活塞式空压机

1、 课件提纲 前言前言 工作原理工作原理 性能参数性能参数 结构结构 故障原因分析故障原因分析 操作运行操作运行 1、前言 压缩机是输送气体并提高气体压力能的机器。在石油化工 厂中，压缩机主要压缩原料气、空气或中间过程的介质气 体，以满足石油化工生产工艺的需要。压缩机按其工作原 理可分为速度型速度型和容积型容积型两种。 n速度型压缩机靠气体在高速旋转的叶轮的作用下，得到巨 大的动能，随后在扩压器中急剧降低，使气体的 ，也就是压力能。 n容积型压缩机靠在气缸内作往复或回转运动的活塞，使容容 积缩小而提高气体压力积缩小而提高气体压力。 压缩机按结构型式不同，分类如下： 压缩机压缩机 速度型速度型 容

2、积型容积型 轴流式轴流式 离心式离心式 回转式回转式 往复式往复式 混流式混流式 滑片式滑片式 螺杆式螺杆式 转子式转子式 膜式膜式 活塞式活塞式 2.工作原理 往复式压缩机通过曲轴连杆机构将曲轴旋转运动转化为活曲轴旋转运动转化为活 塞往复运动。塞往复运动。 当曲轴旋转时，通过连杆的传动，驱动活塞便做往复运动， 由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发 生周期性变化。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。 2.1 理论工作循环 为了更好地理解活塞压缩机的工作原理，这里重点介绍 。假定压缩机没有余隙容积，没有吸、排气阻力，没有 热量交换

3、，则压缩机工作时，汽缸内的压力和容积的关系如下图所 示。压缩机的理论工作过程可以简化成下图示的三个热力过程。 吸气吸气活塞自0点移至1点，吸气阀打开， 气体在P1压力下进入气缸。 压缩压缩活塞自1点移至2点，吸排气阀均关 闭，此过程为多变压缩过程，气缸内的气 体压力升至P2。 活塞从2点移至3点，压力为P2的气 体等压排出气缸。 过程0-1-2-3-0构成了压缩机的理论工 作循环，压缩机完成一个理论循环所消耗所消耗 的功即为图中的功即为图中0-1-2-3-00-1-2-3-0所代表的面积所代表的面积。 压缩机在压缩气体的过程 中，温度会逐步升高，是个多变的 过程。实际压缩循环比理论压缩循 环多

4、了一个热膨胀热膨胀的过程。随着热 膨胀的逐步增加压力升高，温度也 升高，功耗随之加大。所以， 2.2实际工作循环 压缩机中最常见的压缩过程为等温、绝热及多变过程。 在同一压缩范围内，等温压缩耗功最小等温压缩耗功最小，绝热过程耗功最绝热过程耗功最 大，大，多变压缩介于两者之间。多变压缩介于两者之间。 实际上，由于受冷却速度的限制以及和外界的热量交 换，不可能实现等温过程和绝热过程，一般都为多变压缩 过程。 压缩机工作过程中活塞环、填料、气阀不可避免存 在，每个循环的排气量总小于实际吸气量。压缩机的 进气阻力过大，会造成压缩机排气量减少。余隙容积过大 会降低排气量，使指示功图面积变小。 2.2.1

5、 实际过程与理论过程的区别 n由于余隙容积的存在余隙容积的存在，实际工作循环由膨胀、吸气、压缩、 排气四个过程组成，而理论循环无膨胀过程。 n实际吸、排气过程中存在阻力损失阻力损失，使实际气缸内吸气压 力小于吸入管路内气压、实际气缸内排气压力高于排出管 路内气压；吸、排气过程中有压力波动、温度变化。 n在膨胀和压缩过程中，因为气体与气缸壁之间存在热交换气体与气缸壁之间存在热交换， 使得压缩过程指数与膨胀过程指数不断变化，并非常数。 3. 性能参数 往复式压缩机的性能参数主要包括： u排气压力 u排气温度 u排气量 u功率和效率 3.1 吸气/排气压力 往复压缩机的吸气和排气压力分别指第一级吸入

