活塞式空壓機

1、海油服股行字201316號附件2：活塞式空壓機的運行操作與維護(hù)保養(yǎng)活塞式空壓機的工作原理活塞式空壓機常見故障及解決方法活塞式空壓機的工作原理21. 理論工作循環(huán) 活塞式壓縮機的結(jié)構(gòu)和工作原理與往復(fù)泵頗為相似，但也有某些差別。首先了解單級活塞式壓縮機的理想工作循環(huán)。假定：（1）氣缸沒有余隙容積，即活塞到達(dá)上死點時氣體完全被排出氣缸；（2）吸、排氣過程沒有壓力損失和壓力脈動；（3）工作過程沒有氣體泄漏；（4）氣體與缸壁無熱量交換。如圖4.5-1壓縮機理論工作循環(huán)，氣缸內(nèi)壓力P為縱坐標(biāo)，氣缸內(nèi)容積V橫坐標(biāo)。活塞式空壓機的工作原理3 當(dāng)活塞從上死點（活塞離開曲軸中心線的最大距離）向下死點（活塞離開曲軸

2、中心線的最近距離）移動時，壓縮機處于吸氣過程，吸氣閥K1打開，排氣閥K2關(guān)閉，根據(jù)假設(shè)氣缸內(nèi)壓力始終與吸氣管中壓力Ps（吸入壓力）相等。最大吸氣容積（進(jìn)氣為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即是每循環(huán)的理論排量）就是氣缸工作容積Vp-活塞在一個行程中所掃過的容積。在P-V圖中吸氣過程如圖4.5-1所示。當(dāng)活塞從下死點回行時，吸氣閥K1關(guān)閉，氣體在氣缸內(nèi)被壓縮。當(dāng)壓力升高到排出管中壓力Pd（排出壓力）時，排氣閥K2打開，壓縮過程結(jié)束，這時缸內(nèi)氣體體積被壓縮至V2。在P-V圖上，壓縮過程由1-2表示。排出閥開啟后，缸內(nèi)壓力保持Pd不變，直到活塞行至上死點，氣體全部被擠出，排氣過程結(jié)束。在P-V圖上，排氣過程由2-3表示

3、。活塞式空壓機的工作原理4 壓縮過程線1-2是按氣體與缸壁不存在任何熱交換的絕熱過程，如果壓縮過程冷卻極其良好，缸內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則壓力的升高要平緩很多，等溫壓縮線1-2”表示。通常缸壁有一定程度的冷卻，氣體壓縮終點2的溫度介于等溫壓縮和絕熱壓縮之間，1-2是多變壓縮過程。 P-V圖上循環(huán)過程線4123所包圍的面積，代表每一循環(huán)耗功的大小，說明氣缸冷卻越好，壓縮過程越接近等溫過程，壓縮機耗功越少?；钊娇諌簷C的工作原理52. 實際工作循環(huán)其實前面的四點假設(shè)是不成立的，活塞式壓縮機的實際工作循環(huán)在P-V圖上如圖46所示，造成實際過程不同于理論過程的各種因素如下：1）余隙容積的影響為了防止

4、活塞與缸蓋發(fā)生碰撞或發(fā)生液擊，活塞到達(dá)上死點時必須與缸蓋保留一定的間隙（余隙），氣閥通氣缸的通道也有一定的容積?；钊谏纤傈c時缸內(nèi)留有的全部容積為余隙容積，用Vc表示。 當(dāng)排氣行程結(jié)束，活塞從上死點回行時，殘存在余隙容積中的壓力較高的氣體開始膨脹，只有當(dāng)活塞回行至某一位置，缸內(nèi)壓力降至低于吸入管中的壓力Ps一定壓力植時（因為吸氣閥開啟有阻力），氣體才頂開吸氣閥進(jìn)入氣缸內(nèi)。這一膨脹過程在P-V圖上由3-4表示。由于余隙容積的存在，壓縮機的實際吸氣容積比氣缸工作容積Vp小，壓縮機每轉(zhuǎn)減少的排氣量是按氣體進(jìn)口狀態(tài)計算的，如圖46中的V表示。圖圖46活塞式空壓機的工作原理6余隙容積VC使壓縮機流量減少

