压缩机结构

气阀原理特性结构
气阀的工作过程
1. 气阀的重要性 阀是往复压缩机中最关键的部件。 气阀是限制压缩机提高转速的主要障碍。 往复压缩机的生存发展有赖于气阀的好坏。
对气阀的要求
气阀的工作过程
气阀的工作过程
三种工作状态
压力损失和流量系数
1. 压力损失的一般关系
流动压力损失
p v 2
进、排气阀在弹簧系数为1000，3000，5000N/m时的工作状况
3.1.6 气阀工作过程的数学模拟
3.不同升程对气阀工作状况的影响
进、排气阀在升程为0.5，0.8，1.0mm时的工作状况
3.1.6 气阀工作过程的数学模拟
4. 不同升程对阀片撞击的影响的影响
进、排气阀在升程为0.5，0.8，1.0mm时的工作状况
气阀极限寿命及影响寿命的因素 ➢ 在正常工作条件下，一个气阀的寿命取决于阀片与阀座磨损。
影响气阀寿命的因素 ➢ 气体中含有杂质（尘埃、水或油、焦油、其它物质） ➢ 弹簧失效 ➢ 阀片崩裂
讨论
转速的影响 气体介质的影响 吸气温度的影响
气阀主要结构
• 环状阀（单环、双环） • 网状阀 • 蝶状阀 • 舌簧阀
2．精基准的选择
生产实践中，加工活塞的精基准常用的有下述二种不同的方案: (1)采用工艺止口，即采用辅助精基准。该方法最大特点是符
合基面同一的原则，可以在一次安装中加工出活塞的外圆表面、 端面，活塞环槽、内孔及活塞杆支承端面，从而可以较可靠地 保证这些表面间的相互位置精度。
(2)采用盘形活塞内孔表面，即采用基本精基准。盘形活塞的 圆柱孔或圆锥孔，是活塞装在活塞杆上的装配基面，用它来在 心轴上定位安装，最终精加工外圆、活塞环槽、顶盖端面，从 而保证这些加工表面对内孔轴心线的位置精度，也就是说它符 合基面重合的原则。
2
气体平均流速
v Q A
流量系数（只取决于气阀结构）
1
压力损失
p
2
Q2 ( A)2
瞬时压力损失
p k 2 p(sin sin 2 )2 M 2
8
2
马赫数
M vv , a kRT 音速
a
2. 瞬时相对压力损失
瞬时相对压力损失
气阀瞬时流速
vv
Ap
Av
r(sin
2
sin 2 )
p
p
气阀原理特性结构
气阀弹簧
1. 弹簧刚性(影响开启、关闭)
2. 比弹力
弹簧力与气流最大推力比值 数值大约在0.2～0.9之间
气阀原理特性结构
气阀弹簧
弹簧是压缩机中关键的关键。 wk.baidu.com簧种类：
弹簧设计：弹簧力确定，Dm，d，n，预压缩量、 自振频率，稳定性
气阀原理特性结构
阀片升程
1. 阀片中的力
环状阀
环 状 阀
•
网状环
网状环
空 压 机 低 压 级 气 阀
1
空压机低压级气阀2
空压机高压级气阀
空压机气阀阀片
碟状环
菌状阀 菌头形成的阀隙处气流阻力小、流量系数 大；因此，此种结构的气阀相对压力损失较 小。此外，气阀寿命长、噪声也小。它宜于 被压缩气体怕阀片撞击可能产生火花．以及 压力损失要小的场合，气缸无油或有油均可 适用。
活塞壁薄刚性差而又要求壁厚均匀，工作表面的加工精度， 以及表面间的相互位置精度要求都较严。为了保证加工质量， 在拟订工艺过程时，就必须正确地选择基准，合理地安排加 工顺序。
(二)基准的选择
1．粗基准的选择 根据粗基准的选择原则，为了保证壁厚均匀，最好选
择零件上不需要机械加工的表面作为粗基面。对于盘形 活塞内腔是不进行机械加工的毛面，但呈封闭形内腔， 无法直接用内腔作粗基面定位安装，通常都是根据内腔 控制壁厚均匀对活塞划线，然后夹持外圆，按划线找正 定位。
• 水平列气缸中的盘形活塞与垂直列的结构上 的区别在于水平列盘形活塞浇有巴氏合金托 瓦。
• 常见的活塞的另一种结构型式为筒形活塞。
活塞的主要技术要求：
➢活塞的外圆表面与气缸(或缸套)镜面配合，
➢对于垂直列气缸中的盘形活塞，其外圆表面还 是它的导向面，
➢为了保证活塞的轴心线对气缸的同轴度，要求 两者间具有小而稳定的环隙，
技术要求：
