活塞式壓縮機

活塞式壓縮機的工作是氣缸、氣閥和在氣缸中作往復運動的活塞所構成的工作容積不斷變化來完成。如果不考慮活塞式壓縮機實際工作中的容積損失和能量損失(即理想工作過程),則活塞式壓縮機曲軸每鏇轉一周所完成的工作,可分為吸氣、壓縮和壓縮過程、排氣過程。活塞從下止點向上運動,吸、排汽閥處於關閉狀態,氣體在密閉的氣缸中被壓縮,由於氣缸容積逐漸縮小,則壓力、溫度逐漸升高直至氣缸內氣體壓力與排氣壓力相等。活塞繼續向上移動,致使氣缸內的氣體壓力大於排氣壓力,則排氣閥開啟,氣缸內的氣體在活塞的推動下等壓排出氣缸進入排氣管道,直至活塞運動到上止點。

產品分類

活塞式壓縮機

按所採用的工質分類,一般有氨壓縮機和氟利昂壓縮機兩種。

按壓縮級數分類,有單級壓縮和雙級壓縮。單級壓縮機是指壓縮過程中製冷劑蒸氣由低壓至高壓只經過一次壓縮。而所謂的雙級壓縮,是指壓縮過程中製冷劑蒸氣由低壓至高壓要連續經過兩次壓縮。

按作用方式分類,有單作用壓縮機和雙作用壓縮機。其製冷劑蒸氣僅在活塞的一側進行壓縮,活塞往返一個行程,吸氣排氣各一次。而雙作用壓縮機製冷劑蒸氣輪流在活塞兩側的氣缸內進行壓縮,活塞往返一個行程,吸、排氣各兩次。所以同樣大小的氣缸,雙作用壓縮機的吸氣量較單作用的大。但是由於雙作用壓縮機的結構較複雜,因而大都是採用單作用壓縮機。

活塞式壓縮機

連桿大頭與曲軸連線。連桿大頭一般做成剖分式,以便於裝拆和檢修。為了改善連桿大頭與曲柄銷之間的磨損狀況,大頭孔內一般均裝有軸承合金軸瓦即連桿大頭軸瓦。連桿大頭軸瓦分薄壁和厚壁兩種,系列製冷壓縮機都採用薄壁軸瓦。軸瓦的上瓦與連桿油孔相應的地方也開有油孔。

連桿螺栓用於連線剖分式連桿大頭與大頭蓋。連桿螺栓是曲柄連桿機構中受力嚴重的零件,它不僅受反覆的拉伸且受振動和衝擊作用,很容易鬆脫和斷裂,以致引起嚴重事故。所以對連桿螺栓的設計、加工、裝配均有嚴格要求。連桿螺栓常用40Cr、45Cr鋼等製造,且採用細牙螺紋,其安裝時要求有一定的預緊力,以免在載荷變化時連桿大頭上下瓦和曲柄銷之間鬆動敲擊,加速機器零件的損壞。

活塞

活塞組:活塞組是活塞、活塞銷及活塞環的總稱。活塞組在連桿帶動下,在汽缸內作往復直線運動,從而與汽缸等共同組成一個可變的工作容積,以實現吸氣、壓縮、排氣等過程。

活塞——活塞可分為筒形和盤形兩大類。我國系列製冷壓縮機的活塞均採用筒形結構,它由頂部、環部和裙部三部分組成。活塞頂部組成封閉汽缸的工作面。活塞環部的外圓上開有安裝活塞環的環槽,環槽的深度略大於活塞環的徑向厚度,使活塞環有一定的活動餘地。活塞裙部在汽缸中起導向作用並承受側壓力。

活塞的材料一般為鋁合金或鑄鐵。灰鑄鐵活塞過去在製冷壓縮機中套用較廣,但由於鑄鐵活塞的質量大且導熱性能差,因此,系列製冷壓縮機的活塞都採用鋁合金活塞。鋁合金活塞的優點是質量輕、導熱性能好,表面經陽極處理後具有良好的耐磨性。但鋁合金活塞比鑄鐵活塞的機械強度低、耐磨性差也差。

