活塞式空压机

1、活塞式压缩机，日期： 2013年8月15日，海油服股行字201316号附件2 :2，活塞式压缩机的工作原理，1 .理论工作循环活塞式压缩机的结构和工作原理与往复泵很相似，但有一些差异。 首先，了解单级活塞式压缩机的理想工作周期。 (1)气缸没有馀量容积，即活塞到达上止点时，气体完全排出，气缸(2)吸排气过程中没有压力损失和压力脉动；(3)动作中没有气体泄漏；(4)气体与气缸壁没有热交换。 图4.5-1压缩机的理论工作周期，气缸内压力p为纵轴，气缸内容积v为横轴。 3、活塞式压缩机的工作原理是，活塞从上死点(活塞离曲轴中心线最大距离)移动到下死点(活塞离曲轴中心线最近的距离)时，压缩机处于进气过

2、程，进气阀K1打开，排气阀K2关闭，气缸K2关闭最大进气容积(进气是标准大气压，即每一循环的理论排出量)是汽缸工作容积vp-活塞在一个行程内扫描的容积。 P-V图中的进气过程如图4.5-1所示。 当活塞从下死点返回时，进气阀K1关闭，在气缸内气体被压缩。 压力上升到排出管的压力Pd (排出压力)时，排气阀K2打开，压缩过程结束时，缸内气体的体积被压缩到V2。 在P-V图中，压缩过程用1-2表示。 排出阀打开后，汽缸内的压力保持Pd不变，活塞到上死点为止，气体全部被挤出，排出过程结束。 在P-V图中，排气过程用2-3表示。 4、活塞式压缩机的工作原理，压缩行程线1-2是在气体和气缸壁没有热交换的

3、绝热过程中，压缩过程的冷却极为良好，如果气缸内的气体温度始终恒定，压力的上升缓慢，等温压缩线1-2”。 通常，缸壁有一定程度的冷却，气体压缩终点2的温度处于等温压缩和绝热压缩之间，1-2是一个变化的压缩过程。 P-V图上的循环路径4123包围的面积表示每一循环的消耗电力的大小，汽缸的冷却越好，压缩过程越接近等温过程，压缩机的消耗电力就越少。 5、活塞式压缩机的工作原理，2 .假设实际的工作循环实际不成立，活塞式压缩机的实际工作循环如P-V图中图4-6所示，实际的过程带来了与理论过程不同的各种因素：1) 间隙容积的影响为了防止活塞和气缸盖的碰撞或液体冲击，活塞到达上死点时，必须确保气缸盖和一定的

4、间隙(间隙)，气阀通过气缸的通路也有一定的容积。 把活塞位于上死点时汽缸内残留的总容积作为间隙容积，用Vc表示。 如果排气行程结束，活塞从上死点转动，则残留在间隙容积中的压力高的气体开始膨胀，活塞转动，气缸内的压力比吸入管的压力Ps降低到一定压力而被栽种到某个位置时(由于吸气阀有打开阻力)，气体按压吸气阀该膨胀过程在P-V图上用3- 4表示。 由于间隙容积的存在，压缩机的实际进气容积小于气缸的工作容积Vp，如图4-6的v所示，根据气体的进口状态来计算压缩机每转一周减少的排气量。 图4-6、6、活塞式压缩机的工作原理、用容积系数v测定馀量VC使压缩机流量减少的程度的v=v/VP=(VP -v)/

5、VP馀量一般低压级为0.07-0.12、中压级为0.09-0.14、高压级为0.11-0 间隙容积可以在间隙高度(活塞上死点时和气缸盖间的距离)大致测量，一般为0.4-2.5mm。 使用中，如果连杆两端的轴承过度磨损，使用较厚的气缸垫等，间隙高度会变大，容积系数v有可能降低。 检查时，根据说明书的要求，用铅压法测定间隙高度。7、活塞式压缩机的工作原理，2 )进气排气阻力的影响进气中，由于进气阀和进气通路的流动阻力，缸内压力低于吸入管的压力Ps。 吸入行程结束后，气缸内压力为p1，如果活塞的转动不在一定程度上进行，气缸内压力就不会上升到吸入压力Ps。 这相当于排出容量减少了图中的v ，吸入行程的

6、压力损失使压缩机流量减少的程度可以用压力系数p测定：p=v/v=(v-v)/v在排出行程中缸内压力也比排出管压力Pd稍高。 这样，受吸入、排气阻力的影响，压缩机每转的功耗增加(图5.2-2中用阴影部分表示)，流量减少。8、活塞式压缩机的工作原理，3 )进气预热的影响压缩机的工作时间一经过，气阀、气缸及活塞的温度就会上升，在气体吸入中被加热，容积增大，实际容积流量进一步减少，这一部分的损失就是预热损失。 预热损失虽然在演示中看不到，但压缩机容积流量减少的程度可以用温度系数t来测量。 一般来说，t=0.90-0.95随着压力比的提高而减少。 4 )泄漏的影响泄漏损失是吸入排气阀、活塞环等的密封不良