6、管道 处和末级排出接管处的气体压力，因为压缩机采用的是自 动阀，气缸内的压力取决于进、排气系统中的压力，即由 “背压背压”决定。所以吸、排气压力是可以改变的。 压缩机铭牌上的吸、排气压力是指额定值，实际上只 要机器强度、排气温度、电机功率和气阀工作许可，他们 是可以在很大范围内变化的。 3.2排气温度 排气温度是指压缩机末级排出气体的温度，它应在末 级气缸排出管处测得。多级压缩机末级之前各级的排气温 度称为该级的排气温度，在相应级的排气接管处测得。 排气温度可以计算校核，T2T1(P2/P1)n-1/n 排气温度应进行监控：排气温度应进行监控： 排气温度过高会造成润滑油润滑性能下降，轻质油挥

7、发污染气体，润滑油积碳堵塞阀槽，活塞环软化或加速磨 损，非金属阀片融化等。 3.3 容积流量 往复压缩机的容积流量是指在单位时间内经压缩机压 缩后在压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级进口状换算到第一级进口状 态的压力和温度态的压力和温度时的气体容积值，单位是M3/min或M3/h。 压缩机的额定容积流量，即在压缩机铭牌上标注的容 积流量是指在特定的进口状态下（进口压力特定的进口状态下（进口压力0.1MPa0.1MPa，温度，温度 2020）时的容积流量。 对于实际气体，若是在高压下测得的气体容积，则换 算时要考虑到气体可压缩性的影响。 3.4 供气量 往复压缩机排气量随压缩机的进口状态而变

8、，它不反 映压缩机所排气体的物质数量。化工工艺中使用的压缩机， 由于工艺计算的需要，需将容积流量则算到标准状态标准状态 （1.013x101.013x105 5MPaMPa，00）时的干气容积值，此值称为供气量 或者标准容积流量。 3.5 功率和效率 压缩机消耗的功，一部分直接用于压缩气体，另一部 分是用于克服机械摩擦。前者称为指示功，后者称为摩擦 功，二者之和为主轴所需的总功，称为轴功。 单位时间所消耗的功称为功率。 指示功率与总功率的比值即为压缩机的效率。 3.6 多级压缩（这里不在作过多介绍） 所谓多级压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行， 并在每级压缩后将气体导入中间冷却器进行冷却。

9、如图所 示 1st stage2nd stage 3 bar8 bar 1 bar3 bar Q Q 4 .结构 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、润滑油系统、进出口缓冲罐/气 液分离器等部件组成。 4.1 机体 机体包括机身、机座、曲轴箱等部件。机体一般采用 高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体，是支承气缸套、 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。 机体的作用 n用来连接气缸和安装运动机构，并用作支 承座。 n承受机器本身的全部或部分重量。 n作为传动机构的定位和导向部分。如曲轴 支承在机体的主轴承上，十字

10、头以机体滑 道导向。 n承受压缩机工作时气体压力及转动部件的 惯性力。 n连接某些辅助部件，如润滑油系统、盘车 系统、冷却系统等。 4.2 气缸 气缸是活塞式压缩机中组成压缩容 积的主要部分。气缸与活塞配合完成气 体的逐级压缩，它要承受气体的压力， 活塞在其中往复运动，气缸应有良好的 工作表面以利于润滑并应耐磨，为了散 发气体被压缩时产生的热量以及摩擦生 热，气缸应有良好的冷却，通常在气缸 中设置冷却水夹套。 气阀在气缸上的布置有三种方式：配置在气缸盖上、配置在气缸体上、混合配置。 气阀在气缸上的布置方式对气缸的结构有很大的影响，是设置气缸所要考虑的主要问题之一。 布置气阀的主要要求是：通道截

