空压机

第六章活塞式空气压缩机又称压气机，简称空压机。将空气压缩成高压(一般为绝对压力30个大气压以上)的机械。空气压缩机的类型:按不同的工作原理分有：往复式、回转式、离心式等；按不同的冷却方式分有：水冷式、风冷式；按不同的压缩级数分有：单级、多级(单缸、多缸；立式、卧式)；按不同的结构分有：分离式、级差式。见下图空气压缩机在船舶上的用途：压缩空气主要用于主辅柴油机起动、操纵以及气笛和其它风动工具、吹洗工具等场合。船用空气压缩机多采用往复式。第一节活塞式空压机的工作原理一、单级活塞式压缩机的理论工作循环假定(1)气缸没有余隙容积，即活塞到上死点时气体全部被排出气缸；(2)吸、排气过程没有压力损失和压力脉动；(3)工作过程没有气体泄漏；(4)气体与缸壁无热交换。P—V图以缸内压力P为纵坐标，以缸内容积V为横坐标的坐标图上，描述压缩机在理想状态下的工作过程，即理论工作循环。分别为：等压吸气过程；绝热压缩过程；等压排气过程；降压过程。见下图工作循环的功耗：p—V图上循环过程线所包围的面积，代表每一循环耗功的大小。压缩过程由三种型式，即：绝热压缩过程，温压缩过程和多变压缩过程。其中：等温压缩等过程压缩机的耗功最小。空气压缩机的实际压缩过程为多变压缩过程。二、实际工作循环理论和实际工作循环的差异是因为实际工作循环中存在各种损失。1.实际工作损失：余隙容积损失；进、排气阻力损失；热交换损失；漏泄损失。各种损失都与压力比Pd/Ps有关1)余隙容积损失：余隙是指活塞在上死点时，活塞顶至缸盖下表面的间隙。余隙容积则是余隙空间所具有的容积。测量与调整（压铅法；缸垫厚度）方法。余隙容积损失大小用容积系数λv衡量。汽缸余隙的一般规范见P98表2)进、排气阻力损失:吸入过程和排出过程中，由于阻力影响，不能及时打开(或关闭)，造成压力损失与吸入量少。吸、排气阻力损失大小用压力系数λp衡量。3)热交换损失（吸气预热损失）:热交换损失是指因吸入气体温度低于缸壁温度而被加热，比容增大，使压缩机的吸气量减少。热交换损失大小用温度系数λt衡量。4)漏泄损失：密封不严造成的流量损失。漏泄损失大小用气密系数λl衡量。各项损失在P—V图上示意图见下图2.排气量和输气系数：输气系数λ：λ=V/VT=λvλpλtλl实际排气量：Q=QTλ压力比Pd/Ps越大，λ就越小3.功率和效率:压缩机中直接消耗于压缩气体的功率称为指示功率，用Pi表示。它可以用示功器通过在运转的压缩机上测出示功图来计算。按压缩机理论循环计算所需功率称为理论功率。理论功率小手指示功率，它与指示功率之比称为指示效率用ηi表示。理论功率可以按等温理论循环或绝热理论循环计算，分别称为等温理论功率（用PT表示）和绝热理论功率（用PS表示）。相应求出的指示效率称等温指示效率（用ηiT表示）和绝热指示效率（用ηiS表示），即ηiT=PT/Piηis=PS/Pi指示效率反映了实际气体在工作过程中由吸、排气阻力及气体的摩擦、旋涡等造成的总的能量损失的大小。其中，等温指示效率除反映上述损失外还反映冷却达不到理想的等温压缩而附加的能量损失，故比绝热指示效率更低。压缩机由轴所得到的输入功率称为轴功率，用P表示。由于压缩机运动部件摩擦及附属设备（滑油泵、风机等）要消耗功率，轴功率大于指示功率，二者之比称为机械效率：压缩机总效率为理论功率与轴功率之比。有等温总效率（用ηT表示）和绝热总效率（用ηS表示）之分：水冷式压缩机常以ηT为评价指标。三、多级压缩与中间冷却1.单级空压机1.1压缩比（也称压力比）：空气压缩机排气绝对压力Pd与吸气绝对压力Ps之比。常用ε表示，即ε=Pd/Ps。压缩比越大，压缩终温越高。一般要求单级空压机的压缩比不超过6～71.2压缩终温高的不利影响：⑴降低压缩机效率；⑵恶化压缩机机件的正常润滑，甚至有爆炸危险。1.3冷却目的：当单级空压机的压缩比较高，压缩终点温度超过160℃时，必须对机体进行冷却，带走压缩空气放出的热量；并使空压机的压缩过程接近理想的等温过程。方式有水冷和风冷。2.多级空压机见下图2.1多级压缩的目的：适合压缩比较高的场合，避免压缩终温过高所造成的不利影响，即省功又提高效率。