活塞銷——活塞銷是用來連線活塞和連桿小頭的零件,在工作時承受複雜的交變載荷。活塞銷的損壞將會造成嚴重的事故,故要求其有足夠的強度、耐磨性和抗疲勞、抗衝擊的性能。因此,活塞銷通常用20號鋼、20Cr鋼或45號鋼製造。

活塞環——活塞環包括汽環和油環。汽環的主要作用是使活塞和汽缸壁之間形成密封,防止被壓縮蒸氣從活塞和汽缸壁之間的間隙中泄漏。為了減少壓縮汽體從環的鎖口泄漏,多道汽環安裝時鎖口應相互錯開。油環的作用是布油和颳去汽缸壁上多餘的潤滑油。汽環可裝一至三道,油環通常只裝一道且裝在汽環的下面,常見的油環斷面形狀有斜面式和槽式兩種,斜面式油環安裝時斜面應向上。

汽閥

汽閥與軸封:汽閥是壓縮機的一個重要部件,屬於易損件。它的質量及工作的好壞直接影響壓縮機的輸汽量、功率損耗和運轉的可*性。汽閥包括吸氣閥和排氣閥,活塞每上下往復運動一次,吸、排氣閥各啟閉一次,從而控制壓縮機並使其完成吸氣、壓縮、排氣等四個工作過程。由於閥門啟閉工作頻繁且對壓縮機的性能影響很大,因此汽閥需滿足如下要求:氣體流過閥門時的流動阻力要小,要有足夠的通道截面,通道表面應光滑,啟閉及時、關閉嚴密,堅韌、耐磨。

軸封

軸封——軸封的作用在於防止製冷劑蒸汽沿曲軸伸出端向外泄漏,或者是當曲軸箱內壓力低於大氣壓時,防止外界空氣漏入。因此,軸封應具有良好的密封性和安全可*性、且結構簡單、裝拆方便、並具有一定的使用壽命。

軸封裝置主要有機械式和填料式兩種。常用的機械式軸封主要有摩擦環式和波紋管式。其中,國產系列活塞式製冷壓縮機大都採用摩擦環式軸封,這種軸封由活動環(摩擦環)、固定環、彈簧及彈簧座、壓圈和兩個“0”形耐油橡膠圈所組成。活動環槽內嵌一橡膠密封圈並與活動環一同套裝在軸上,在彈簧力和壓圈的作用下,活動環與橡膠圈一同被壓緊在軸上且使活動環緊貼在固定環上。工作時彈簧座與彈簧、軸上橡膠密封圈及活動環隨同曲軸一起轉動,固定環及其上的橡膠圈則固定不動。故工作時活動環和固定環作相對運動,緊貼的摩擦面起防止製冷劑往外泄漏的密封作用,軸上橡膠圈用來密封軸與活動環之間的間隙,固定環上的耐油橡膠密封圈起防止軸封室內潤滑油外泄的作用。

裝置

能量調節裝置:在製冷系統中,隨著冷間熱負荷的變化,其耗冷量亦有變化,因此壓縮機的製冷量亦應作必要的調整。壓縮機製冷量的調節是由能量調節裝置來實現的,所謂壓縮機的能量調節裝置實際上就是排氣量調節裝置。它的作用有二,一是實現壓縮機的空載啟動或在較小負荷狀態下啟動,二是調節壓縮機的製冷量。壓縮機排氣量的調節方法有:1°頂開部分汽缸的吸氣閥片;2°改變壓縮機的轉速;3°用旁通閥使部分缸的排氣旁通回吸氣腔,這種方法用於順流式壓縮機;4°改變附加余隙容積的大小。頂開汽缸吸氣閥片的調節方法是一種廣泛套用的調節方法,國產系列活塞式製冷壓縮機,均採用頂開部分汽缸吸氣閥片的輸氣量調節裝置,

