往复式压缩机的基本知识及原理

.活塞式压缩机的基本知识及原理

活塞式压缩机的分类：

（1）按气缸中心线位置分类

立式压缩机：气缸中心线及地面垂直。

卧式压缩机：气缸中心线及地面平行，气缸只布置在机身一侧。

对置式压缩机：气缸中心线及地面平行，气缸布置在机身两侧。（如果相对列活

塞相向运动又称对称平衡式）

角度式压缩机：气缸中心线成一定角度，按气缸排列的所呈现的形状。有分L

型、V型、W型和S型。

（2）按气缸达到最终后力所需压级数分类

单级压缩机：气体经过一次压缩到终压。

两级压缩机：气体经过二次压缩到终压。

多级压缩机：气缸经三次以上压缩到终压。

（3）按活塞在气缸内所实现气体循环分类

单作用压缩机：气缸内仅一端进行压缩循环。

双作用压缩机：气缸内两端进行同一级次的压缩循环。

级差式压缩机:气缸内一端或两端进行两个或两个以上的不同级次的压缩循环。

（4）按压缩机具有的列数分类

单列压缩机：气缸配置在机身的一中心线上。

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的两条以上中线上。

活塞式压缩机工作原理：

当活塞式压缩机的曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸

内壁、气缸内的工作容积则会发生周期性变化。活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开

始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而

进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞式压缩机的活塞反向

运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压

力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。

当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，活塞式压缩机

的曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完

成一个工作循环。

活塞式压缩机的基本结构

活塞式压缩机基本原理大致相同，具有十字头的活塞式压缩机，主要有机体、

曲轴、连杆、十字头、气缸、活塞、填料、气阀等组成。

1、机身：主要由中体、曲轴箱、主轴瓦（主轴承）、轴承压盖及连接和密封件

等组成。曲轴箱可以是整体铸造加工而成，也可以是分体铸造加工后组装而成。主

轴承采用滑动轴承，安装时应注意上下轴承的正确位置，轴承盖设有吊装螺孔和安

装测温元件的光孔。

2、曲轴：曲轴是活塞式压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的功率。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。

3、连杆：连杆是曲轴及活塞间的连接件，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气体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆

