活塞式压缩机培训教材.docx
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活塞式压缩机培训教材
活塞式压缩机培训教材
第一章概述
一、压缩机的分类
1、按工作原理分类
2、按活塞的压缩动作分类
1）单作用压缩机：
气体只在活塞的一侧进行压缩，又称单动压缩机。
2）双作用压缩机：
气体在活塞的两侧均能进行压缩，又称复动或多动压缩机。
3）多缸单作用压缩机：
利用活塞的一面进行压缩，而有多个气缸的压缩机。
4）多缸双作用压缩机：
利用活塞的两面进行压缩，而有多个气缸的压缩机。
3、按压缩机的排气终压力分类
1）低压压缩机：
排气终了压力在3～10表压。
2）中压压缩机：
排气终了压力在10～100表压。
3）高压压缩机：
排气终了压力在100～1000表压。
4）超高压压缩机：
排气终了压力在1000表压以上。
4、按排气量（进口状态）分类
类型
排气量m³/min
微型压缩机
＜1
小型压缩机
1~10
中型压缩机
10~60
大型压缩机
＞60
5、按结构形式分类
按结构形式可分为立式、卧式、角度式、对称平衡型和对制式等。
一般立式用于中小型；卧式用于小型高压；角度式用于中小型；对称平衡型使用普遍，特别适用于大中型往复式压缩机；对制式主要用于超高压压缩机。
国内往复式压缩机通用结构代号的含义如下：
结构形式
代号
立式
Z
卧式
P
角度式
L、S
星型
T、V、W、X
对称平衡型
H、M、D
对制式
DZ
二、往复式压缩机的工作原理及过程
1、往复式压缩机的工作原理
当曲轴旋转时，通过连杆的传动，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。
活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。
当活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。
总之，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。
2、压缩机的理想工作过程
①压缩机没有余隙容积，②吸、排气过程没有阻力损失，③吸、排气过程中与外界没有热量交换；④没有泄漏。
其过程如图所示。
图2－3为活塞运动时气缸内气体压力与容积的变化，活塞式压缩机对气体的压缩，是由活塞在气缸内的往复运动来完成的。
整个工作过程分吸气、压缩和排气三个过程。
三、往复式压缩机的主要特点
1、优点：
1）适用压力范围广，不论流量大小，均能达到所需压力；
2）热效率高，单位耗电量少；
3）适应性强，即排气范围较广，且不受压力高低影响，能适应较广阔的压力范围和制冷量要求；
4）可维修性强；
5）对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工较容易，造价也较低廉；
6）技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验；
7）装置系统比较简单。
2、缺点：
1）转速不高，机器大而重；
2）结构复杂，易损件多，维修量大；
3）排气不连续，造成气流脉动；
4）运转时有较大的震动。
活塞式压缩机在各种用途，特别是在中小制冷范围内，成为制冷机中应用最广、生产批量最大的一种机型。
四、往复式压缩机的主要性能指标
1）额定排气量：
即为压缩机铭牌上标注的排气量，指压缩机在特定进口状态下的排气量。
常用单位m³/min，m³/h。
额定排气压力：
即为压缩机铭牌上标注的排气压力，常用单位MPa，bar。
2）排气温度：
考虑到积炭和安全运行，对于相对分子量小于或等于12的介质，排气温度不超过135℃；对乙炔、石油气、湿氯气排气温度不超过100℃；其他气体建议不超过150℃。
3）活塞力：
活塞在止点出所受到的气体力最大，因此将这时的气体力称为活塞力。
4）级数：
大中型往复压缩机以省功原则选择级数，通常情况下其各级压力比≤4。
第二章往复式压缩机的结构