頂開部分汽缸吸氣閥片的輸氣量調節裝置的原理很簡單,即用頂桿將部分汽缸的吸氣閥片頂起,使之常開,使活塞在壓縮過程中,壓力不能升高,吸入蒸汽又通過吸氣閥排回吸氣側,故該汽缸無排氣量,從而達到調節輸氣量的目的即能量調節。

頂開吸氣閥片能量調節裝置可分為執行機構、傳動機構和油分配機構三部分,主要由油分配閥、油缸、油活塞、拉桿、轉動環、頂桿和彈簧等部件組成。拉桿上有兩個凸圓,分別嵌在兩個汽缸套外部的轉動環中。若不向油缸中供油,由於油活塞左側彈簧的作用,油活塞處於油缸的右端位置,汽缸套外部的頂桿都是處在轉動環斜槽的最高位置,將吸汽閥片頂開,於是該汽缸卸載。當壓力油經油分配閥向油缸供油時,因油壓的作用,克服彈簧力使油活塞及拉桿向左移動,並通過拉桿上的凸圓使轉動環轉動一定角度,相應地使頂桿在頂桿彈簧作用放下而下滑到斜槽的最低處,這時吸汽閥片在重力和彈簧力作用下降落在閥座上並可以自由啟閉,則該汽缸處於工作狀態。

壓縮機起動時,由於機器尚未轉動,油壓為零,因而全部汽缸的吸汽閥片都被頂桿頂開,汽缸不起壓縮作用,從而實現了空載啟動。

產品分類

(一)按壓縮機的氣缸位置(氣缸中心線)可分為:

(1)臥式壓縮機,氣缸均為橫臥的(氣缸中心線成水平方向)。

(2)立式壓縮機氣缸均為豎立布置的(直立壓縮機)。

(3)角式壓縮機,氣缸布置成L型、V型、W型和星型等不同角度的。

(二)按壓縮機氣缸段數(級數)可分為:

(1)單段壓縮機(單級):氣體在氣缸內進行一次壓縮。

(2)雙段壓縮機(兩級):氣體在氣缸內進行兩次壓縮。

(3)多段壓縮機(多級):氣體在氣缸內進行多次壓縮。

(三)按氣缸的排列方法可分為:

(1)串聯式壓縮機:幾個氣缸依次排列於同一根軸上的多段壓縮機,又稱單列壓縮機。

(2)並列式壓縮機:幾個氣缸平行排列於數根軸上的多級壓縮機,又稱雙列壓縮機或多列壓縮機。

(3)複式壓縮機:由串聯和並聯式共同組成多段壓縮機。

(4)對稱平衡式壓縮機:氣缸橫臥排列在曲軸軸頸互成180度的曲軸兩側,布置成H型,其慣性力基本能平衡。(大型壓縮機都朝這方向發展)

故障處理

一、曲柄銷軸瓦的偏磨

連桿將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸,又將曲軸的鏇轉運動轉換為活塞的往復運動,我公司一台壓縮機在一段時間內頻繁出現一級曲柄銷瓦偏磨損壞烏金脫落的事故,且偏磨的方向一直不變,主要從以下幾方面進行了分析處理。

1、仔細檢測了曲柄銷軸承的間隙,十字頭銷與十字頭及連桿大、小頭瓦的間隙,十字頭與滑道的六點間隙,以及曲柄銷軸的橢圓度,更換了新的十字頭銷,保證了各部間隙。

2、連桿大小頭孔的平行度,利用專用工具檢測,十字頭銷孔對於一級曲柄銷軸的平行度,也利用專用工具進行了檢測。平行度均不超0.02—0.03mm,在允許範圍內。

3、活塞桿的跳動, 設計值不超過0.07mm/全行程,也在設計範圍內在以上三點均得到確認無誤後,檢修機組後開車僅3天,仍發生曲柄銷瓦的偏磨,最後發現由於曲軸聯軸器的對中存在著問題,導致曲軸的最遠端發生偏斜,最為明顯,從而造成了曲軸銷瓦的偏磨,通過重新找正曲軸與電機的同軸度及調整主軸瓦的間隙,徹底解決了曲軸銷瓦偏磨的問題。