大头轴瓦和连杆螺栓。

4、十字头：十字头是连接活塞及连杆的零件，它具有导向作用。十字头及活塞

杆的连接型式分为螺纹连接、联接器连接、法兰连接等。大中型压缩机多用联接器

和法兰连接结构，使用可靠，调整方便，使活塞杆及十字头容易对中，但结构复杂。

5、气缸：气缸主要由缸座、缸体、缸盖三部分组成，低压级多为铸铁气缸，设

有冷却水夹层；高压级气缸采用钢件锻制，由缸体两侧中空盖板及缸体上的孔道形

成泠却水腔。气缸采用缸套结构，安装在缸体上的缸套座孔中，便于当缸套磨损时

维修或更换。气缸设有支承，用于支撑气缸重量和调整气缸水平。

6、活塞：活塞部件是由活塞体、活塞杆、活塞螺母、活塞环、支承环等零件组

成，每级活塞体上装有不同数量的活塞环和支承环，用于密封压缩介质和支承活塞

重量。活塞环采用铸铁环或填充聚四氟乙烯塑料环；当压力较高时也可以采用铜合

金活塞环；支承环采用四氟或直接在活塞体上浇铸轴承合金。

活塞及活塞杆采用螺纹连接，紧固方式有直接紧固法，液压拉伸法，加热活塞

杆尾部法等，加热活塞杆尾部使其热胀产生弹性伸长变形，将紧固螺母旋转一定角

度拧至规定位置后停止加热，待杆冷却后恢复变形，即实现紧固所需的预紧力。活

塞杆为钢件锻制成，经调质处理及表面进行硬化处理，有较高的综合机械性能和耐

磨性。活塞体的材料一般为铝合金或铸铁。

7、填料：密封填料是由数组密封元件构成，每组密封元件主要由径向密封环、

切向密封环、阻流环和拉伸弹簧组成。为减轻各组密封元件的工作负担，当密封压

力较高时，在靠近气缸侧处设有节流环。当密封气体属易燃易爆性质时，在密封填

料中设有漏气回收孔，用于收集泄漏的气体并引至系统。有油润滑时，密封填料中

设有注油孔，可注入压缩机油进行润滑，无油润滑时，不设注油孔。

8、气阀

气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

压缩机的输气量、功率损耗和运转的可靠性。气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、

排气等工作过程。

气阀主要由阀座、阀片、弹簧、升程限制器和将它们组为一体的螺栓，螺母等

组成。排气阀的结构及吸气阀基本相同，两者仅是阀座及升程限制器的位置互换，

吸气阀升程限制器靠近气缸里侧，排气阀则是阀座靠近气缸内侧。环状阀因其阀片

为薄圆环而得名，阀座及升程限制器上都有环形或孔形通道，供气体通过。阀片及

阀座上的密封口贴合形成密封。升程限制器上有导向凸台，对阀片升降起导向作用。

活塞式压缩机的型号表示法

4M40——148/320型压缩机：4歹I」、M型活塞推力40X10lN额定排气量(换

算到吸入状态下)148nf7nlin

额定排气压力320xl()5pa(32MPa)0

压缩机实际工作中存在的问题

(1)余隙及膨胀

实际工作的压缩机，必须存在一定的余隙容积，包括活塞运动到止点时及盖端

之间的间隙和阀座下面的空间及其它死角。留此间隙的目的是为了避免因活塞杆、

活塞的热膨胀和弹性变形而引起的活塞及气缸的碰撞，同时以可防止气体带液而发

生事故。防止液击的方法在设计上，每级压缩冷却后析出的冷凝液在设计上设置分

离器进行气液分离。

余隙内的气体是排不出去的，当活塞离开而返回运动时，这部分气体（排出时

的压力）开始膨胀，直至压力降至吸气入开始时的压力，新鲜气体才能进入。可见

余隙的存在，使气缸的实际吸入量小于气缸的行程容积，即减少了新鲜气体的吸入

量，降低了生产能力。囚此，余隙容积在保证运行可靠的基础上，应尽量减小。

（2）气阀的阻力损失

通道和气阀不可能绝对光滑曲折，所以气体通过气阀和管道时，必须会产生阻

力损失。因此气缸内的吸入压力总低于管道中的压力，气缸内实际排出压力总是高

于排出管道的压力。

（3）气体温度升高

压缩机工作一段时间后，气缸各部分温度基本为一稳定值，它高于气体的吸入

温度，低于排出温度。而气体每一循环中，传热情况是不断变化的。如压缩开始时

气体温度较气缸温度低，于是气体自气缸吸取热量而提高本身温度，随着压缩机过

程的进行，气体温度高于气缸温度。（气体加热后体积会产生膨胀）所以每经一级

压缩后的气体都须经冷却器冷却后才进行下一级压缩。

（4）泄漏：（化工压缩的气体大多属有毒有害气体和易燃易爆气体，若泄漏发

