往复式压缩机基本知识

加氢培训教案2006年9月1培训教案培训课题:往复式压缩机基本结构、工作原理、常见故障及注意事项培训日期:2017年8月培训课时:2课时课程重点:讲述往复式压缩机基本结构、工作原理、常见故障及注意事项。培训目标及要求：通过培训使全体员工对往复机的结构、工作原理有一定的了解，掌握其常见故障，明确注意事项，真正做到“四懂三会”授课内容：一、往复式压缩机的型号、结构及工作原理1、往复式压缩机型号2、往复式活塞压缩机的工作过程往复式活塞压缩机属于于容积型压缩机。靠气缸内作往复运动的活塞改变工作容积压缩气体。气缸内的活塞，通过活塞杆、十字头、连杆与曲轴联接，当曲轴旋转时，活塞在汽缸中作往复运动，活塞与气缸组成的空间容积交替的发生扩大与缩小。当容积扩大时残留在余隙内的气体将膨胀，然后再吸进气体；当容积缩小时则压缩排出气体，以单作用往复式活塞压机（见图）为例，将其工作过程叙述如下：加氢培训教案2006年9月2（1）吸气过程当活塞在气缸内向左运动时，活塞右侧的气缸容积增大，压力下降。当压力降到小于进气管中压力时，则进气管中的气体顶开吸气阀进入气缸，随着活塞向左运动，气体继续进入缸内，直至活塞运动到左死点为止，这个过程称吸气过程。（2）压缩过程当活塞调转方向向右运动时，活塞右侧的气缸容积开始缩小，开始压缩气体。（由于吸气阀有逆止作用，故气体不能倒回进气管中；同时出口管中的气体压力高于气缸内的气体压力，缸内的气体也无法从排气阀排到出口管中；而出口管中气体又因排气阀有逆止作用，也不能流回缸内。）此时气缸内气体分子保持恒定，只因活塞继续向右运动，继续缩小了气体容积，使气体的压力升高，这个过程叫做压缩过程。（3）排气过程随着活塞右移压缩气体、气体的压力逐渐升高，当缸内气体压力大于出口管中压力时，缸内气体便顶开排气阀而进人排气管中，直至活塞到右死点后缸内压力与排气管压力平衡为止。这叫做排气过程。（4）膨胀过程排气过程终了，因为有余隙存在，有部分被压缩的气体残留在余隙之内，当活塞从右死点开始调向向左运动时，余隙内残存的气体压力大于进气管中气体压力，吸气阀不能打开，直到活塞离开死点一段距离，残留在余隙中的高压气体膨胀，压力下降到小于进气管中的气体压力时，吸气阀才打开，开始进气。所以吸气过程不是在死点开始，而是滞后一段时间。这个吸气过程开始之前，余隙残存气体占有气缸容积的过程称膨胀过程。4、往复式压缩机的结构往复式活塞压缩机由机座、中间接筒、曲轴、连杆、十字头、活塞杆、活塞、填料箱、气阀、飞轮、冷却和调节控制系统及附属管线等组成。如图加氢培训教案2006年9月35、活塞环和填料密封活塞式压缩机中常用的密封有下列几种类型：（a）活塞环密封活塞环密封是阻止气缸内气体从气缸镜面和活塞间缝隙泄漏；（b）填料密封填料密封是阻止缸内气体从气缸和活塞杆之间缝隙泄漏。在高压级的柱塞活塞中也用填料作密封；（1）活塞环活塞环是密封气缸镜面和活塞间缝隙用的零件。（2）填料填料是用来阻止气体从活塞杆与气缸之间缝隙泄漏的组件。对填料的基本要求是密封性能好；耐磨且摩擦系数小。二、压缩机主要参数（一）转速（n）：单位为转／分，指由曲轴每分钟的转数。（二）行程（s）：单位为毫米，指活塞内外止点的间距，行程也等于曲拐轴与主轴中心距的两倍。（三）活塞平均速度（C平）：单位为米／秒，活塞运动中速度是变化的，在始点（如外止点）时为零，然后逐渐加速，在中点时为最大，然后逐渐降速，到终点（内死点）又为零，返行时亦如此。C平=S·n/30米／秒活塞平均速度大则机器轻巧。但气体流速大，惯过力如未平衡好则振动大，易损件寿命受到影响，目前一般C平=3～5米／秒。（四）压力比（ε）；是指进出口压力之比，即ε=P2／P1。由于气缸内有余隙容积总是不可避免的。当压缩比ε越高时，排出压力越高，残留的气体膨胀后所占的容积也就越大，使得吸入气体量减少，效率降低。如果采用多级压缩可使每一级压力比ε减小，从而提高各级气缸容积利用率，但压缩机级数的选择是根据多方面因素来考虑的。