往复式压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调节装置、油循环系统等部件组成。
一、机体
机体包括气缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体。
它是支承气缸套、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。
气缸采用气缸套结构，安装在气缸体上的缸套座孔中，便于当气缸套磨损时维修或更换。
二、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。
三、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。
四、活塞组
活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。
活塞组在连杆带动下，在气缸内作往复直线运动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气、压缩、排气等过程。
1、活塞
活塞可分为筒形和盘形两大类。
活塞的材料一般为铝合金或铸铁
2、活塞销
活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件，在工作时承受复杂的交变载荷。
3、活塞环
活塞环包括气环和油环。
汽环的主要作用是使活塞和气缸壁之间形成密封，防止被压缩气从活塞和气缸壁之间的间隙中泄漏；油环的作用是布油和刮去气缸壁上多余的润滑油。
五、气阀与轴封
1、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、压缩、排气等四个工作过程。
2、轴封
轴封的作用在于防止压缩气体沿曲轴伸出端向外泄漏，或者是当曲轴箱内压力低于大气压时，防止外界空气漏入。
六、润滑系统
1、润滑的作用
润滑是压缩机中的重要问题之一，它不仅影响到压缩机的性能指标，而且跟压缩机的寿命、可靠性、安全性也直接相关。
润滑的作用如下：
1）使摩擦表面（即轴与轴承、活塞环与气缸壁等运动部件接触面）被油膜分隔，形成液体摩擦或半干摩擦，从而降低压缩机的摩擦功、摩擦热和零件的磨损，提高压缩机的机械效率，增加压缩机的可靠性和耐久性。
2）带走摩擦热，使摩擦表面温度不致过高。
3）润滑油充满活塞与气缸的间隙和轴封的摩擦表面，增强密封作用。
4）带走磨屑，改善摩擦表面的工作情况。
5）向能量调节装置供油。
2、润滑方式
压缩机的润滑方式可分为飞溅润滑和压力润滑两种类型。
飞溅润滑是利用运动零件的机械作用，将润滑油送至需要的摩擦表面，半封闭压缩机就有很多的采用飞溅润滑。
一方面在连杆大头下端装设甩油勺，将曲轴箱中的油甩向气缸镜面，润滑活塞与气缸壁之间的摩擦表面；另一方面，在电动机一端的轴上装有甩油盘，将油甩起并收集在电动机侧端盖的集油小室上，通过曲轴中的油道，润滑主轴承和连杆轴承。
在某些小型立式开启式压缩机中，飞溅润滑仅依靠曲柄连杆机构的运动来实现。
3、润滑系统
第三章往复式压缩机典型故障及事故分析
一、排气温度不正常
排气温度不正常是指其高于设计值。
影响排气温度增高的因素有：
进气温度、压力比、以及压缩指数（对于空气压缩指数K＝1.4）。
影响到吸气温度高的因素如：
中间冷却效率低，或者中冷器内水垢结多影响到换热，则后面级的吸气温度必然要高，排气温度也会高。
气阀漏气，活塞环漏气，不仅影响到排气温度升高，而且也会使级间压力变化，只要压力比高于正常值就会使排气温度升高。
此外，水冷式机器，缺水或水量不足均会使排气温度升高。
二、过热故障
在曲轴和轴承、十字头与滑板、填料与活塞杆等摩擦处，温度超过规定的数值称之为过热。
过热所带来的后果，一是加快磨擦副间的磨损，二是过热量的热不断积聚直致烧毁磨擦面以及烧抱而造成机器重大的事故。
造成轴承过热的原因主要有：
轴承与轴颈贴合不均匀或接触面积过小；轴承偏斜曲轴弯曲、扭；润滑油粘度太小，油路堵塞，油泵有故障造成断油等；安装时没有找平，没有找好间隙，主轴与电机轴没有找正，两轴有倾斜等。
三、断裂事故