二、曲柄銷軸頸的損壞

壓縮機由於原始設計有誤,改造後造成運行一級活塞力的偏大,一級曲柄銷瓦的比壓偏大。頻繁損壞一級瓦、一級活塞及連桿。

對於大中型壓縮機,主軸頸及曲柄銷軸頸軸承的許用最大比壓分別為4—5MPa;9.0MPa。在檢修質量保證的情況下,通過調節曲柄銷瓦的合理間隙,改善供油狀況油路及油壓調節,形成有效油膜,並通過對一進壓力的調整,選用合適比壓的軸瓦,解決了由於不平衡導致的軸瓦的損壞,也進而解決了曲柄銷軸頸的損壞。

三、十字頭銷的處理

壓縮機運行中十字頭銷端面壓緊螺釘斷裂及十字頭銷的脫落,會造成十分嚴重的事故,因而對於十字頭銷與連桿小頭瓦的間隙應十分注意,另外更為關鍵的是十字頭銷錐面與十字頭體的配合應無間隙,因為在理論上講一旦存在間隙,接觸便為線接觸,對傳遞力及機組穩定性影響很大,因而要求配研接觸面積應在80%以上,如新進的備件銷子與十字頭銷孔存在間隙一定要按十字頭銷孔的錐度修配十字頭銷子。對於十字頭錐孔切不可修研,因為一旦修研十字頭錐孔,很可能造成以後銷子的軸向位置的改動,對定位及潤滑油的供給產生影響,如銷子的偏差過大可通過測量徑向尺寸,於車床上進行定位修銼,再行研磨,但最好還是採用合適的備件錐銷。

四、活塞及活塞桿的損壞

壓縮機在使用中均出現了一級活塞碎裂及活塞桿的斷裂情況,活塞桿與活塞的連線一定要牢固準確,活塞桿的定位台肩與活塞的中心線垂直度符合要求,活塞的兩端軸肩與活塞桿支撐面要配研,並按規定的緊固力矩緊固,兩半活塞(鑄鋁)的結合面應貼合緊密不得出現內外圈的結合面的間隙,此點應十分注意,因為內圈結合面的間隙會產生交變應力,縮短活塞的壽命,而外圈的間隙造成活塞內部腔內進入壓縮氣體,使內部容積在一定程度上成為氣缸的余隙容積,對壓縮機的效率及活塞的壽命均有不良影響,因而組裝活塞各部應仔細檢查研合。另外活塞尾桿端面受力面的機械性能及光潔度也對活塞桿的壽命影響較大。

五、活塞桿跳動的異常處理

一般情況下活塞桿的跳動作為壓縮機找正的最終驗證結果,應在允許範圍內,在氣缸與十字頭滑道正確對中的情況下,允許的活塞桿水平徑向跳動量應為一個公差帶即:±0.00015mm/mm行程,最大不超±0.064mm,而垂直徑向跳動也應考慮活塞桿的撓度等情況略有變化。即使超差也是在打表過程中由一側到另一側,數值持續增減變化,只要採用重新調節水平及各方向串動定位即可給予消除。而在檢測過程中發現如下異常情況,在活塞運動過程中,活塞桿垂直方向跳動量一直較好,而僅在兩側死點突然發生大範圍跳動變化,水平跳動較好,在排除各部間隙連桿大小頭瓦間隙、十字頭間隙、氣缸死點間隙等的影響後,發現活塞環越程出現問題導致了活塞桿跳動量的突變,處理方法為將氣缸內壁的磨損台肩磨削去除,調節好活塞環越程值,進而消除了活塞桿跳動量的異常現象。

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