在实际上，多级压缩的每级压缩比为2.5～3.5。(五)排气量（Q）：在压缩机排气端测得的单位时间内排出的气体体积，换算到压缩机吸气条件（压力、温度、湿度）下的数值称为排气量，以V表示。单位为米3/分。（六）功率与效率：活塞压缩机消耗的功率包括有：压缩气体的功耗，气缸中气阀等阻力损失与各种机械摩擦等功耗。压缩气体的功耗由于和气体的热力性能有关，当气缸冷却十分完善，气体在气缸中气流速度很慢时，气体在受压缩时所产生的热都及时传走，因而几乎是等温压缩过程，此时消耗功率最省。当气缸冷却很不好，气流速度又快，气体在压缩时所产生的热全部无法散失，则属于绝热压缩过程，此时功耗最大、实际活塞式压缩机压缩过程和介于两者之间，属于多变过程。（七）温度；（八）活塞力（P）、单位为吨，压缩机活塞杆、曲轴、连杆等尺寸主要是根据活塞力来设计的，为了便于这些零件的三化（系列化、标准化、通用化）；我国将活塞力分十个等级（1、2、3.5、5.5、８、１２、１６、２２、３２、４５吨），每个等级的活塞杆、曲轴、连杆被相应有一种统一尺寸，活塞力的大小为：F=P·F式中P——缸内气体压力N；F—一活塞端面面积m２。三、变工况工作和压缩机流量的调节每台压缩机都是根据一定的条件设计的，运转过程中的某些参数如压力，排气量和转数等变化，或气体组成变化或原设计压送某一种介质的压缩机改为输送其他介质。都会对压缩机加氢培训教案2006年9月4的性能产生影响；此外，生产中的工艺条件会经常变化；压缩机的流量应该和变化了的工艺条件相适应。现在将着重讨论变工况对压缩机性能的影响和压缩机流量的调节方法。变工况对压缩机性能的影响（1）吸气压力改变随着吸气压力的降低，气体体积折算到标准状况下就较低。此外，当吸气压力降低，而排气压力不变时，压缩比升高，但容积系数λV下降，排气量降低。压缩机级数越多，影响也就越小。当压缩机的设计压缩比大于1.1（K＋1）时，由于吸气量降低所减少的功率超过压缩比上升所增加的功率。因此，吸气压力降低；则功率也降低。当设计压缩比小干1.1（R＋l）时，则吸气压力下降，功率消耗上升。（2）排气压力改变如果吸气压力不变，而排气压力增加，则压缩比上升，容积系数λV减少。反之若排气压力下降，则λV增加。对单段压缩机。这种影响较明显，对多段压缩机，则影响较小。排气压力增加后，功率一般都是增加的。（3）压缩介质改变（a）压缩不同绝热指数的气体时，随着气体绝热指数增加，压缩所需的功率也要增加。另一方面；绝热指数增加后；在相同的气缸余隙容积下，压缩机的容积系数λV增加，排气量会有所增加。（b）气体的重度不同往复式活塞压缩机属于容积型压缩机，和速度型压缩机不同．气体的比重对压缩比没有很大的影响。对于低分子量的气体压缩来说，这是它的一个重要的优点。另一方面，在压缩具有不同重度的气体时，重度大的气体，在经过管通和气阀时，压降较大，使气缸吸气终了压力下降，故排气量略有降低。根据同样的原因，也使得轴功率增加。例如氢气压缩机，当用空气试车时要特别注意，否则将引起电机超载。（c）导热系数大的气体，吸气过程中受热强烈，温度系数λt较低，将会使压缩机排气量降低。（d）在进排气压力相同时，压缩系数Z大的气体，功率消耗较少。（４）转数改变在一定的条件下，提高转数是提高压缩机生产能力的一种有效手段，转数提高，排气量会相应提高，但如果压缩机在不改变有关气体流通部件如气阀，中间管道、冷却器等的情况把转速增加得过多，则功率增加的速度要大大超过排气量增加的速度，是很不经济的。因为转速的增加，气体流动速度增加，而压降和流速的平方成正比，因此气缸的实际压缩比将因压缩机转速的上升而明显上升，这会使压缩机的容积系数λV下降；气体流动阻力损失增加还使得气缸吸气气温度上升，引起温度系λt降低；此外增加转数时，为提高阀片使用时间，还需使气阀的弹簧力增加，这又导致压力系数λp降低。困此增加转数后排气量将不会成比例的增加，若转数增加得过多，应对压缩机的有关气体流通部件进行相应的改造。