11、面大，余隙容积小，安装和修理方便。通道截面大，余隙容积小，安装和修理方便。 4.3 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、膨胀、压缩、 排气等四个工作过程。 自动阀的阀片在开启， 在弹簧作用力下关闭。阀片与阀座或升程限 制器之间的粘附力、阀片与导向块之间的摩 擦力等，也影响阀片的开启与关闭。 目前，活塞式压缩机所应用的气阀，都是随着气缸内气体 压力的变化而自行开闭的自动阀自动阀，由阀座、运动密封元件（阀 片或阀

12、芯）、弹簧、升程限制器等组成。 常用的压缩机气阀按照阀片结构分为：环状阀环状阀 网状阀网状阀。 气阀的要求 气阀是活塞式压缩机的重要部件之一，它的工作直接关系 到压缩机运转的经济性和可靠性，对于气阀的基本要求如下： l使用期限长（指阀片和弹簧的寿命长），不能由于阀片或弹簧 的损坏而引起压缩机非计划停车。 l气体通过气阀时的能量损失小，以减少压缩机的动力消耗。 l气阀关闭时具有良好的密封性，以减少气体的泄漏量。 l阀片启、闭动作及时、迅速，而且要完全开闭，以提高机器效 率和延长试用期。 l气阀所引起的余隙容积小，以提高气缸容积效率。 l结构简单，制造方便，便于维修。 4.4 活塞 活塞与气缸构成

13、了压缩容积，活塞必须有良好的密封性，有足够的 轻度和刚度，重量轻，制造工艺好。要求活塞和活塞杆的连接和定位可 靠，活塞杆表面硬度高、耐磨、光洁度高。 按活塞与气缸间的密封分为两种：活塞环密封 迷宫密封（不 作介绍） 活塞环密封 活塞环是密封气缸镜面和活塞间间隙密封气缸镜面和活塞间间隙用的零件，另外还起 到布油和导热的作用。对活塞环的基本要求是密封可靠和耐磨 损。其密封原理如下： 活塞环上有开口，在自由状态下，其直径大于气缸的直径， 因此活塞环装入气缸时，由于材料本身的弹性，产生一个对气产生一个对气 缸壁的预压力缸壁的预压力。活塞环装在活塞环槽中，与槽壁间应留有间隙。 压缩机工作时，活塞环在其前

14、压力（P1）和后压力（P2）的压力 差作用下，被推向压力较低（P2）的一方，即密封了气体沿环槽 端面的泄露。作用在活塞环内圆上的压力，约等于环前的压力 （P1），此压力大于作用在活塞环外圆上的平均压力，于是形成 压力差，将环压向气缸镜面，阻止了气体沿气缸壁面的泄露。 气体从高压侧第一道环逐级漏到最后一道环时，每一道环 所承受的压力差相差较大。第一道活塞环承受着主要的压力差，第一道活塞环承受着主要的压力差， 并随着转速的提高，压力差也增高。第二道承受的压力差就不大， 以后各环逐级减少。因此环数过多是没有必要的，反而会增加气 缸磨损，增大摩擦功。 4.5 填料函 填料函组件作用是阻止气缸内气体沿气

15、缸与运动着的活塞杆外圆面 之间的间隙向外泄露，此处填料密封是往复运动密封往复运动密封，是活塞压缩机的 主要易损件之一，对其基本要求是密封性能良好并耐用。 通常填料密封采用石墨制径向浮动和自定中心的迷宫密封环（无油 润滑），密封环装在不锈钢密封腔内，下端装有漏气收集腔漏气收集腔，将泄漏气 送回一级的吸入口。 4.6 刮油环 活塞杆装有刮油环，使润滑油与隔离段、活塞杆填料函区 域或气缸部分隔离，润滑油在导向轴承位置通过一个“U”形管 回到曲轴箱油池。隔离段将气体压缩部分与油润滑的曲轴箱分离。 4.7 曲轴 曲轴是往复式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

16、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。 为了润滑主轴颈和曲柄销，直至十字头销，曲轴上开设有油孔。 3.8 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。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QT4010）铸造，杆身杆身 多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道多采用工字形截面且中

