活塞式空压机

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。
4.5 填料函
填料函组件作用是阻止气缸内气体沿气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，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，将泄漏气 送回一级的吸入口。
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，这里重点介绍理论工 作循环。假定压缩机没有余隙容积，没有吸、排气阻力，没有热量 交换，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—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—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。 排气—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的功 即为图中0-1-2-3-0所代表的面积。
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： 减小摩擦功率，降低压缩机功率消耗； 减少滑动部位的磨损，延长零件寿命； 润滑剂有冷却作用，可导致摩擦热，使零件工作温度过高，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； 用油作润滑剂时，还有防止零件生锈的作用。
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 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0.1MPa，温度 20℃）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。
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。如图所 示 Q
1st stage 2nd stage
3 bar 1 bar
8 bar 3 bar
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。
通 用 机 器 设 备 —活塞式空压机
课件提纲
前言 工作原理 性能参数 结构 故障原因分析 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 分为速度型和容积型两种。 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，使气体的动能转变 为势能，也就是压力能。 容积型压缩机靠在气缸内作往复或回转运动的活塞，使容 积缩小而提高气体压力。



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 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
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。 自动阀的阀片在两边压差的作用下开启，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。
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，T2＝T1(P2/P1)n-1/n 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 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。
4.4 活塞
活塞与气缸构成了压缩容积，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：
压缩机工作过程中活塞环、填料、气阀不可避免存在泄 露，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 实际过程与理论过程的区别

由于余隙容积的存在，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。
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了 一个热膨胀的过程。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，在理论上等 温压缩循环的功耗最小。
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，绝热过程耗功最 大，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。
机体的作用



用来连接气缸和安装运动机构，并用作支 承座。 承受机器本身的全部或部分重量。 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，十字头以机体滑 道导向。 承受压缩机工作时气体压力及转动部件的 惯性力。 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
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，由阀座、运动密封元件（阀 片或阀芯）、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 网状阀。
气阀的要求
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ


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： 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。 气体通过气阀时的能量损失小，以减少压缩机的动力消耗。 气阀关闭时具有良好的密封性，以减少气体的泄漏量。 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。 气阀所引起的余隙容积小，以提高气缸容积效率。 结构简单，制造方便，便于维修。
3.4 供气量
往复压缩机排气量随压缩机的进口状态而变，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 （1.013x105MPa，0℃）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。
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QT40－10）铸造，杆身 多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。
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。

排气压力 排气温度 排气量 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”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。
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 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， 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。
实际吸、排气过程中存在阻力损失，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。 在膨胀和压缩过程中，因为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：
压缩机按结构型式不同，分类如下：
轴流式
速度型 压缩机
容积型
离心式 混流式
滑片式
回转式 螺杆式
转子式 膜式
往复式
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 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。