5、的程度用容積系數(shù)v來衡量； v=V/ Vp=（Vp-V）/ Vp余隙容積一般低壓級為0.070.12，中壓級為0.090.14，高壓級為0.110.16，容積系數(shù)v0.650.9。余隙容積大致可用余隙高度（活塞上止點時與缸蓋間的距離）來衡量，一般為0.42.5mm。在使用中，如果連桿兩端軸承過度磨損，使用了較厚的缸蓋墊片等，余隙高度有可能增大而使容積系數(shù)v降低。檢修時要按照說明書要求用壓鉛法測量余隙高度?；钊娇諌簷C的工作原理72）進(jìn)、排氣阻力的影響在吸氣過程中，由于吸氣閥和吸氣通道的流動阻力，缸內(nèi)壓力要比吸入管中的壓力Ps低。在吸入行程結(jié)束時，缸內(nèi)壓力是P1，活塞回行必須走過一段行程后，缸內(nèi)

6、壓力才能升高到吸入壓力Ps，這相當(dāng)于每轉(zhuǎn)排量又減少了圖中所示V部分，吸氣過程的壓力損失使壓縮機流量減少的程度可用壓力系數(shù)p來衡量：p =V/ V=（V-V）/ V在排氣行程中，缸內(nèi)壓力也要比排出管壓力Pd略高。這樣由于吸、排氣阻力的影響，壓縮機每轉(zhuǎn)消耗功將增加（如圖.2-2中陰影部分所示）而流量則減少?；钊娇諌簷C的工作原理83）吸氣預(yù)熱的影響壓縮機工作一段時間后氣閥、缸體及活塞溫度升高，氣體吸入過程中被加熱，比容增大，使實際容積流量進(jìn)一步減少，這部分損失是預(yù)熱損失。預(yù)熱損失在示功圖上看不出來，它使壓縮機容積流量減少的程度可用溫度系數(shù)t來衡量。一般t0.900.95，隨壓力比的增高而減小。4）

7、泄漏的影響 泄漏損失是因吸入排氣閥、活塞環(huán)等密封不嚴(yán)而造成的容積流量損失，它可用氣密系數(shù)l來衡量，t一般為0.90.98。泄漏也會造成功率損失?；钊娇諌簷C的工作原理93. 容積流量和輸氣系數(shù) 活塞式空壓機的理論容積流量是由第一級的氣缸工作容積、缸數(shù)和轉(zhuǎn)速決定的，即：Vt=D2Szn/240 m2/s式中；D、S、n、z為第一級氣缸直徑（m）、活塞行程（m）、轉(zhuǎn)速(r/min)、缸數(shù)。 由于余隙容積、吸氣阻力、吸氣預(yù)熱和泄漏的影響，壓縮機實際容積流量Vs比理論容積流量Vt要小，兩者的比值用輸氣系數(shù)來表示，即：Vs/Vtvptl輸氣系數(shù)一般在0.650.80范圍內(nèi)。 在實際管理管理工作中，為維護(hù)

8、輸氣系數(shù)不致降低，最重要的是減少氣閥、活塞環(huán)等引起的漏泄損失；其次是及時清洗吸氣濾器，減少吸氣阻力損失；此外要保持氣缸冷卻良好。必要時可以壓鉛絲檢查余隙高度是否合乎設(shè)計要求?；钊娇諌簷C的工作原理104. 功率和效率 壓縮機用于壓送氣體的功率稱為指示功率，用Pi表示。實際工作循環(huán)的每一循環(huán)所用的指示功，乘以轉(zhuǎn)速即可求出指示功率。 按壓縮機理論循環(huán)計算所需功率稱為理論功率。理論功率小于指示功率，它與指示功率之比稱為指示效率，用i表示。理論功率可以按等溫理論循環(huán)或絕熱理論循環(huán)計算，分別稱為等溫理論功率（PT）和絕熱理論功率(PS)。相應(yīng)求出的指示效率稱為等溫指示效率(iT)和絕熱指示效率(is)。