17、间钻一长孔作为油道。 连杆螺栓是压缩机的重要部分之一，它承受着很大的交变 载荷几倍于活塞力的预紧力。通常连杆螺栓的断裂是由于应力 集中的部位上材料的疲劳而造成的。 4.9 十字头 十字头是连接作摇摆运动的连杆与作往复运动的活塞杆的 构件，具有导向作用。连杆力，活塞力、侧向力在此交汇。 4.10 润滑系统 活塞压缩机中，在零件相互滑动的部件，如活塞环与气缸、 填料与活塞杆、主轴承、连杆大头瓦、连接小头衬套以及十字 头滑道等处，要注入润滑剂进行润滑，以达到如下目的： u 减小摩擦功率，降低压缩机功率消耗； u 减少滑动部位的磨损，延长零件寿命； u 润滑剂有冷却作用，可导致摩擦热，使零件工作温度过

18、高，从 而保证滑动部位必要的运转间隙，防止滑动部位咬死或烧伤； u用油作润滑剂时，还有防止零件生锈的作用。 根据活塞压缩机结构的特点，润滑大致分为两种情况。 1.飞溅润滑飞溅润滑 飞溅润滑多用于小型无十字头压缩机中，其特点是：气缸与运动部件 的摩擦面，均靠装在连杆上的打油杆将油飞溅到各润滑部位进行润滑。 2.压力润滑压力润滑 在大、中型带十字头的压缩机中，均采用压力润滑。这种润滑方式 往往分为两个独立系统，即气缸填料部分的润滑、活塞环与气缸的润滑 靠注油器供油；而运动部件的润滑，则由油泵连续供油。 油泵一般采用齿轮泵或转子泵。二个齿数相同的齿轮啮合称为齿轮 泵；转子泵有一对齿数不等的内外转子作

19、啮合转动，由于存在转速差， 使内转子齿面包围的容积发生周期行扩大和缩小，实现吸油和压油作用 4.11 分离器/进出口缓冲罐 压缩机进出口缓冲罐/分离器的作用是从压缩机入口介质中去除冷凝物，防止液 体进入气缸中产生液击液击现象。 如果分离不足冷凝物会通过气体带入气缸，产生液击现象，气体中的液体会损坏 活塞、气缸和气阀。由于液击损坏进气阀，引起导向臂，阀座的损坏。 常用的分离器的结构型式分为：过滤方式 离心力 A 过滤式分离器：通过过滤元件过滤元件将液滴留在滤芯上，然后流到筒的下部。 B 离心式分离器，通过离心力离心力将重的液滴流到筒的下部，达到气液分离的目的。 5 压缩机故障原因分析 压缩机操作

20、人员的维护职责主要是按工艺规定指标严格操 作，保持各摩擦部件有良好的润滑和冷却条件。根据运转情况， 及时发现和判断故障所在，与有关人员迅速联系加以处理。 分析步骤: 1) 从整体整体看-介质;工况参数;气,水,油三大流程; 2) 从局部局部看-气阀,活塞环,填料是否有泄漏 安装问题,材料变性 压缩机产生撞击声的原因 u活塞在活塞杆上松动 u缸内进水（或液）或者进入杂物（颗粒较大的、直径大小超过余隙尺寸的） u余隙容积太小或活塞松动造成的过大 u气缸套松动或损坏 气缸体发热的原因 冷却水供应不足，冷却水管道堵塞，供水中断，活塞工作面不光滑，与气缸间 隙不均匀，排气阀不严密，导致气体循环而升温，造