四、压缩机排气量的调节通常，压缩机的使用者总是根据最大的耗气量来选用压缩机，但在生产过程中会由于种种原因要求改变气量。往复式压缩机调节排气量的方法很多，下面介绍几种主要的方法。（１）定期停转调节（a）小型和微型压缩机一般都在出口装有缓冲罐，如果耗气量降低而排气量不变，则缓冲罐压力升高。反之，气罐中的压力降低。所以可以利用压力继电器之类的装置来控制电动机的停开，以实现排气量的间断调节。（b）在炼油和化工装置中。压缩机一般为多机配制，可以根据生产的需要，停止部分压缩机的运转，以调节系统的供气量。加氢培训教案2006年9月5一般是使原动机和压缩机同时停转。这样能量没有任何无效的损耗，但在启动次数较多的场合，为了避免频繁地启动原动机，也可以采用离合器使原动机和压缩机脱开。（2）改变转数调节：改变转数调节，可以使调节过程连续。同时，由于下面的原因，是各种调节方法中最经济的。（a）转数降低时，气阀和管路中气体的流速将相应的减小，因此压力损失减小，从而使功率消耗降低。（b）由于转数降低，通过压缩机的气量减小，而气缸等的冷却面积不变。气体获较强的冷却，也使功率消耗降低。〔c〕机械摩擦损失是与速度成正比的，排气量随转数的降低而降低时，机械摩擦功耗也成比例的减小。由上述可知，当转数降低时，压缩机的功率消耗减少的比例比排气量减少的比例还要大一些。但是用转数调节要受到原动机的限制。往复式活塞压缩机由于转数很低；一般不用汽轮机驱动，而大量采用的是电动机，直流电机的无级变速较方便，但工业上广泛使用的是交流电。如果采用转数能连续调节的交流电机，不但价格昂贵，而且运转的经济性也较差，如换向电刷的磨损也会给维修带来不便。（3）控制吸入的调节控制吸入的调节，在中型空气压缩机上采用较多。控制方法有停止吸入和节流吸入两种。停止吸入时。压缩机空转，因而只能进行间断的调节。节流吸入在理论上可以进行连续的无级调节，然而在排气量降低，排气压力不变的情况下，压缩比会大大增加，有时甚至还不如把多余的气体通过旁通阀泄去来得经济。同时，由于压缩比可能很高；排气温度可能达不到许可的范围，因此工业上很少采用。停止吸入的调节方式应用较广，它是依靠减荷阀来切断气体的进人而实现调节的。如果减荷阀不严密，会有少量气体被吸入，类适节流吸入，使气缸内温度急剧升高，因而是危险的。为了摆免这种情况，减荷阀应尽量靠近吸气阀，减荷阀的密封应相当可靠。（4）排出与吸入连通的调节这种调节方法比较可靠，简便易行，但功率消耗最大，是最不经济的一种调节方法。排出与吸入连通的方式可以有以下几种。（a）空气压缩机中，可以采用把一部分气量直接排入大气，用放空量来调节装置的用气量。采用这种方式便于对流量实行连续的自动调节；在启动压缩机时，还可以通过把放空全部打开来泄荷，紧急泄荷迅速，但对易燃易爆和有害气体，不能采用这种方法。（b）压缩机排出的气体经冷却后，通过节流阀返回入口。它能在保证各级工况均不变的情况下工作，而且可以连续地调节气量。另外，在各段旁通与正常输气管路之间，应有止逆阀。（5）压开吸气阀调节压开吸气阀的调节作用是：气体被吸入气缸后，在活塞反行程时，吸气阀仍然开着，又将部分或全部已吸入缸内的气体推出气缸，这样视推出气体多少，实现压缩机排气气量的调节。压开吸气阀的装置，又可分为三种形式。（a）完全压开吸气阀将吸气阀完全开启，气体可自由地从吸气阀吸入并排出；排气量等于零。对于多段压缩机，各段吸气阀的压开均由总的输气量调节器来实现。（b）部分压开吸气阀吸气阀不是完全开启，而只是部分地开启，当气体通过缝隙泄出时，由于缝隙的阻力，不可能将吸入的气体全部推出，因而仍有部分气体被送至出口管道。这种结构有许多缺点，因为所推出的气体，在气缸内已经不同程度地被压缩，温度较高，再经多次压缩必然使然气管路中气体的温度过高；另外，由于薄的阀片不停地受到冲击与弯曲，会加氢培训教案2006年9月6产生严重的残余变形，影响吸气阀关闭的严重的残余变形，影响吸气阀关闭的严密性。所以实际上很少采