断裂事故发生的部位主要有：
曲轴断裂：
其断裂大多在轴颈与曲臂的圆角过渡处；连杆的断裂：
连杆螺钉断裂；气缸、缸盖破裂：
主要原因：
对于水冷式机器，在冬天运转停车后，若忘掉将气缸、缸盖内的冷却水放尽，冷却水会结冰而撑破气缸以及缸盖；活塞杆断裂。
四、活塞杆断裂
主要断裂的部位是与十字头连接的螺纹处以及紧固活塞的螺纹处，此两处是活塞杆的薄弱环节，如果由于设计上的疏忽，制造上的马虎以及运转上的原因，断裂较常发生。
若在保证设计、加工、材质上都没有问题，则在安装时其预紧力不得过大，否则使最大作用力达到屈服极限时活塞杆会断裂。
在长期运转后，由于气缸过渡磨损，对于卧式列中的活塞会下沉，从而使连接螺纹处产生附加载荷，再运转下去，有可能使活塞杆断裂，这一点在检修时应特别注意。
此外，由于其它部位的损坏，使活塞杆受到了强烈的冲击时，都有可能使活塞杆断裂。
五、燃烧和爆炸事故
有油润滑压缩机中往往产生积碳问题，因为积碳不仅会使活塞环卡在槽内，气阀工作不正常以及使气流信道面积减小增加阻力，而且在一定的条件下积碳会燃烧，导致压缩机发生爆炸事故。
因此，气缸中的润滑油不能供给太多，不能让没有经过很好过滤，含有大量尘埃的气体吸入气缸，否则形成积碳与含有多量挥发物的气体接触导致爆炸。
为要防止燃烧、爆炸发生，一定要计划检修，定期清洗储气罐和管道的油垢。
附录：
连杆螺钉损伤的原因有哪些？
怎样检验？
连杆螺钉的损伤包括拉断、伸长、螺纹损伤等。
产生的原因主要有如下几点：
1、螺钉的制造质量不好（包括材质、加工、热处理等）；
2、更换连杆螺钉或螺帽时，未成套更换；
3、螺钉与连杆大头的螺钉孔靠合不紧密，间隙过大；
4、扭紧连杆螺帽时，用力过大；或在同一连杆上，两个螺帽的扭力不一致；
5、螺钉头和螺帽与连杆支承表面贴附不平整，在螺钉和螺帽装紧后有歪斜现象；螺钉头或螺母与大头端面接触不良产生偏心负荷。
此负荷可大到是螺栓受单纯轴向拉力的七倍之多，因此，不允许有任何微小的歪斜，接触应均匀分布，接触点断开的距离最大不得超过圆周的1/8即450。
6、连杆衬瓦的间隙过大或曲柄肖的椭圆度过大。
在一般情况下，连杆螺钉不是一下子就损伤的，而是由于以上某些因素长期存在而未及时发现引起材料疲劳而产生的。
因此，在修理过程中，应加强连杆螺钉和螺帽的检验工作，并注意进行合理的装配以免因杆螺钉和螺帽损伤而发生事故。
连杆螺钉有无损伤，常用下列方法进行检验：
1、用五倍或十倍的放大镜，在螺钉的圆角处和螺纹附近仔细检查，有无损伤现象；
2、利用磁粉探伤机检查有无裂纹；
3、用量规检查螺钉有无拉伸现象；螺纹规检查螺纹有无损伤。
润滑系统：
在压缩机当中有两个独立的润滑系统：
1.机身有一个封闭的循环系统。
润滑油连续的从机身的油箱中
泵至支撑轴承。
支撑轴承完全形成挤压式的油膜润滑。
2压缩机气缸和填料通过注油系统对其进行润滑。
润滑油将随
着气体排出。
此润滑油可能与机身当中的润滑油一样或者有所不同。
在一台压缩机当中润滑油的六项功能
•减小摩擦力
•减小磨损
•冷却摩擦面
•防止腐蚀
•密封并且减小污染物的聚积
•减缓撞击
润滑的目的
1.减小摩擦力---减少摩擦可以降低能量需要和热量的产生。
2.
2.减小磨损---降低磨损可以增加设备的运行寿命和降低维护成本。
3.
3.冷却摩擦面---摩擦部分的冷却为了维持工作容许量，延伸润滑油的寿命,并且带走系统当中的热量。
4防止腐蚀---表面腐蚀的最小化可以降低摩擦力，热量，和组件的磨损。
这是通过添加剂而不是基油来提供的。
5封闭并且减小污染物的聚积---改善活塞环和盘根环的气体密封，并且从运动部件冲刷走远离污染物。
6减缓撞击---缓冲了撞击作用，因此减小振动和降低噪音，增加各组件的寿命。
压缩机机身润滑油系统构成包括：
1滤网（当更换润滑油必须进行清洗）
2齿轮泵
3油压调节器
4润滑油过滤器（由成套商提供空冷器和温度控制阀）
5润滑油通道终端
6润滑油液位视窗
7偏心链条张紧器
8预润滑油泵
备注：
位于在上述机身润滑油构成的组件是气缸润滑油系统
一、什么是压缩机工作过程
往复式压缩机都有气缸、活塞和气阀。
压缩气体的工作可分成膨胀、吸入、压缩和排出四个阶段。
