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,活塞式压缩机结构原理及维护,目 录,一、结构特点 二、工作原理 三、热力性能 四、动力性能 五、主要易损零部件结构及工作原理 六、检修维护注意事项 七、常见典型故障分析及处理 八、其他相关知识简介,一、结构特点 1.总体结构和组成 主机结构部件大致分三大部分 工作腔部分 传动部分 机身部分 配辅助系统成机组 润滑、冷却、缓冲 减震、分离净化 调节、安全防护 控制 2.压缩机气缸型式 (a) 单作用 (b) 双作用 (c) 级差式 (带或不带平衡腔),3. 机构学原理和构成 （示意图） 1-曲柄；2-连杆；3-十字头；4-活塞杆；5-填料；6-工作腔； 7-活塞；8-活塞环；9-工作腔；10-气缸；11-吸气阀；12-排气阀 4. 压缩机结构型式 按气缸中心线与地面位置 a）卧式 b）立式 按压力级数 按列数,典型卧式活塞压缩机结构及工作过程动画,二、工作原理, 典型剖面图 余隙容积： 在死点位置，活塞 与气缸盖之间的间隙 、气缸至气阀的通道 、气缸与活塞之间的 间隙在第一道活塞环 前的部分（活塞杆与 气缸座孔的间隙在填 料之前的部分）之和 这些空间内在排气 终了时均残留高压气体，当活塞进入下一个进气行程前，气缸中残留的高压气体先要膨胀,级的理论循环与实际循环的区别,理论循环基本假设 气缸没有余隙容积，被压缩气体能全部排出 进排气过程无压力损失、压力波动、热交换 压缩过程和排气过程无气体泄漏 所压缩的气体为理想气体，过程指数为定值 压缩过程为等温或绝热过程 实际循环与理论循环的差别 气缸有余隙容积 进、排气通道及气阀有阻力 气体与各接触壁面间存在温差 气缸容积不可能绝对密封 阀室容积不是无限大 实际气体性质不同于理想气体 在特殊的条件下使用压缩机,实际循环压力指示图,理论循环压力指示图,循环过程：膨胀、吸气、压缩、排气,循环过程：吸气、压缩、排气,实际气体指示功,容积系数 相对余隙容积 名义压力比 m 膨胀过程指数 Z3 压缩终了压缩性系数 Z4 膨胀终了压缩性系数,VsApS，行程容积 n ，多方指数 Z，压缩性系数 s，进气相对压力损失 0，进/排气总的相对压力损失,完成一个工作循环所消耗的外功称指示功,膨胀、吸气、压缩、排气,平均活塞速度,压缩过程演示,三、热力性能,1. 排气压力和进、排气系统 压机的排气压力并非恒定，铭牌上是额定排气压力 压缩机可以在额定排气压力以内的任意压力下工作 若强度、刚度和排温允许，也可超过额定排压工作 一台已有压缩机实际排气压力取决于排气系统背压 排气背压取决于系统进出气量是否平衡 多级压缩机级间压力的变化也服从上述规律 多级压缩机各级依次建立压力，最后是系统背压,气体流动演示,2. 排气温度和压缩终了温度 1) 定义 排气温度 工作腔排气法兰接管处测得的气体温度 压缩终温 工作腔内气体完成压缩开始排气时温度 2) 关于排气温度的限制 由于种种原因，各种气体压缩机中排气温度都需加以限制，有时甚至因为排气温度的限制，压缩机不得不采用较多的级数，或采用进气冷却等措施来降低排气温度 润滑(润滑油挥发燃烧、积炭) 腐蚀(高温时介质腐蚀性加大) 爆炸(乙炔、乙烯等) 化学反应(石油裂解气聚合或分解) 密封材料限制(自润滑材料),3. 