9、iT = PT/Pi is= PS / Pi指示功率反映了實際氣體在工作過程中由于吸、排氣阻力及氣體的摩擦、旋渦等流動損失造成的能量損失的大小.其中等溫指示效率除反映上述損失外，還反映冷卻達(dá)不到等溫壓縮的能量損失，故比絕熱指示效率更低?；钊娇諌簷C的工作原理11 壓縮機曲軸所得到的輸入功率稱為軸功率，用P表示?？諌簷C銘牌上標(biāo)注的或說明書給出的都是軸功率。由于壓縮機運動部件磨損及附屬設(shè)備（潤滑油泵、冷卻風(fēng)機等）要消耗功率，軸功率大于指示功率，二者之比稱為機械效率，用m表示，即；mPi /P 一般壓縮機的機械效率m，微型機0.820.90、小型機0.850.92、大、中型機0.900.96 壓縮機

10、總效率為理論功率與軸功率之比。由于等溫利率論功率PT和絕熱理論功率PS不同，有等溫效率（用T表示）和絕熱效率（S）之分。T =PT/P=iTm S=PS/P=ism 一般壓縮機T為0.600.75（小型）、0.700.80（中型）、0.800.85（大型）。 一般水冷空壓機常以T為評價指標(biāo)，風(fēng)冷空壓機常以S為評價指標(biāo)。活塞式空壓機的工作原理125. 多級壓縮活塞式空壓機排出壓力較高時都采用多級壓縮和中間冷卻。船用有風(fēng)冷和水冷兩種形 式。兩級壓縮按氣缸布置分并列氣缸式與級差活塞式兩類。并列活塞式的一級缸與二級缸并列布置，由雙拐曲軸帶動；級差活塞式由直徑較大的活塞上部與氣缸和缸蓋間形成低壓級工作空

11、間；直徑較小的活塞下部與氣缸之間的環(huán)形空間為高壓級工作空間。外界空氣經(jīng)濾器A由低壓級吸入，壓縮后經(jīng)中間冷卻器E進(jìn)入高壓級，排出后通過后冷器H進(jìn)入氣瓶。活塞式空壓機的工作原理13采用多級壓縮與中間冷卻的好處是：（1）降低排氣溫度，改善潤滑條件；（2）提高輸氣系數(shù)；（3）節(jié)省壓縮耗功；（4）減輕主要部件的受力?；钊娇諌簷C的工作原理146. 活塞式空壓機的基本結(jié)構(gòu) 活塞式空壓機的結(jié)構(gòu)與往復(fù)泵有許多相似的地方，但由于排送的工作介質(zhì)是空氣，因而結(jié)構(gòu)上也有其特點。鉆井平臺使用的活塞式空氣壓縮機有一級壓縮、二級壓縮和三級壓縮。一級壓縮、二級壓縮和三級壓縮分別應(yīng)用在低壓空氣系統(tǒng)、中壓空氣系統(tǒng)和高壓空氣系統(tǒng)中

12、?，F(xiàn)結(jié)合CZ60/30型空壓機（右圖4-8）予以說明。圖4-8活塞式空壓機的工作原理15 曲軸13只有一個曲軸，輸入端裝有聯(lián)軸器的飛輪，電動機通過彈性聯(lián)軸器帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，鋁合金鑄造的活塞6為級差式，上下兩段直徑不同（上大下?。粴飧?直徑相應(yīng)也不相同?；钊敳恳陨蠟橐患壒ぷ骺臻g，活塞過渡錐面以下的環(huán)形空間為二級工作空間?；钊隙魏拖露畏謩e有6道氣環(huán)和1道油環(huán)。一級吸氣閥4和排氣閥7安裝在氣缸蓋5上，升程為3mm，安全閥10安裝在第二級入口處，開啟壓力0.7MPa，（一般比額定排壓約高15%）；二級的吸氣閥9和排氣閥17裝在氣缸中部的閥室內(nèi)，升程2.1mm，安全閥16裝在排氣閥室出口處，開啟壓力