7、引起的容积流量损失，用气密系数l测定的话，t一般为0.9-0.98。 泄漏也关系到电力损失。 9、活塞式压缩机的工作原理、3 .容积流量和供气系数活塞式压缩机的理论容积流量由一级气缸工作容积、气缸数和转速决定，Vt=D2Szn/240 m2/s式的d、s、n、z是一级气缸径(m )、活塞受间隙容积、进气阻力、进气预热和泄漏的影响，压缩机的实际容积流量Vs小于理论容积流量Vt，两者之比由=Vs/Vt=vptl的通气系数表示。 在实际的管理管理工作中，为了不降低通气系数，最重要的是减少阀、活塞环等引起的泄漏损失，然后及时清洗进气过滤器，减少进气阻力损失，保持气缸的冷却良好。 必要时可按铅线来检查间

8、隙的高度是否符合设计要求。 10、活塞式压缩机的工作原理，4 .功率和效率压缩机压送气体的功率称为指示功率，用Pi表示。 可以通过将实际工作循环的每个循环所使用的指示功率乘以转速来求出指示功率。 压缩机的理论循环所需的电力称为理论电力。 理论功率比指示功率小，将其与指示功率之比称为指示效率，用i表示。 理论功率可以在等温理论循环或隔热理论循环计算，分别称为等温理论功率(PT )和隔热理论功率(PS )。 相应地求出的指示效率被称为等温指示效率(iT )和绝热指示效率(is )。 iT=PT/Pi is=PS/Pi的指示电力反映了实际气体在工作中被吸引、排气阻力及气体的摩擦、涡等流动损失引起的能

9、量损失的大小。 其中等温指示效率除了上述损失外，还反映了冷却不能达到等温压缩的能量损失，所以比隔热指示效率低。 11、活塞式压缩机的工作原理、从压缩机的曲轴得到的输入功率称为轴动力，用p表示。 空压机铭牌上记载的或说明书上记载的都是轴动力。 由于压缩机运动部件的磨损和附属设备(润滑油泵、冷却风扇等)的消耗电力，轴动力比指示电力大，将两者之比称为机械效率，m=Pi /P一般压缩机的机械效率m、微机0.82-0.90、微机0.85-0.92、大、中型由于等温利率论功率PT和绝热理论功率PS不同，因此有等温效率(用T表示)和绝热效率(S )之分。 T=PT/P=iTm S=PS/P=ism一般压缩机

10、T为0.60-0.75 (小型)、0.70-0.80 (中型)、0.80-0.85 (大型)。一般的水冷压缩机多以T为评价指标，空冷压缩机多以S为评价指标。 12、活塞式压缩机的工作原理，5 .多级压缩活塞式压缩机排出压力高时，采用多级压缩和中间冷却。 船用有空冷和水冷两种形式。 二级压缩根据气缸的配置分为并联气缸式和阶梯活塞式两种。 并联活塞式的一级气缸和二级气缸并列配置，由双曲柄轴推进的台阶活塞式在直径大的活塞上部和气缸和气缸盖之间形成低压级的工作空间，直径小的活塞下部和气缸之间的环状空间是高压级的工作空间。 外部空气通过过滤器a被吸入低压级，压缩后，通过中间冷却器e进入高压级，排出后，通

11、过后冷却器h进入气瓶。 13、活塞式压缩机的工作原理、采用多级压缩和中间冷却的优点有： (1)降低排气温度，改善润滑条件；(2)提高供气系数；(3)节约压缩耗电；(4)减轻主要部件的受力。 14、活塞式压缩机的工作原理、6 .活塞式压缩机的基本构造活塞式压缩机的构造与往复泵有很多相似之处，但由于排出的工作介质是空气，因此在构造上也有特征。 钻井平台使用的活塞式空气压缩机有一次压缩、二次压缩、三次压缩。 一次压缩、二次压缩、三次压缩分别应用于低压空气系统、中压空气系统、高压空气系统。 这里，结合CZ60/30型空压机(右图4-8 )进行说明。图4-8、15、活塞式压缩机的工作原理，曲柄轴13只有

12、一个曲柄轴，输入端安装有联轴器的飞轮，电动机通过弹性联轴器使曲柄轴旋转，铝合金铸造的活塞6为台阶式，上下两个气缸8的直径也相应地不同。 活塞顶部以上为一次工作空间，活塞转移锥面以下的环状空间为二次工作空间。 活塞的上层和下层分别有六个气环和一个油环。 第一级进气阀4和排气阀7安装在气缸盖5上，升降机3mm，安全阀10安装在第二级入口上，开放压力高0.7MPa (一般比额定排出压力约15% )的第二级进气阀9和排气阀17安装在气缸中央部的阀室上，升降机2.1 气缸8和曲轴箱之间的垫片厚度影响二次工作空间的间隙容积，气缸和气缸盖之间的垫片厚度影响一次工作空间的间隙容积，活塞在上死点与气缸盖之间的间

