船用空压机安装与调试课件

1、项目二 船用空压机安装与调试任务 船用空压机安装与调试返回第1页，共31页。任务 船用空压机安装与调试一、空压机的分类按工作原理来分,空压机类型有活塞式、离心式和回转式。活塞式空压机虽供气时气流压力脉动大,但因其效率较高,仍在船舶上得到较广的应用。按额定排气压力分为低压式(0.21.0MPa)、中压式(110MPa)、高压式(10100MPa)。按排气量可分为微型(小于1m3/min)、小型(110m3/min)、中型(10100m3/min)、大型(大于100m3/min)。大、中型柴油机船一般设有23台微型或小型中压、水冷双级活塞式空压机,最近有些船舶采用风冷三级活塞式空压机。下一页返回第

2、2页，共31页。任务 船用空压机安装与调试主空气瓶最大工作压力多为3MPa左右(柴油机启动空气压力一般不应低于1.5MPa),而其他需要较低压力的空气的场所则由主气瓶经减压阀供气。此外,通常还设有一台柴油机驱动的微型应急空压机。二、空压机的理想工作循环活塞式空压机利用活塞在气缸内往复运动,周期性地改变气缸的工作容积,以完成对空气的吸入、压缩和排出。图2-1为活塞式空压机的理论工作循环,理论工作循环假设:气缸没有余隙容积,且密封良好,气阀启闭及时;吸、排气过程没有压力损失;气缸与缸壁无热交换;被压缩气体是理想气体。如图2-1所示,当活塞在气缸中从左止点向右止点运动时,活塞左侧的气缸容积增大,压力

3、为p1的空气压开吸气阀等压进入气缸,直至右止点为止。这是等压吸气过程,以直线4-1表示。上一页下一页返回第3页，共31页。任务 船用空压机安装与调试活塞从右向左移动,吸气阀关闭,活塞左边容积减小,压力升高,直至2点,压力为p2,这是绝热压缩过程,用曲线1-2表示。如果压缩过程冷却良好,缸内气体温度不变,用等温压缩线1-2义表示。通常缸壁有一定的冷却,实际压缩过程介于等温压缩与绝热压缩之间,称为多变过程,用1-2表示。活塞由2点继续左移,排气阀开启,缸内空气等压排出,直至左死点为止。这是等压排气过程,以直线2-3表示。即理想循环由等压吸气、绝热压缩、等压排气三个过程组成。根据热力学知识,p-V图

4、上循环过程线4-1-2-3-4所包围的面积代表空压机的一个理想工作循环所消耗的压缩功。三、空压机的实际工作循环在实际工作循环中,上述四点假设不成立,它存在着以下损失:上一页下一页返回第4页，共31页。任务 船用空压机安装与调试1.余隙容积损失实际压缩机考虑到零件的热膨胀和液击现象,在活塞到达上止点时,活塞顶与气缸盖之间应保留一定的间隙。同时,在结构上还有与气缸相沟通的阀门通道等。这样,在排气过程中,缸内气体就不可能全部排出,这部分残留气体所占据的容积,称为余隙容积,以Vc表示。由图可见,当存在余隙容积Vc时,活塞在排气后从上止点向下止点返回时,残存在余隙容积内的气体发生如曲线3-4所示的膨胀。

5、只有当气缸内压力达到进气管压力时,才有可能开始吸气,即在吸气过程中,由于余隙容积的存在,吸气量实际为V。余隙容积与气缸工作容积之比称为相对余隙容积。实际过程的吸气容积V和理想过程时的吸气容积VP之比称为压缩机的容积系数,用c表示。上一页下一页返回第5页，共31页。任务 船用空压机安装与调试在实际使用中,可用压铅丝法检查余隙的大小,并进行适当调整。2.吸、排气压力损失及其影响由于吸气阀和吸气通道的流动阻力以及阀片上的弹簧力,在吸气过程中,气缸内压力要比吸入管的压力低。活塞须经过一段预压缩后,才能使气缸内的气体压力上升到吸入管的压力,即由于进气阀的阻力损失,吸气量减少了V义。其影响程度可用阻力系数

6、p表示:在排气过程中,由于排气阀的阻力损失,气缸内的压力要高于排气管压力pd,使排气终了时余隙中剩余气体量增加。实际工作循环由于吸、排气压力损失,压缩机耗功增加,增大部分为图2-2中斜阴影部分的面积。上一页下一页返回第6页，共31页。任务 船用空压机安装与调试3.气体和气缸的热交换及其影响在实际工作中,气体在压缩和膨胀时,与气缸壁发生复杂的热交换,在排气结束时,气缸、活塞的温度都升高。在吸气过程中,气体和气缸等发生热交换,气体被加热,使得吸入终了时气体的温度高于吸气管中的温度,比容增大,实际吸气量减少。这部分损失叫预热损失,其影响程度可用温度系数t表示。式中,Ts为吸气管中气体的绝对温度;T义