13、3.3 MPa（一般比額定排壓約高10%）。氣缸8與曲軸箱之間的墊片厚度影響二級工作空間的余隙容積，氣缸與氣缸蓋間的墊片厚度影響第一級工作空間的余隙容積，活塞在上死點時與氣缸蓋間隙應(yīng)保持在0.5-1.0 mm?；钊娇諌簷C的工作原理167. 空壓機結(jié)構(gòu)的其他特點：氣閥：氣閥使壓縮機中最重要的易損件，其工作好壞直接影響壓縮機的容積流量和效率。對氣閥的要求是：關(guān)閉嚴(yán)密、啟閥及時、阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工及安裝維修方便，對氣閥通道形成的余隙容積要小。安全閥：為防止空壓機排氣壓力超過允許值發(fā)生機械事故，一般空壓機各級均設(shè)通大氣的安全閥?？諌簷C的安全閥應(yīng)動作靈活、可靠。國標(biāo)規(guī)定，當(dāng)排氣截止閥關(guān)閉后，空

14、壓機的排氣壓力升至額定排氣壓力的110時，最后級安全閥開啟則排氣壓力不再上升；級間安全閥的跳起壓力不應(yīng)超過該級額定排氣壓力的120。潤滑設(shè)備：空壓機的潤滑目的在于減小相對運動部件的摩擦，帶走部分摩擦熱量，增加氣缸壁和活塞環(huán)間的氣密性。主要潤滑部位包括：主軸承、連桿大、小端軸承及活塞與氣缸壁之間。潤滑形式有飛濺潤滑和壓力潤滑。曲軸箱油位控制在油尺兩刻度中間。油位過低，濺油量不足；油位過高，活塞式空壓機的工作原理17則濺油量過大，耗油、耗功。過多的潤滑油竄入氣缸會產(chǎn)生結(jié)炭，使氣閥、活塞環(huán)漏氣，排氣攜油過多還會使氣道中積炭過多。冷卻系統(tǒng)：冷卻對空壓機十分重要。空壓機的冷卻系統(tǒng)主要包括：（1）級間冷卻

15、級間冷卻效果越好，降低排氣溫度和減少功耗的效果越顯著；（2）后冷缺最后一級排氣流經(jīng)后冷卻器是為了減小最后排氣的比容，提高氣瓶儲氣量，減輕氣壓降低程度，并使排氣中的油和水蒸汽冷凝而便于分離；（3）氣缸冷卻空壓機工作溫度較高，氣缸和缸蓋都需要冷卻，以利于減少壓縮功，降低排氣溫度及避免潤滑油溫度過高。過渡冷卻會使缸壁溫度過低，濕空氣會在缸壁結(jié)霜，還可能造成水擊；（4）潤滑油冷卻使?jié)櫥捅３至己玫牡臐櫥蜌饷茏饔?，還有助于帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，并能減緩油氧化變質(zhì)的速度。液氣分離器：液氣分離器的作用主要是分離出空壓機排氣中細(xì)小的油滴和空氣被壓縮冷凝后析出的水分?；钊娇諌簷C的工作原理188. 空壓機自動控

16、制應(yīng)滿足一下基本要求：自動啟動和停機通常由安裝在氣瓶上的壓力繼電器控制。每臺空壓機各由一個壓力繼電器控制，其接通和切斷值都相差一定值，根據(jù)說明書和生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。自動卸荷和泄放啟動時常用卸載電磁閥控制壓縮機空氣使第一級吸氣閥常開，或?qū)⒏骷壚鋮s器的泄放電磁閥打開，實現(xiàn)卸載啟動，減輕啟動負(fù)荷的沖擊。自動保護(hù)和報警通常設(shè)有下列自動保護(hù)，其中有的有顯示故障的報警指示燈：（1）電機過載保護(hù)。常用熱機電器實現(xiàn)，同時還兼有電源缺相保護(hù)作用；（2）過電流保護(hù)。常用空氣開關(guān)或過電流繼電器實現(xiàn)；（3）潤滑油低壓保護(hù)。壓力潤滑的壓風(fēng)機當(dāng)潤滑油壓力低于調(diào)定值時，油壓繼電器即斷電停機；（4）排氣高溫保護(hù)?？諌簷C在后冷