生轻则影响环境，重则爆炸着火。）气体泄漏的主要途径是经气阀、活塞环和填料

处泄漏。

1、气阀泄漏：气体得不到充分压缩就排出，吸气时又漏到气缸中如此反复循环

（此时泄漏阀门压盖迅速升温），影响了下一级的吸收，本级吸收的新鲜气体就减

少。

2、活塞环泄漏：如活塞环断裂、磨损过大时，压缩时气体会漏到吸气端或平衡

缸，吸气时又漏回来。串气影响打气量。

3、填料泄漏：填料磨损过大时，高压气体就会从填料处大量泄漏到大气中。

二、压缩机主要参数

（-）转速（n）：单位为转/分，指由曲轴每分钟的转数。

（二）行程（s）：单位为毫米，指活塞从近止点到远止点的间距，也等于曲拐

轴及主轴中心距的两倍。

（三）活塞平均速度（C平）：单位为米/秒，活塞运动中速度是变化的，在始

点（如外止点）时为零，然后逐渐加速，在中点时为最大，然后逐渐降速，到终点

（内死点）又为零，返行时亦如此。

活塞平均速度大则机器轻巧。但气体流速大，惯过力如未平衡好则振动大，

易损件寿命受到影响，目前一般C平=3〜5米/秒。

（四）压力比（£）;是指进出口压力之比，We=P2/Plo由于气缸内有余隙容

积总是不可避免的。当压缩比£越高时，排出压力越高，残留的气体膨胀后所占的

容积也就越大，使得吸入气体量减少，效率降低，如果采用多级压缩可使每一级压

力比£减小，从而提高各级气缸容积利用率，但玉缩机级数的诜择是根据多方面因

素来考虑的。在实际上，多级压缩的每级压缩比为2.5〜3.5。

（五）排气量（Q）：在压缩机排气端测得的单位时间内排出的气体体积，换算到

压缩机吸气条件（压力、温度、湿度）下的数值称为排气量，以V表示。单位为米

3/分。

(六)功率及效率：活塞压缩机消耗的功率包括有：压缩气体的功耗，气缸中

气阀等阻力损失及各种机械摩擦等功耗。

压缩气体的功耗由于和气体的热力性能有关，当气缸冷却十分完善，气体在

气缸中气流速度很慢时，气体在受压缩时所产生的热都及时传走，因而几乎是等温

压缩过程，此时消耗功率最省。当气缸冷却很不好，气流速度又快，气体在压缩时

所产生的热全部无法散失，则接近绝热压缩过程，此时功耗最大、实际活塞式压缩

机压缩过程和介于两者之间，属于多变过程。

(七)活塞力(P)、单位为吨，压缩机活塞杆、曲轴、连杆等尺寸主要是根据

活塞力来设计的

故障分析及处理措施

压缩机组在运行现场发生了排气量不足，压力.温度异常的现象，其原因及排除

措施：

故障现原因分析排除方法

象

1.气缸(1)气缸磨损或擦伤超过最大的允(1)刮削或重新链铳气缸，经过研

的故障许限度，形成漏气，影响排气量磨修理磨损、拉伤的气缸，并更换加

大的活塞、活塞环，重新进行装配

(2)气缸盖及气缸体结合不严，装

(2)刮研气缸盖及气缸体结合面或

配时气缸垫破裂或不严密行成漏

更换气缸垫

气，影响排气量

(3)气缸冷却水供给不良(冷却水(3)保证合适的冷却水，不使气缸

管堵塞或气缸水套水污过多),气体超过规定的温度

经过阀室进入气缸时形成预热，影

(4)对检修的压缩机锋铳气缸后，

响排气量

要装配合适的活塞、活塞环

(4)活塞及气缸配合不当，间隙过

大，形成漏气，影响排气量

2.吸•(1)吸.排气阀装配不当，彼此的⑴应立即更正装错的吸、排气阀

排气阀位置相互弄错，不但影响排气量，

的故障还会引起压力在各级中重新分配，⑵分别检查吸、排气阀，若吸气

温度也有变化阀盖发热，则吸气阀有故障，

(2)阀座和阀片之间掉入金属碎片其它各阀也照此方法检查，检

或其他杂物，关闭不严，形成漏气，查出问题后拆开气阀修理

影响排气量，影响级间压力和温度⑶刮研接触面，或更换新的阀座、

(3)阀座和阀片接触不严，形成漏阀片

气，影响排气量

(4)检查弹簧，按出厂规定的弹簧

(4)吸气阀弹簧不适当，弹力过强

弹力选择使用弹簧

则吸气时开启迟缓，弹力太弱则吸

气终了时关闭不及时，影响排气量⑸更换折断的弹簧

(5)吸气阀弹簧折断，压缩时也会(6)以研磨的方法加以修理或更换

产生关闭不严和不及时现象，影响新的阀座、阀片

排气量⑺调整升程开启高度

(6)阀座及阀片磨损，密封不严，(8)详细检查在装配吸、排气阀座

形成漏气，影响排气量及气缸体上阀口处装置是否正

(7)吸气开启高段不够，气体流速确，如有装偏时，重新装正

