壁的磨损台肩磨削去除，调节好活塞环越程值，进而消除了活塞杆跳动量的异常现象。

参考资料

1.一文了解什么是活塞式压缩机·电子网

2.空气压缩机的检验·石家庄泰尔康普流体科技有限公司