2.2多级压缩和中间冷却的实现：空气在低压级气缸里被压缩到中间压力并在中间冷却器里受到循环水的充分冷却后，进入第二级气缸，进行第二次压缩，排气再经中间冷却到接近初始温度后进入第三级压缩，最后经压缩后冷却进入空气瓶。多级压缩中间冷却可减少压缩耗功，降低压缩终点温度。船舶多数采用二级压缩（以排气温度允许范围为原则而不是依据省功原则）。2.4采用多级压缩与中间(级间)冷却的好处1)降低排温，改善压缩机的润滑条件；2)提高输气系数；3)节省压缩功；见下图4)减轻活塞上的作用力。2.5多级压缩机的级间压力各级压力比的分配则主要依据省功原则。若假设各级吸气温度和多变压缩指数相同，按理论循环计算则各级压力比相等时各级耗功也相等，总耗功最省。实际上，一般后级压力比选得比前级小。这是因为后级比前级冷却效果差；同时因中间冷却不充分，后缀吸气温度也比前级高；而且后级的相对吸、排气损失较大，所以若采用同样压力比，后级的耗功会较大，总耗功不会最省。此外，后级的相对余隙容积较大，采用与前级同样的压力比其容积损失也会较大。图6-4单级与二级压缩理论工作循环空压机各级的额定排出压力和在额定工况下各级的压缩比是经过优化选择确定的。实际运转时末级压力由排出容器的压力加上排出管路的阻力而定，两级间压力及各级压力比按流量连续性原理自动调整。当前、后缀的流量出现非正常的改变时，即会影响到级间压力和各级压力比，从而影响到压缩机的功耗，这在管理中应当避免。第二节活塞式空压机的结构和自动控制一、活塞式空压机的结构CZ60/30型空压机—船用两级空压机，流量为60/h,一级排气压力为0.64MPa,二级排气压力为3MPa。见下图空压机的主要组成：1.曲轴：单曲柄、弹性联轴器、飞轮。（转速750r/min）2.连杆：是活塞与曲轴的连接件，连杆的大小头有开式和闭式之分。3.活塞:材料为铝合金、级差式、活塞上段有6道活塞环，下段有6道活塞环和一道刮油环。4.主轴承：滚珠轴承。5.机座和油箱：固定、安装主轴承、储油。6.缸盖和气阀：缸盖上有阀室，船用空压机的气阀型式有：环型阀（双环阀）、碟型阀。要求撞击要小（升程），弹簧的弹力要适中，排气弹簧要比吸气阀的硬。活塞式空压机结构的主要特点：1.气阀：缸盖上有阀室，船用空压机的气阀型式有：环型阀（双环阀）、碟型阀。要求撞击要小（升程），弹簧的弹力要适中，排气弹簧要比吸气阀的硬。见下2图2.润滑：润滑方式有压力润滑和飞溅润滑。飞溅润滑：连杆大端轴承盖上装有击油勺，连杆大小端开有导油孔；气缸润滑靠滴油杯或吸入曲柄箱的部分油雾来润滑。压力润滑：油泵——主轴承——连杆大端——连杆小端——活塞销——油箱。气缸润滑靠注油器。呼吸器：透油气并保持曲柄箱内为大气压力。3.冷却：气缸和缸盖的冷却：水冷和风冷。水冷形成冷却水套，先气缸后缸盖。缸壁冷却温度不低于30℃。压缩空气冷却：中间冷却和末级冷却（后冷却）。一般为串联套管式冷却（壳管式）。压缩空气管中自上而下流动，冷却水管外自下而上流动。润滑油冷却：用海水冷却，共用或随机泵。油温50℃左右。4.气液分离：作用——分离压缩空气中的水滴和油滴，提高充入气瓶的压缩空气质量。类型——过滤式、吸附式和惯性式。惯性式气液分离器的工作原理见下图5.卸载机构：卸载阀：有手动和自动卸载阀。卸载形式有开启吸气阀、截断进气或排气旁通大气。其作用是减少启动电流和停车时的震动和冲击。卸载阀原理见下图。二、活塞式空压机的自动控制自动控制内容包括：1、自动起、停2、自动卸载和泄放3、冷却水自动控制（控制冷却水量）4、自动保护（排温、油压、油位、水压）5、自动供油（气缸润滑油的供应）见下第2图第三节活塞式空压机的管理一．活塞式空压机的管理要点1．启动前的检查：电源、盘车、阀（空压机和空气瓶的进排出截止阀、卸载阀）、润滑油位（油杯、油底壳）、冷却水、密封件、固紧件。2．启动：P1083．运行中检查要点：润滑情况、冷却情况(观察参数压力、温度、油位等参数)、定时放残水、注意气压、气温及气、水、油的漏泄情况和是否有异常噪音。4.停车检修与养护1.空压机易损件的维修保养①气阀的维护P109；②活塞环、轴封（填料、机械轴封）、轴承。2.润滑油的选择和更换3.冷却系统的清洗4.运动部件的间隙5.运行安全（防止着火与爆炸）二．活塞式空压机的故障分析1.排气量降低原因2.级间压力超过正常值或低于正常值原因3.排气温度过高原因4.不正常的敲击声原因