加快，阻力增大，影响排气量⑼把弹簧取出来倒个头或换新的

(8)在往气体上阀口处装配气阀(10)打开气阀清洗结碳

时，没有装正而漏气(⑴把排气阀盖特别热的那个拆开

(9)阀弹簧卡住或倾斜，使阀片关检查修理

闭不严(12)前级气缸的排气阀有故障，把

(10)气阀结碳过多，影响开、关前级气缸上发热的排气阀拆开

(11)排气量减少，排气阀盖特别检查修理，并要同时检查垫片

热，这是排气阀有故障是否损坏或没有垫好

(12)排气量减少，中间冷却器中(13)后级气缸的排气阀有故障，把

的压力下降，低于正常压力(由压后级气缸发热的排气阀拆开检

力表上看出)，同时在前级气缸的排查修理，检查垫片是否损坏或

气阀盖发热没有装好

(13)排气量减少，中间冷却器中(14)检查后级气缸吸气阀和垫片

的压力高于正常压力，后级气缸的(15)检查装在前、后级阀盖上的负

排气阀盖发热荷调节系统中的压开进气阀装

(14)排气量减少，中间冷却器中置中的小活塞间隙是否合适，

的压力高于正常压力，但是前级气是否漏气，对不符合耍求的进

缸的排气阀并不特别发热，而后级行修理或更换

气缸的吸气阀发热，说明后级吸气

阀发生故障

(15)排气量减少，但是前、后级

气阀盖不过分发热。负荷调节系统

压开进气阀装置的小活塞发生故

障，把阀片压开致使空气压缩机吸

不了气，而由于吸气量不足，造成

排气量减少

3.活塞(1)活塞环因润滑油质量不良或注(1)把活塞拆出来检查活塞环，并

环的故入量不够，使气缸内温度过清洁活塞上的槽，把清洗好的活塞环

障高，形成咬死现象，使排气量再用，损坏严重的更换。检查注油器

减少，而且可能引起压力在各及油管，保证气缸中有良好的润滑油

级中重新分配

(2)更换新的活塞环

(2)活塞环使用时间长了有磨损，

(3)修理气缸和活塞，使其达到规

造成排气量减少

定的间隙，或更换新的气缸、活塞、

(3)活塞磨损或气缸磨损，其圆锥

活塞环等

度、椭圆度超过公差太大，而

产生漏气

4,填料(1)填料函中密封盘上的弹簧损坏(1)检查弹簧是否有折断，对弹力

函不或弹力小，使密封盘不能及活塞杆小不合格的弹簧要更换新的

严，漏完全密封(2)重新装配填料函中的密封盘，

气(2)填料函中的金属密封盘装置不使金属密封盘在填料函中能自由串

当，不能串动，及活塞杆有缝隙动，并及活塞杆密封

(3)填料函中的金属密封盘内径磨(3)检查或更换金属密封盘

损严重，及活塞杆密封不严

(4)重新修理活塞杆或更换新的活

(4)活塞杆磨损、拉伤，部分磨偏

塞杆

不圆等也会产生漏气

(5)润滑油供应不足，填料函部分(5)保证填料函中有适当的润滑油

气密性恶化，形成漏气

6.气缸(1)冷却水不足，或冷却水中断(1)适当加大冷却水的流量，调节

过热排(2)后级气缸过热，可能是中间冷冷却水的进水温度不要太局，检查供

气温度却器缺水，由前级气缸排出的压缩水管道，堵塞时进行冲洗

上升空气得不到冷却，或中间冷却器效(2)除按(1)检查外，必须检查中

果不好间冷却器和清洗冷却器

(3)硬水中的沉积物太多(水污)，(3)检查气缸水套，清洗和除去水

附于气缸壁上影响冷却污

(4)活塞、活塞环发生故障或气缸

(4)检查活塞、活塞环和注油泵给

中缺油引起干摩擦

气缸注油情况

(5)气缸余隙过小，使死点压缩比

过大，或气缸余隙过大，残留在气(5)调整气缸的死点间隙，保证间

缸内的高压气体过多，而引起气缸隙在规定的标准内

内温度升高

(6)检查活塞在气缸中的运动情况，

(6)运动机构中的活塞杆弯曲，便

如果跑偏磨损气缸一个侧面时，应将

活塞在气缸中不垂直度超过规定而

整个活塞组拉出，检查活塞杆是否弯

引起活塞及气缸镜面倾斜摩擦加剧

曲。以便及时修理或更换

产生高温

7.排气(1)前级吸气温度高(1)降低前级吸气温度

温度过(2)中间冷却器效率低，后级进气温(2)检修中间冷却器，使冷却器起到

高，吸度高冷却作用，使其排气温度不要超过规

排气阀(3)气阀有漏气现象,排出的高温气定

过热体漏进气缸，再压缩后排气温度就(3)检修研磨器阀座及阀片，使接触

高严密或更换新的阀片、阀座，防止窜

(4)在装配气阀组件时，没将气缸体气

上阀口处残留硬化的旧石棉填料清(4)将气缸上阀口处原残留的石棉填

除干净，而在重新装配气阀组件时，料清除干净，在装配气阀组件充填石