排气量和供气量 排气量也称容积流量或输气量，指在所要求排气压力下，压缩机最后一级单位时间内排出的气体容积，折算到第一级进口压力和温度时的容积值，单位m3/min 中冷器和后冷却器中分离掉的冷凝水要换算到压缩机进口的压力和温度状态计入 工艺气中间洗涤和净化除掉的部分也要换算到压缩机进口的压力和温度状态计入 实际气体根据压缩机出口高压下测得的体积进行换算时，应考虑可压缩性的影响 供气量也称标准容积流量，是指压缩机单位时间内排出的气体容积折算到标准状态时的干气体容积值，单位Nm3/min 级间如果有冷凝水析出，则被分离掉的冷凝水不计入供气量 级间如果进行抽气洗涤净化，则被洗涤掉的组分不计入供气量 级间如果被压缩介质被抽走并用于工艺流程，则这部分气体也应换算成干气体计入供气量 若中途加入其他气体并由机组出口排出，则这部分气体计入供气量 理论容积流量是单位时间内所形成的压缩机工作容积之和，即等于每转总工作容积或排量乘以转速，符号qVh，单位m3/min 排气量实际上是表征压缩机尺寸大小的一个量，而不是用户最终真正得到的气体量 供气量是用户从整个压缩机装置得到的有用干气量总和(包括最后一级和中间各级),4. 功率、效率和比功率 1) 指示功率及其影响因素 指示功率：单位排气量所消耗的指示功 减小实际循环指示功率的途径 减小实际压力比，即减小进排气损失 通过改善冷却减小压缩过程多方指数 减小进气预热的程度 减少机组的外泄漏量 2) 轴功率和机械效率 轴功=指示功摩擦功(压缩机轴端输入) 机械效率m=指示功(功率)/轴功(功率) 机械效率选取 中、大型m=0.860.92 小型压缩机m=0.850.90 微型压缩机m=0.820.90 3) 比功率 单位排气量消耗的功率称比功率，单位kW/(m3/min)，即单位体 积排气量耗功 用于比较同一类压机经济性，且必须在相同排压、进气条件、 冷水入口温度、水耗量等前提下,活塞压缩机各部分摩擦功比例,四、动力性能,1. 压缩机中的作用力 压缩机正常运转时，其中的作用力主要有三类： 气体压力造成的气体力 往复和不平衡旋转质量造成的惯性力 接触表面相对运动产生的摩擦力 各零部件重量较上述力小得多，故不予考虑 2. 综合活塞力FP气体力、往复惯性力、往复摩擦力代数和 压缩机空负荷运行时，仅是往复惯性力和往复摩擦力之和 压缩机在止点满负荷停车时，为最大气体力(习称最大活塞力) 最大活塞力并不等于综合活塞力的最大值，但相差不多，常用 于定性分析压缩机零部件强度,五、主要易损零部件结构及工作原理 气阀, 填料（密封）,活塞环、支撑环,在有油、无油润滑工况下的 填料、支撑环、活塞环,1、无油润滑工况 如图为活塞杆与环的 配合状况，正常情况 下，活塞杆表面并不 是绝对光滑的，而是 有一定粗糙度，局部 放大的话是凹凸不平 的，如图中a处。 当活塞杆在开始运动时，非金属材料的环由于磨合会不断有细小的粉末产生，填充在凹坑里，一段时间过后，这些粉末便会在活塞杆表面形成薄层，这就是我们所讲的着床镀层。因此非金属材料的环在无油润滑工况下的工作情况分成两个阶段，如图2所示。,O-A 此阶段为非金属着床、镀层形成阶段，这段时间环的磨损较快，其间会有一定量的泄漏，我们称之为磨合期； A-B 正常工作阶段。由于非金属镀层的形成，环与活塞杆之间的摩擦系数大大减小，环的磨损大大减缓。 所以，对于无油润滑工况，与非金属材料环配合的工作面的表面粗糙度是一个非常重要的参数，过于光滑并不利于非金属材料环的着床。一般地，推荐气缸表面的粗糙度为 0.3-0.6m, 活塞杆的表面粗糙度为0.2-0.6m。 2、有油润滑工况 当有油润滑时，润滑油会在密封面之间形成油膜，从而大大减小摩擦系数，有效的保护并防止非金属材料的过度磨损。,刮油环,六、检修维护注意事项,常规检修（或检修前的复查）中应重点关注的数据： 1.