1．曲轴锻造比用铸钢时不小于2，用轧制钢料时不小于1.5。 2．曲轴锻后正火处理，粗加工后退火处理，HBl70～217。 3．粗加工后进行超声波探伤，精加工后进行磁粉探伤，不得有任何影响强度 的缺陷。 4．各配台部分φllOgc，φ110dc、φ106dc4、φ105gd的椭圆度和不柱度不 得大于直径公差之半。 5．曲柄销轴心线对主轴颈轴心线的不平行度不得大于100：0.02mm。 6．φ106dc4、φ105gd历配合部分对主轴颈φllOgc的不同轴度不得大于 0.03mm。 7．主轴颈φ1lOgc对轴心线的径向跳动不得大于0.03mm。 8．键槽轴线对曲轴轴心线的偏移不大于0.2mm，歪斜不大于.045mm。 9．4个配重螺孔M27的轴心线对端面的不垂直度不大于100:0.1mm。
• 中、大型压缩机也有用铸钢、低碳钢板焊接 的活塞。
二、活塞的加工工艺过程及安排
(一)活塞机械加工的工艺特点
活塞的主要加工表面是外圆柱面、顶盖端面，以及内孔表 面。属于典型的盘套类零件的 加工，即回转体零件的内、外 圆表面及端面的加工。加工盘套类零件的基本方法是车削。 在中、小批生产条件下，通常都是采用普通车床来完成工件 主要表面的加工。
➢最后，不允许活塞有任何砂眼、气孔等缺陷， 为此，要求对活塞进行水压试验， 在一定的规范 条件下，不得有渗漏现象。同时要求它的壁厚均 匀，成品的重量误差必须在一定的范围内。
活塞的常用材料
• 常为灰铸铁，牌号为HT20－40、HT25 －47，一般采用砂型铸造。
• 少数高速轻负荷的压缩机或某些特殊气体的 压缩机采用铸造铝合金，批量较大时，可采 用硬模铸造。
△ △
△
二、曲轴的技术要求（一）
为了满足曲轴在机器中的功用，设计时对它提出了如下的主要 技术要求。与轴承配合的主轴颈规定为2级精度基孔制的第三种过渡 配合gc，以保证一定的配合特性，提高其旋转精度，并要求具有 7 的光洁度。曲柄销与连杆大头瓦的配合常用2级精度基孔制第三种动 配合D/dc，以及 8的光洁度，以获得良好的油膜润滑条件。为了保 证皮带轮对曲轴具有较高的对中性，将曲轴的主轴与皮带轮配合部分 采用2级精度基孔制的第四种过渡配合gd，或第一种动配合d，或采用 1：10的锥度配合，以及 7(或 6)光洁度。与轴承端盖配合部分规 定为4级精度的第三种动配合dc4和 7光洁度，或 6级精度第四种动 配合dd6和 6光洁度。曲柄与平衡铁配合面规定为4级精度第一种动 配合d4和 5一 4光洁度。其余表面的加工光洁度都不得低于 4。
(三)机械加工工序顺序的安排
在拟订活塞机械加工工序顺序时，主要考虑如 下一些问题。
1．工艺过程一开始宜于利用内腔作为粗基 准加工出精基准。对于盘形活塞则是按照控制 壁厚均匀根据内腔划的线作为粗基准找正安装。 如采用辅助精基准的方案，即在第一个机械加 工工序加工出工艺止口，采用基本精基准的方 案，则首先加工出过渡精基准—外圆表面。
撞击力
弯曲应力
局部应力
2. 减小撞击力的手段
缓冲片
气垫阀
软材料升限器 减小升程
3. 合理的升程值
h 1b 2
气阀工作过程的数学模拟
运动方程
d 2h
d
1
M v 2
(
ps
p) Ap
ZP '(H0
h)
流动方程
1
dp
d
ps
p ps
k
A sv sv
2k k 1 RTs
1
p ps
(三)机械加工工序顺序的安排
2．将粗、精加工阶段分开。划分粗加工和精 加工阶段，把切除余量较多的机械加工都集中 在粗加工阶段，以减小由于加工变形而引起的 尺寸和形状误差。 3．在加工阶段内采用工序集中的方案。在一 个工序，甚至在一次安装中，加工尽可能多的 表面。例如外圆表面，顶盖端面、活塞环槽等 集中在一次安装中加工，这样有利于缩短辅助 时间，保证加工精度。
舌簧阀
用于制动压缩机 用于制冷压缩机
气阀的材料
气阀的制造工艺要求
曲轴连杆机构
曲轴
曲轴
图1是单拐曲轴组件图。可以看出，曲轴具有如下的结构特 点：整个曲轴是由主轴、与连杆大头配合的曲柄销，联结 主轴和曲柄销的曲柄组成。主轴上有与轴承、皮带轮、轴 承盖等相配合的几个部分。此外，为了保证连杆大头瓦与 曲柄销之间通油润滑，在曲轴上要求钻出细长的交叉油孔； 以及固定平衡铁的螺孔、堵油孔的螺孔等。