图一所示是一种单吸式压缩机气缸。
（单作用）这种压缩机只在气缸的一端有吸入气阀和排出气阀，活塞每往复一次只吸气和排气一次。
1、膨胀：
当活塞2向左边移动时，活塞右边的缸容积增大，压力下降，原先残留在气缸中的余气不断膨胀。
2、吸入：
当压力降到稍小于进气管中的气体压力时，进口管中的气体便推开吸入气阀3进入气缸，随着活塞逐渐向左移动，气体持续进入缸内，直到活塞移至左边的末端（又称左死点）为止。
3、压缩：
当活塞调转方向向右移动时，工作的容积逐步缩小，这样便开始了压缩气体的过程。
由于吸气阀有止逆作用，故缸内气体不能倒回进气管中，而出口管中的气体压力又高于气缸内部的气体压力，缸内的气体也无法从排气阀4跑到缸外，出口管中的气体因排气阀有止逆作用，也不能流入缸内。
因此缸内的气体质量保持一定，因活塞继续向右移动缩小了缸内容积，使气体压力不断升高。
4、排出：
随着活塞右移，压缩气体的压力升高到稍大于出口管中的气体压力时，缸内的气体便顶开排气阀而进入出口管中，并不断排出，直到活塞移至右边末端（又称右死点）为止。
然后活塞又开始向左移动重复上述动作，活塞在缸内往复循环地吸入和排出气体，活塞的每一次来回称为一个工作循环，活塞每来回一次所经过的距离叫做冲程（行程）
图2所示是一种双吸式压缩机的气缸（双作用）。
这种气缸的两端都有吸入气阀和排出气阀。
其压缩过程与单吸式气缸相同，所不同的只是在同一时间内，无论活塞向哪一方向移动，都能在活塞的运动方向上发生压缩作用，在活塞的后方进行吸气过程，也就是说，无论活塞向左移动或向右移动，都能同时吸入和排出气体。
压缩机概述
1、它是量大面广的通用机械
压缩机是用以提高各种气体压力的一种通用机械，是机械工业中量大而面广的产品之一，在国民经济中得到广泛的应用，几乎遍布各个行业，尤其在化工、合成、煤炭、石油、建筑施工等方面是必不可少的动力设备。
因此压缩机、泵、风机和电动机等四类产品的设计制造水平以及它们的运行经济性和可靠性已被认为是衡量一个国家机械工业发展状况和水平的标志之一。
2、它是耗能的能量转化机械（电能转化为机械能）
压缩机是凭借驱动机的能量来提高气体压力的机械，当前，大部分压缩机采用电动机驱动。
我国最大的活塞式压缩机单机配套电机功率已达5000KW（双联化工3200KW），据有关部门统计，压缩机的耗电量约占全国总发电量的10%，是名副其实的耗能大户。
因此压缩机的工作效率即运行的经济性，不但关系到至关重要的节能问题，还严重影响压缩机所在企业的产品价格和经济效益。
3、它是结构复杂的往复式运动机械
活塞式压缩机是通过曲柄连杆机构，把驱动机（电机）的旋转运动转化为活塞的往复运动，对气体做功提高气体压力，所以属于往复式运动机械。
这类机械有两个特点：
一是运行过程中将产生往复惯性力（对称平衡），二是具有明显的脉动性质的气体压力产生的活塞力作用在压缩机机构上，对于高压、大型压缩机这种惯性力和活塞力大到几百千牛，承受这样大的脉动作用力，就使得压缩机所需部件设计的比较粗大，机器比较笨重。
活塞式压缩机虽然品种繁多，结构复杂，但不论哪种产品，其结构都具有一些共同特点，即都包含以下四类部件：
1）气缸部件2）运动机构与机体部件3）辅助机构部件4）驱动及控制系统
1）气缸部件：
包括气缸、活塞、活塞杆、气阀、填料函等。
2）运动机构与机体部件组成能量的传递机构，把电动机的旋转运动，通过安装在机体内的曲柄连杆机构转化为活塞在气缸内的往复运动。
这部分包括：
曲轴、连杆、十字头、曲轴箱、中体等。
3）辅助机构部件，它是保证压缩机运行和提高经济性、可靠性所必须的一些辅助设备和系统，包括：
冷却器、气液分离器、缓冲器、安全阀、润滑系统
4）驱动及控制系统
保证设备运行的几个控制要点：
1、油压0.2-0.4Mpa，≤0.2Mpa主机跳闸
2、主轴瓦温度≤70℃，>70℃主机跳闸
3、排气温度≤180℃，>180℃主机跳闸
4、排气压力≤0.6Mpa，>0.6Mpa安全阀起跳
润滑系统
冷却系统
分离器：
进出口
缓冲器
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