曲轴挠度 专用挠度表 塞尺法 曲轴刚度、强度的重要指标 2.活塞杆跳动 活塞组件共两个支点： 十字头 气缸镜面 活塞杆跳动与活塞下沉 量的比例：我公司压缩机 约为：0.01mm：0.10mm， 支撑环磨损余量： 甲醇J202：约2mm 3.活塞与气缸间隙变化 与活塞杆跳动一起辅助验证 支撑环磨损情况,七、常见典型故障分析及处理,排气温度高 1、 介质改变：由于压缩介质组分的变化造成排气温度升高是很普遍的，例如氢气压缩机氮气试车，CNG压缩机空气试车，等等。 2、 进口温度升高：环境温度升高，夏天时的进口温度相对较高。冷却器冷却效率低(对于水冷方式，可通过检查进出口冷却水的温差来诊断，温差过大或过小都不正常)：冷却水量过小。冷却水管道因水垢造成局部堵塞。冷却水管道重新布置，有不合理的地方存在。旁通阀没有完全关闭吸气阀泄漏 3、 吸气压力低，使压缩机压比增加导致排气温度升高：吸气管线上阻力过大(可检查管线附件,阀等)。压缩机排量增加(可通过气量调节减小压缩机的排量)。气体在前一级冷却器里冷却过度，使本级吸气量增加。（可调节冷却水流量）吸气管线泄漏(可检查管道连接件)气源或前一级供气量减少(可检查气源) 4、 排气压力升高，压缩机压比增加导致排气温度升高：下一级吸气量或下游用气量减小。下一级进气阀泄漏(检查更换)。前级冷却器冷却不足造成进口温度升高。（增加冷却水流量,清理水管）。排气管线中阻力过大。(可检查管线及阀等)排气阀设计有问题，气阀阻力增加。 5、 排气阀泄漏 6、 活塞环磨损导致活塞和气缸缸套间间隙增大,排气压力上不去 1.最终排气压力上不去 气体管线上是否有泄漏，是否有阀门没关闭？如放空阀、旁通阀、气液分离器的疏水阀、并联压缩机之间的止回阀等。 压缩机下游用气量增加 压缩机上游供气量不足 压缩机入口前过滤器堵塞 2. 级间排气压力上不去 压缩机级间管线上是否有泄漏 检查本级带卸荷器的进气阀，确认卸荷器及执行机构工作是否正常？ （包括尺寸检查、动作的灵活性检查、驱动力的检查等） 本级进/排气阀是否有泄漏 级间冷却器是否过度冷却 后一级进气阀效率是否增加 后一级气缸余隙是否减小？ 本级活塞环是否有泄漏 本级填料是否有泄漏 压缩机级间管线上是否有阀门没有完全打开造成本级进气压力低 压缩机级间冷却器压力损失太多造成本级进气压力低？,排气量不足 1. 压缩机工况参数有变化 2. 由于压缩机吸气温度过高导致吸气量不足 3. 压缩机上游有供气量不足（可以通过查看入口压力是否降低等手段来判断） 4. 压缩机转速有变化 5. 介质组分有变化 6. 压缩机气体管线上有阀门打开，如放空阀、旁通阀、气液分离器 的疏水阀、并联压缩机之间的止回阀等。 7. 压缩机入口管线和出口管线上有阀门开度变小 8. 压缩机入口前过滤器有堵塞 9. 如果压缩机存在级间抽气，检查是否存在抽气量增大的情况？ 10.如果进气阀带卸荷器，检查卸荷器及执行机构工作是否正常？（包括尺寸检查、动作的灵活性检查、驱动力的检查等） 11. 气阀有泄漏 14. 气缸余隙增大 15.如果是新改造的气阀首次安装，查看气阀设计是否阀损增大？ 16.如果是新改造的气阀首次安装，查看气阀设计是否余隙增大？ 17. 级间冷却器对气体过度冷却造成凝析液增加,八、其他相关知识简介 1.气量调节方式 变转速 回路调节 余隙调节 顶开进气阀 改变行程 综合调节 2.润滑方式 气 缸： 有油润滑（注油器）无油润滑 传动机构： 飞溅润滑 压力润滑 3.冷却方式 风冷 水冷 4.管路 管道布置尽可能短，管道截面和走向的变化要尽量平缓