13、隙保持在0.5-1.0 mm。16、活塞式压缩机的工作原理、7 .压缩机结构的其他特点：气阀：气阀是压缩机中最重要的消耗品，其工作的好坏直接影响压缩机的容积流量和效率。 对阀门的要求是严格关闭，开阀及时，阻力小，结构简单，加工和安装维护容易，阀门通路形成的间隙容积小。 安全阀：为了防止空压机的排气压力超过允许值而发生机械事故，在一般空压机的各级设有使大气通过的安全阀。 空压机的安全阀必须动作灵活可靠。 国家标准规定，排气截止阀关闭后，空压机的排气压力上升到额定排气压力的110%，最终级安全阀打开后，排气压力就不会上升，等级间安全阀的跳起压力不得超过等级的额定排气压力的120%。 润滑设备：空压

14、机的润滑目的是减少相对运动部件的摩擦，夺走摩擦热的一部分，提高气缸壁与活塞环之间的气密性。 主要润滑部位是主轴承、连杆大、小端轴承以及活塞和汽缸壁之间。 润滑形式有飞溅润滑和压力润滑。 曲轴箱的油位控制在油尺的第二刻度中间。 油位过低，漏油量不足油位过高，17、活塞式压缩机工作原理，漏油量过大，耗油量大，工作消耗。 过剩的润滑油侵入气缸时，会发生结露，空气从气阀、活塞环泄漏，排气油过多时，会在空气通路中过度堆积。 冷却系统：冷却对压缩机非常重要。空压机的冷却系统主要有： (1)级间冷却3354级间冷却效果越高，降低排气温度的效果和减少功耗的效果越显着；(2)后冷不足的最后一级的排气在后冷却器中

15、流动，使最后的排气的比容积变小，气瓶的储气为了减轻气压下降的程度，使排气中的油和水蒸气凝结，容易分离(3)因为汽缸冷却压缩机的工作温度高，汽缸和盖需要冷却，所以减少压缩功，降低排气温度，防止润滑油温度变高。 过渡冷却可以降低气缸壁的温度，潮湿的空气在气缸壁上结霜，引起水击(4)润滑油冷却可以维持润滑油的良好润滑和气密作用，有助于夺取摩擦产生的热，可以延迟油的氧化变质。 液气分离器：液气分离器的作用主要是分离空压机排气中的细小油滴和空气压缩凝结而析出的水分。18、活塞式压缩机的工作原理，8 .压缩机的自动控制应满足基本要求：自动启动和停止通常由安装在气瓶上的压力继电器控制。 各空压机由压力继电器

16、控制，其接通和断开的值有一定的不同，根据说明书和生产的需要进行调节。 在自动卸载和排水启动时经常卸载电磁阀控制压缩机的空气，总是打开第一级进气阀，或打开各级冷却器的排水电磁阀，实现卸载启动，减轻启动负载的冲击。 自动保护和警报通常设有以下自动保护。 其中有显示故障的警报指示灯。 (1)电机过载保护。 实现常用热机电气设备的同时，还兼具电源缺相保护作用(2)过电流保护。 实现常用空气开关或过电流继电器(3)润滑油的低压保护。 压力润滑的压缩机在润滑油的压力低于调整值时，液压继电器停止(4)排气的高温保护。 压缩机必须在后冷却器的排出口设置温度检测装置，当超过额定温度设定值时，温度计的电气设备启动

17、，使压缩机停止。 19、活塞式压缩机的运行操作和维护，1 .启动：1)一般检查：床和机体自身的螺栓没有松动，没有干扰物的影响，仪表和装置正常，手动盘车1-2转，内部没有异常。 2 )检查曲轴箱的油位：油位必须在油位规定的范围内。 3 )供给冷却水：打开冷却水系统的各阀门，打开冷却水室的排气塞，打开到流出水流。 4 )将通向气瓶的各截止阀全开。 5 )打开低压级手动卸载阀或各级排气端卸载阀。 6 )按启动按钮启动压缩机：注意方向盘、启动电流和声音，如果电流过大或声音异常，立即停止检查。 20、活塞式压缩机的运转操作和维护，2 .运转：运转中润滑状况：润滑的好坏关系到设备能否安全正常运转。 曲轴箱

18、的油位在油尺的2刻度线之间，油杯的油位必须在1/3以下。 经常检查润滑油的质量，润滑油变白浸在水里乳化，变黑，炭块的油温变高，润滑油发生上述现象后要更换润滑油，调查其原因进行修复。 冷却状况：水冷压缩机启动前请加入冷却水。 如果发现压缩机工作中断的水，必须立即停止，自然冷却。 汽缸变热时，不要通过冷却水“避免爆炸汽缸”。 排气和等级间压力表阅读：排气压力不要超过额定。 如果在使用过程中发现排气管和冷凝水泄漏，或装置发生异常的噪音或振动，请立即停止，确定原因，进行修复。 21、活塞式压缩机的运行操作和维护，3 .维护1 )气阀的维护气阀的维护主要注意阀和座的气密性是否良好，阀的升程大小和弹簧的强弱。 阀门泄漏的征兆：阀门温度显着上升，阀盖发热，等级之间的气压高，阀盖发热，该气缸的排气温度上升，容积流量下降。2 )检查时要