21、成气缸发热。 填料函发热 填料与活塞杆配合间隙不合适，装配时产生偏差，填料函冷却水供应不足或供水 中断，冷却水道污垢太厚或者供油不足。 管路发生不正常的振动 管卡太松或断裂，支撑刚性不够，管架或吊架不牢，管路系统产生气柱共振或 管路机械共振。 过热故障 在曲轴和轴承、十字头与滑板、填料与活塞杆等摩擦处，温度超过规定的数值 称之为过热。过热所带来的后果：一个是加快磨擦副间的磨损，二是过热量的热不断 积聚直致烧毁磨擦面以及烧抱而造成机器重大的事故。造成轴承过热的原因主要有： 轴承与轴颈贴合不均匀或接触面积过小；轴承偏斜曲轴弯曲、扭；润滑油粘度太小， 油路堵塞，油泵有故障造成断油等；安装时没有找平，

22、没有找好间隙，主轴与电机轴 没有找正，两轴有倾斜等。 排气温度不正常 排气温度不正常是指其高于设计值。影响排气温度增高的因素有：进气温度、压 力比、以及压缩指数（对于空气压缩指数K1.4）。 影响到吸气温度高的因素如：中间冷却效率低，或者中冷器内水垢结多影响到换 热，则后面级的吸气温度必然要高，排气温度也会高。气阀漏气，活塞环漏气，不仅 影响到排气温度升高，而且也会使级间压力变化，只要压力比高于正常值就会使排气 温度升高。此外，水冷式机器，缺水或水量不足均会使排气温度升高。 排气阀泄漏，入口过滤器堵塞，吸入气体温度超过规定值，吸入阀泄漏，气缸或 冷却效果差。 气缸内和运动部件有异常声响 阀片断

23、裂或弹簧断裂，阀体压紧筒破裂或松动，气缸余隙容积太小，气缸中积聚 液体、气缸中异物、气缸缸套松动或断裂、活塞或活塞环严重磨损、活塞紧固螺母松 动或活塞杆断裂。连杆螺栓、轴承压盖螺栓、十字头螺母松动或断裂，主轴承、连杆 大小头轴承、十字头滑道间隙过大、十字头螺栓松动或断裂、各轴承紧力太小或无紧 力、曲轴靠背轮与轴的配合、与联轴节配合松驰。 油泵出口压力低或无压力 吸入管法兰或接头漏，吸入空气，油泵壳体或轴封有泄漏，吸入阀有故障或油管 堵塞，油箱内油位太低，油过滤器太脏有堵塞，油泵驱动机转速下降，安全阀有故障。 油温升高 油冷器供水不足，油冷却器结垢，润滑油变质。机器运转不正常，运动部件摩擦增大。

24、 压缩机排气压力低 活塞环漏气，气阀漏气 活塞环漏气，气阀漏气 气阀泄漏、活塞环严重磨损或断裂，填料漏气、卸荷阀故障、气缸余隙容积过大。 6 压缩机的使用与维护 n启动前的准备 n压缩机的启动 n压缩机运行中的监护 n常用的维护、巡检方法 6.1 启动前的准备 n操作、维修和保养压缩机必须由具有资质的人员进行。 n气体管道应清理干净。 n检查压缩机各运动与静止联结部分的紧固程度。 n检查各部位间隙是否规定范围内。 n检查仪表是否合格、安装妥当。 n检查和清洗机身油池，按规定注入清洁的润滑油到规定高度。 n检查冷却水流程是否符合要求、水路是否畅通、有无漏水现象。 n检查压缩机和电动机外部，取走工具和全部无关物品。 n盘车2-3转，运行机构应无卡住、无撞击现象。 n如果在排气管路上设有专用的放空阀、卸荷阀，则必须完全打开。 n检查压缩机的各控制与安全防护装置是否完好。 6.2压缩机的启动 u点车启动压缩机，检查旋向是否正确。 u开车后要随时注意油压表的读数是否正常。 u耳听运动部分和气缸中有无敲碰声和冲击声。若有异常声音，必须停止压缩机， 查清原因并消除。 u检查各级排气压力、各级排气温度、进排水温度、冷却水压力，润滑油压力均 在规定范围内。 u根据电流表的读数检查电动机的负荷是否在额定范围内。 u检查活