7、为吸气终了时气缸内气体的绝对温度;一般姿t=0.900.95。上一页下一页返回第7页，共31页。任务 船用空压机安装与调试4.泄漏及其影响由于吸、排气阀关闭不严,活塞密封环密封不严,压缩过程中存在泄漏,使压缩机的排气量减少,泄漏对排气量的影响用气密系数姿l来表,姿l=0.900.98。由于上述四因素影响,压缩机实际输气量Q比理论输气量QT要小,两者的比值用输气系数来表示:上述因素中,影响最大的是余隙容积,其次是气缸热交换,在其他条件不变的情况下,姿主要取决于压缩机的压缩比着=pd/ps,着越大,姿越小,一般姿=0.8左右。上一页下一页返回第8页，共31页。任务 船用空压机安装与调试四、空压机的

8、热力性能参数1.排气压力空压机排气压力由排气管处压力表测出。空压机铭牌上标出的排压是额定排气压力,空压机宜在此值下运行。实际运行中,空压机向储气瓶充气,每个工作循环排压是不一样的,其大小由储气瓶背压决定,并随背压的提高,排气、吸气过程逐渐缩短,压缩、膨胀过程逐渐延长。2.输气量空压机理论输气量如下式:上一页下一页返回第9页，共31页。任务 船用空压机安装与调试实际输气量可用将末级排出空气容积换算成第一级进口状态的空气容积值求出。式中,T1、T2为第一级进口处和末级排出空气热力学温度,K;p1、p2为第一级进口处和末级排出的空气压力,Pa;V2为末级排出空气容积,m3/min;3.排气温度排气温

9、度是指空压机各级排气管处或排气阀室内测得的温度。4.功率和效率空压机用于压缩空气的耗功,被称为指示功。上一页下一页返回第10页，共31页。任务 船用空压机安装与调试用于克服摩擦的耗功,被称为摩擦功。两者之和为轴功。与此相应,空压机有指示效率Pi(可以用示功器在运转的压缩机上测出示功图来计算)、摩擦损失功率和轴功率,空压机铭牌上标注的或说明书上给出的是轴功率。空压机效率有热效率和机械效率两类。五、多级压缩与中间冷却船用空压机的排出压力较高,一般在2.53.0MPa,采用单级压缩,普通压缩机根本无法达到2530的压缩比,必须采用多级压缩才能完成。采用两级压缩后,每一级的压缩比将不大于6。为提高空压

10、机的经济性和输气量,通常都在级间采用中间冷却。图2-3所示为二级空压机的流程示意图。图2-4为单级压缩和二级压缩在p-V图上的理论工作循环。采用多级压缩与中间冷却的好处有:上一页下一页返回第11页，共31页。任务 船用空压机安装与调试(1)降低排温,改善润滑条件空压机终端排压较高,如采用一步到位的单级压缩,随着排压升高,排温必然升高,润滑油闪点为215240,排温在180210,润滑条件恶化,油变质,结焦裂化,加剧气缸磨损,气阀发生故障,甚至会引起爆炸。一般规定固定式压缩机排气温度不超过160,移动式压缩机不超过180,而采用多级压缩,可使每级压缩比不超过67,二级压缩间的冷却会降低次级的吸温

11、,从而改善气缸的润滑条件。(2)提高输气系数由于余隙容积的存在,一级压缩排压越高,吸气量越少,而采用多级压缩,每级压缩比降低,减小了余隙容积的影响,故可提高输气系数。上一页下一页返回第12页，共31页。任务 船用空压机安装与调试(3)减小功耗中间冷却使实际压缩过程更有效地接近等温过程,可减小功耗,提高效率。(4)减小活塞上的作用力采用多级压缩,只有尺寸较小的高压级活塞承受高压,这就减小了有关机件的质量和尺寸。理论分析证明:空压机多级压缩时,各级压缩比按均匀分配原则,压缩机总耗功最省。但在实际中,各级压缩比往往是逐级略降的,这是因为后级比前级冷却差些,后级进气温度比前级的高;后级的压缩过程排压大

12、,温度高,更偏离等温过程,若采用同样压缩比,耗功会较大;高压缸的相对余隙容积要大一些,采用与前级同样的压缩比,其容积损失也会较大。上一页下一页返回第13页，共31页。任务 船用空压机安装与调试六、典型结构和主要部件活塞式空压机的结构类似于活塞式制冷压缩机和往复泵,但由于工作介质不同,结构上区别较大。图2-5为CZ60/30型船用空气压缩机结构图,该空压机属立式、水冷、二级空气压缩机。空压机排气量60m3/h,转速750r/min。低压级额定排气压力为0.6MPa,高压级额定排气压力为3MPa。电动机通过弹性联轴器带动曲轴旋转,再经连杆活塞销带动活塞在气缸内上下往复运动。空气经滤清器、低压级吸气

13、阀被吸入低压级气缸;经活塞压缩后,从位于气缸头的低压级排出的空气经中间冷却器冷却后,通过高压级气缸进行二级压缩,经压缩后从高压级排气阀排出,排出空气再经冷却及气液分离后排向空气瓶。在整个压缩过程中,空气的压力逐级升高,温度也逐级上升。上一页下一页返回第14页，共31页。第15页，共31页。任务 船用空压机安装与调试1.气阀低压级的吸气阀2和排气阀5垂直装在气缸盖3上;高压级的吸气阀7和排气阀15则垂直于气缸,安装在气缸中部的阀室内。气阀阀片的升程对压缩机的经济寿命有重要的影响,合理地增加升程,可以降低阀隙气流速度,减小阀的阻力损失;但升程增大,阀片对升程限制器和阀座的撞击速度将随之增大,阀弹簧