17、器排出口必須安裝溫度檢測裝置，超過額定溫度設(shè)定值時，溫度計電器動作使壓縮機停機?；钊娇諌簷C的運行操作與維護(hù)保養(yǎng)191.啟動：1)一般性檢查：底座及機體本身螺栓應(yīng)無松動，無妨礙物影響運轉(zhuǎn)，儀表和裝置正常，手動盤車12圈，證實內(nèi)部無異常。2)檢查曲軸箱油位：油位應(yīng)保持在油尺規(guī)定的范圍內(nèi)。3)供給冷卻水：打開冷卻水系統(tǒng)各閥門，并打開冷卻水腔放氣旋塞，直至有整股水流出。4)全開通往氣瓶的各個截止閥。5）打開低壓級手動卸載閥或各級排氣端泄放閥。6）按動啟動按鈕啟動壓縮機：注意轉(zhuǎn)向、啟動電流與聲音，如電流過大或聲音異常，立即停機檢查?；钊娇諌簷C的運行操作與維護(hù)保養(yǎng)202運行：運行中應(yīng)注意檢查一下幾個方

18、面：潤滑情況：潤滑的好壞關(guān)系到設(shè)備能否安全正常運行。曲軸箱油位應(yīng)在油尺兩刻度線之間，油杯潤滑油位不應(yīng)低于1/3。經(jīng)常檢查潤滑油的質(zhì)量，潤滑油變白進(jìn)水乳化，變黑或有炭塊油溫太高，潤滑油出現(xiàn)上述現(xiàn)象后要更換潤滑油，并查找其原因修復(fù)。冷卻情況：水冷卻空壓機啟動前要先打開冷卻水。如發(fā)現(xiàn)空壓機工作中斷水，必須立即停機，讓其自然冷卻，切忌在氣缸很熱時通入冷卻水，以免“炸缸”。排氣和級間壓力表讀書：排氣壓力不得超過額定值。在使用中若發(fā)現(xiàn)排氣管與泄放管油漏泄，或者發(fā)現(xiàn)裝置有異常噪聲或振動，應(yīng)立即停機查明原因并予以修復(fù)?；钊娇諌簷C的運行操作與維護(hù)保養(yǎng)213保養(yǎng)1）氣閥的維護(hù)氣閥的維護(hù)主要時注意閥與座的氣密是否

19、良好，以及閥的升程大小和彈簧的強弱。氣閥漏泄的征兆：該閥溫度顯著升高，閥蓋發(fā)熱；級間氣壓偏高，閥蓋發(fā)熱；該缸排氣溫度升高；容積流量降低。2）檢修時應(yīng)注意的問題（1）氣閥組裝好后用煤油試漏，一般滴油不超過20滴/分鐘（2）吸排閥彈簧不要裝錯或漏裝。（3）氣閥固定螺絲帽開口銷不能太細(xì)，更不能漏裝。（4）檢查閥片的升程高度，應(yīng)符合說明書要求?；钊娇諌簷C的運行操作與維護(hù)保養(yǎng)223）潤滑油的選擇和更換空壓機潤滑油必須選擇說明書推薦和要求的潤滑油，不得擅自更換潤滑油的型號。潤滑油的更換周期根據(jù)說明書要求和實際使用情況進(jìn)行更換。4）運動部件間隙維護(hù)壓縮機運動和磨損部件中的檢修要點主要是注意各個配合間隙（活塞環(huán)間隙、主軸承和連桿軸承間隙、活塞與缸套間隙、氣缸余隙間隙），定期檢修中需要測量氣缸、活塞銷、曲軸銷、曲軸頸圓度、圓柱度及磨損情況，當(dāng)超過允許值應(yīng)修理或更新。活塞式空壓機的運行操作與維護(hù)保養(yǎng)235）防火與防爆壓縮機著火的原因是油在高溫下分解成的積炭沉淀物發(fā)生自然。油滲入積炭、鐵銹就會滯留在排氣管道中。若排氣溫度高到一定程度，帶油的積炭和鐵銹就可能發(fā)生自然。自然加劇了油的蒸發(fā)，空氣中油的濃度達(dá)到一定程度就可能爆炸。防止著火與爆炸的措施有：1）選用抗氧化安定性，粘度和閃點適當(dāng)?shù)臐櫥汀?）防止排氣溫度高，壓縮機必須保證工