使其不能及气缸上的阀止口严密配棉绳等填料时，也要垫平，防止阀组

合，留有小缝隙，致使高压气体串件倾斜而产生漏气

回气缸而引起排气温度过高

(5)检修或更换活塞环

(5)活塞环磨损或质量不好，吸、排

(6)清洗气缸水套及冷却水管的水污

气互相窜气

(6)气缸水套及冷却水管上有沉淀

物及浮沫层,影响冷却效果

8.冷却(1)冷却器内垫破裂漏气(1)更换新垫

水排出(2)气缸垫破断或检修安装时没压(2)更换新气缸垫或重新将缸盖螺

有气泡紧，产生漏气栓紧住

(3)冷却器中的水管破裂，封口破(3)修理或更换水管，把没紧牢而

断或管板没紧牢而窜气窜气的管子重新紧牢

9.冷去|1(1)冷却水进水温度过高，冷却效(1)应当调节进水温度，控制在规

器冷却率低定范围以内，特别是炎热地区和夏季

效率低(2)冷却器上水垢和油污太多，降要加大冷却水量

(即温低了热的传导效果(2)检修清洗冷却器的水垢和油污

度高)、(3)冷却器中间隔板损坏水量减少(3)将损坏的隔板修理好或更换

排水有(4)冷却器管子破裂(4)检查冷却器水管，将破裂的管

气泡等子焊好或更换

10.活(1)活塞环材料不合规格(1)制作活塞环材料要符合要求，

塞环磨(2)活塞环弹力过大，磨损加快不得用其它材料代用

损过快(3)活塞坏及活塞上的槽间隙过大(2)活塞环弹力和硬度都要符合技

或咬住(包括径向、轴向间隙)术要求

漏气(4)活塞环装入气缸中的热间隙(3)选配合适的活塞环

(开口间隙)过小，受热膨胀卡住(4)装配活塞环时，开口间隙要合

(5)活塞环因润滑油质量不良，或适

气缸内温度过高，形成咬住，不但

(5)气缸中要注入规定的压缩机油，

影响排气量，还可能引起压力在各

对咬住的活塞环取出来修理、清洗或

级中重新分配，同时也加剧活塞环

更换心爱的活塞环

的磨损

(6)安装时要使气缸、活塞杆、活

(6)气缸、活塞杆、活塞安装时对

塞的对中在规定的范围内

中不好

(7)选用设计结构合理的活塞环

(7)活塞环设计结构不合理

压缩机在正常运转过程中，各运动机构都有一种正常的响声，当某些机件发生

故障时，将发现不正常的响声，可以根据异常响声找出发生故障的部位，从而采取

排除措施。

故障现原因分析排除方法

象

1、气缸⑴活塞及缸盖间死点间隙过小，⑴调整活塞行程，增大活塞及气

内发直接撞击缸死点间隙

声敲⑵活塞杆及活塞连接螺帽松动⑵检查拧紧螺帽，加好防松垫或

击声或脱扣、或者螺帽防松垫开口开口销和防松装置

销松动⑶像磨气缸或换气缸套，然后配

⑶气缸(或气缸套)磨损，间隙装合适的活塞或活塞环

超差太大(4)更换修理活塞或拆换活塞环

(4)活塞或活塞坏磨损⑸拆下活塞，取出活塞环，进行

⑸活塞或活塞环在气缸中工作清洗、检查，对烧伤有划痕的

时，润滑油或冷却水不够，因活塞环要进行修理或更换

高温产生干摩擦，而使活塞环⑹检查并调整曲轴一连杆、活塞

卡在活塞中气缸的中心线

(6)曲轴一连杆机构及气缸的中⑺适当的调整供油量，并将活塞

心线不一致或气缸进行清洗

⑺润滑油过多或有污垢，使活塞(8)检查活塞上的丝堵，拧紧丝堵，

及气缸磨损加大更换及拧紧固定丝堵的顶丝

(8)活塞端面丝堵松动，顶住缸盖(9)检查并重新调整两端死点间

隙，拧紧活塞杆螺帽，并锁好

⑼活塞杆及十字头紧故不牢，活

防松垫或防松顶丝

塞向上串动，碰撞气缸盖

(10)检查积水的原因，并进行修理，

(10)气缸中积聚水份

防止气缸中积水

(11)气缸中掉入金属碎片(例如阀

(11)取出掉入物，如果气缸和活塞

片、弹簧)或其它的坚硬物体

受到拉伤，应及时修理

(⑵润滑油过多，因干摩擦而产生

(⑵检查注油系统，保证气缸供油

拉毛

2.曲轴

(1)连杆大头和连杆轴承之间磨(1)进行检查修理，使连杆大头及

箱内发

损、松驰，或连杆轴承及曲拐轴间连杆轴承间隙合适。连杆轴承及曲拐

生撞击

隙超差过大颈的配合公差要在规定的标准之内，

声（包括间隙过大者调整或更换

敲击声）（2）十字头销及衬套配合间隙过

（2）在装配时要保证十字头销及衬

大，或由于长时间运转使十字头销

套的间隙在规定的范围内，对于磨损

及衬套磨损间隙过大

间隙超差的应修理或更换

（3）十字头销及十字头体松动

（3）检查十字头开口销、防松垫等，