14、的变形量和变形速度也将增大,这会导致气阀寿命减少,而且会加重气阀关闭滞后,严重时甚至使压缩机不能正常工作。因此,气阀的升程都在设计时根据经验和试验资料选定,由升程限制器来限定,说明书规定的升程不宜随便改变。气阀的升降多为24mm,转速高及工作压力大的则升程较小,由于压力不同,空气通过低压级的体积流量大于高压级。上一页下一页返回第16页，共31页。任务 船用空压机安装与调试气阀是压缩机重要而易损坏的部件,其密封性能将直接影响到压缩机的排气量以及经济性和可靠性,气阀的工作寿命,是决定压缩机检修周期的主要因素,气阀泄漏后会造成:排气温度上升。排气量下降。缸套温度异常升高。相对而言,排气阀泄漏比吸气阀

15、泄漏造成的影响大,而高压级气阀泄漏要比低压级气阀泄漏影响大。检修气阀时应注意:吸、排气阀阀片和弹簧不能换错。检查阀片升程是否符合要求,阀片是否有卡阻现象。上一页下一页返回第17页，共31页。任务 船用空压机安装与调试检修组装后的气阀要用煤油试漏,允许有滴状渗漏,每分钟滴漏量少于20滴为合适。气阀安装前,紫铜垫圈要进行退火处理。对气阀的要求:结构上要求加工工艺简单方便;性能上要求关闭严密、阻力小、启闭及时等。要求阀片与阀座和升程限制器的撞击速度不要太大,以保证有较长的工作寿命(至少在4000h以上),要求尽可能减小气阀通道形成的余隙容积。船用空压机所用气阀主要有环片阀和碟形阀(如图2-6和图2-

16、7所示)。环片阀结构简单,制造容易,流通面积大,且便顶开吸气阀卸载,缺点是阀片运动导向摩擦大,用于转速小于1500r/min的场合。碟形阀对气流方向有所改善,阻力系数较小,密封好,用于转速不太高的小型空压机高压级。转速较高的空压机可用条片阀、舌簧阀。上一页下一页返回第18页，共31页。任务 船用空压机安装与调试2.安全阀级差式空压机低压级和高压级均设有安全阀,低压级安全阀和高压级安全阀分别安装在高压级的吸、排阀室处。一般低压级安全阀的开启压力比额定排压高15%,高压级安全阀的开启压力比额定排压高10%。安全阀是空压机的自动安全保护装置,当压力超过给定值时,安全阀自动开启放出气体,而当压力下降到

17、一定值后,安全阀再自行关闭。安全阀应动作稳定,工作可靠,关闭密封性好,开启时的空气泄放量应等于或稍大于压缩机的排气量。3.气液分离器各级气缸在排气时都会夹带细小的油滴,而且排气中水蒸气的分压力也较高,冷却后会析出凝水。上一页下一页返回第19页，共31页。第20页，共31页。任务 船用空压机安装与调试第一级冷却后这些油和水可以部分分离出来,积级间冷却器和高压缸进气口之间的空气管路里,通常有泄放阀可予以泄放,在冷却器后常设气液分离器,以提高充入气缸的压缩空气的品质。气液分离器按工作原理分为惯性式、过滤式、吸附式三种,其工作原理是利用液滴和气体的密度不同,多次改变气流的流动方向,使液滴撞击并吸附在芯

18、子的壁上,聚集而流到壳体的下部空间。为避免停车时气流返回压缩机,分离器出口有止回球阀,分离器下部的泄放阀用来排放分离出来的油和水。上一页下一页返回第21页，共31页。任务 船用空压机安装与调试4.润滑和冷却空压机的润滑方式有飞溅润滑和压力润滑两种。船用小型空压机多采用飞溅式润滑,空压机运转时,连杆大端轴承盖上的击油勺击溅曲轴箱中的滑油,飞溅的油滴可润滑主轴承、连杆小端轴承和气缸下部工作面,同时,一部分油沿油勺正面的小孔和连杆大端的导油孔润滑连杆大端轴承。气缸上部靠低压级空气吸入管上的油杯每分钟滴入46滴油或通过连接管从曲轴箱中吸入部分油雾来润滑,曲轴箱门盖上装有测油位的油尺,并可由此加滑油,曲轴箱中的油位应适中,油位过低会造成润滑不良,油位过高会使飞溅量过大,不仅使耗功增加,滑油容易变质,而且过多的滑油进入气缸会影响空气品质,使气阀结焦、活塞环失灵。冷却对空压机是十分重要的,冷却方式有水冷式和风冷式两种,船用空压机多采用水冷,大多不自带水泵,所需冷却水来自机舱海水系统,有中央冷却系统的船舶可采用淡水循环冷却。上一页下