表2 盘形铸铁活塞机械加工工艺过程
活塞杆
2活塞杆主要尺寸的确定
活塞杆长度由机器总体设计中，按级的配置、 与活塞连接方式、有无中体分隔室等确定。 活塞杆直径主要按压折确定。可按最大活塞 力与行程，从图中初选活塞杆直径。
活塞杆的螺纹连接，应进行静强度校核和疲劳强度校核
机身1 2
机身
活塞环
活塞环有气环和油环 两种。气环的作用是 密封气缸的工作容积， 防止压缩气体通过气 缸壁处间隙泄漏到曲 轴箱。油环的作用是 刮下附着于气缸壁上 多余的润滑油，并使 壁面上油膜分部均匀。
活塞式压缩机组装动画
气缸组件
气缸工作示意图
气缸的要求
气缸的结构形式
气阀在气缸中的布置
气缸的工作表面，气缸套
活塞组件
活塞组件
活塞
活塞
活塞具有一定的机械强度，同时为了减小惯 性力，应尽可能地减轻活塞的重量
• 活塞的结构和材质根据压缩机的型式、结构 方案、承受压力的大小以及压缩气体种类的 不同而有所差异。在中、低压段的双作用气 缸中一般都采用盘形(鼓形)活塞。
△
△ △△
△△ △
二、曲轴的技术要求（二）
为了保证配合的均匀性，为避免曲柄销与连杆大头瓦配合的间隙 不均，破坏了油膜的形成而加剧磨损，必须限制配合部分的不柱度和椭 圆度的形状误差，一般规定这两项误差不得超过该配合部分直径公差之 半。要求主轴颈对中心线具有较严的径向跳动，各配合部分之间要求较 高的同轴度。对于尺寸在80－180mm范围内的直径，径向跳动和不同轴 度规定不得大于0.03mm，以提高曲轴组件的装配精度和旋转精度。要求 限制曲柄销对主轴颈的不平行度，保证活塞往复运动的方向与主轴颈的 旋转轴心线垂直，即与气缸镜面轴心线方向一致，以减少活塞部件在气 缸镜面中往复运动时接触的不均匀性而带来的磨损不均匀，甚至咬死的 可能性。一般规定不平行度不得大于100：0.02mm。最后，曲轴在工作 状态下承受交变载荷，因此为了避免应力集中，提高疲劳强度，要求曲 轴表面不得有凹痕、碰伤、毛刺、裂纹和夹杂物等缺陷，且要求在粗精 加工后，分别进行超声波探伤和磁粉探伤；同时要求轴颈与曲柄连接的 过渡圆角应光洁圆滑。
k 1 k
p
dVc
d
k
Vc
容积方程
dVc d
D2s 8
sin
2
sin 2
1
2
sin2
气阀工作过程的数学模拟
1. 不同排气压力对气阀工作状况的影响
进气阀在8MPa, 12MPa, 18MPa进气时的工作状况
3.1.6 气阀工作过程的数学模拟
2.不同弹簧力对气阀工作状况的影响
4．热处理工序的安插。对于铸铁活塞，为了 消除铸造内应力，宜于在机械加工前进行退火 处理。为了进一步消除内应力，粗加工后可安 排一次人工时效处理。如果铸件质量比较稳定， 也可以只考虑一次热处理工序。对于焊接活塞， 焊后需进行低温退火。
5．盘形活塞水压试验工序的安排。生产实践中，水压试验工序安 排的顺序有两个可取的方案：即将水压试验工序安排在粗加工之后 精加工之前；或者安排在工件全部加工完毕之后。采取第一个方案 的特点是：粗加工已将毛坯上大部分余量切去，毛坯上的缺陷(缩孔、 气孔等)通过水压试验可以早期暴露，并及时淘汰废品，从而避免了 精加工时的浪费，同时还可起到将粗、精加工分开，消除粗加工中 产生的内应力的作用。采取第二个方案，工件全部加工完毕后进行 水压试验，可以避免工件在车间内外的往返搬运，使机械加工工序 集中进行，这对于质量比较稳定的铸件，也是可取的。
活塞式压缩机的结构
工作腔部分 它是直接处理气体的部分，它包括：气缸、活塞杆、气 阀、活塞、填料等。 （2） 传动部分 它是把电动机的旋转运动转化为活塞往复运动的一 组驱动机构，包括：曲轴、连杆、十字头 （3） 机身部分 它用来支承（或连接）气缸部分与传动部分的零部 件，此外还可能安装有其它辅助设备。 （4） 辅助设备 辅助设备系指除上述主要的零部件外，为使机器正 常工作而设的相应设备。如油泵和注油器；级间冷却系统；安全阀、 滤清器、缓冲容器等。