第六章.? 活塞式空气压缩机活塞式空气压缩机用于：????1）主机起动、换向；发电柴油机起动????2）为气动装置、及其它需要压缩空气的设备
和气动工具供气????3）在检修工作中用来吹洗零部件、滤器等 排气量 单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。
m3/s、m3/min、m3/h第六章.? 活塞式空气压缩机分类： 1、有低压(0.2～1.0 MPa),中压(1～10
)和高压(10～100) 2、微型(小于1 m3／min)、小型、中型和大型工作压力为3MPa左右，低压场所由减压阀供气还有一
台柴油机驱动的微型应急空压机。6-1 活塞式空压机工作原理 6-1-1 活塞式空压机理论工作循环假定：(1)气缸没有余隙容积
(2)吸、排气过程没有压力损失和压力脉动(3)吸气过程气体与缸壁无热交换(4)工作过程无气体漏泄(5)被压缩的是理想气体，压缩过程
状态方程指数不变以缸内P为纵坐标，以缸内容积V为横坐标，理论工作循环如图所示。6-1-1 活塞式空压机理论工作循环吸气过程-活塞
从上向下气缸内压力始终与吸入管中压力Ps相等最大吸气容积是气缸工作容积Vp，曲线6-1压缩过程-活塞回行K1关闭，气体被压缩当P升
高到Pd时，K2开启，曲线1—2排出过程-活塞继续上行K2开启，气体排出缸内P不变，直到上止点曲线2—36-1-1 活塞式空压机
理论工作循环绝热过程(adiabatic compression过程线1—2按气体与缸壁不存在任何热交换的作出等温过程(isoth
ermal compression)冷却良好，缸内气体T不变，压缩线如l—2”所示多变压缩过程实际压缩在等温和绝热之间过程线1—2
‘过程线4123所包围的面积，代表每一循环耗功可见，等温过程，压缩机耗功最省。工作原理0601空压机循环.swf6-1-2 活塞
式空压机实际工作循环 6-1-2-1 影响实际循环的因素(1)余隙容积的影响防活塞与缸盖碰撞，活塞到上止点时有余隙气阀通道也有
一定容积余隙容积是活塞在上止点时缸内残留气体的全部容积，用Vc表示活塞回行时，气体膨胀当缸内压力降至低于吸入管压力Ps一定值时(流
动阻力)，气体顶开K1进入缸内曲线3‘一4’6-1-2-1 影响实际循环的因素表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λvC越大或压
力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度 表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度合适的 C ：低压0.07-0.12
中压0.09-0.14 高压0.11-0.16 λv ＝0.65—0.90
6-1-2-1 影响实际循环的因素（2）进排气阀及流道阻力的影响在吸气过程中由于流动阻力，缸内P要比P
s低。吸入行程终了，缸内压力为P1’活塞回行一段距离后，缸内P才能升到Ps，减少了ΔV”压力系数λ p表示吸气过程的压力损失使排气
量减少的程度λp （0.9５-0.98）保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。6-1-2-1 影响实际循环
的因素（3）吸气预热的影响机件与气体之间的热交换压缩过程 机件吸热吸气过程 机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小
，造成吸气量下降。 温度系数λt来衡量（0.90-0.95）保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。6-1-2-
1 影响实际循环的因素（4）漏泄的影响内漏 排气阀（回漏） 外漏 吸气阀、活塞环、
气缸垫。气密系数λl来衡量（0.90-0.98）保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。（5）气体流动惯
性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时：造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，
不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。6-1-2-２ 排气量和输气系数实际排气量Q Q=Vt λ输气系数λ
λ＝ λt λv λ pλlλt吸气预热的影响、 λv余隙容积的影响、 λ p进排气阻力的影响、λl泄漏的影响
理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。是第一级活塞的行程容积压力比Pd/Ps增加，则λ明显降低余隙容积和漏泄引起的
流量损失增加气缸T升高，预热损失增加。6-1-2-３ 功率和效率通过示功器在运转的压缩机上可测出示功图图中实际循环所包围的面积即
表示每一循环所耗指示功指示功率-按示功图计算得到的功率，用Pi表示等温理论功率(用PT表示)绝热理论功率(用Ps表示)6-1-2-
３ 功率和效率指示效率反映了实际气体由吸、排气阻力及气体摩擦、旋涡等造成的总能量损失的大小等温指示效率还反映冷却达不到理想的等温
压缩而附加的能量损失，它比绝热指示效率更低运动部件要要消耗功率，轴功率大于指示功率，二者之比称为机械效率，用ηm表示
ηm = Pi/P压缩机总效率为理论功率与轴功率之比等温总效率(用ηT表示) ηT =
ηiT ηm 绝热总效率(用ηs表示) ηs = ηis ηm 6-1-3-3 多级压缩三、多极压缩和中间冷却1.采用
多极压缩和中间冷却的好处：1)降低压缩终了的排气温度，不超过160℃，保证机件润滑；2)提高输气系数，减小余隙容积对排气量的影响；
3)节省压缩功节省压缩功为面积cbdec与opmno之差。4)减轻活塞上的作用力。压力比一般应在2～4范围内排压P在3MPa左右，
一般为二级压缩各级压缩比的确定 理论分析；各级压力比应相等，各级耗功相等时，压缩机总耗功最小。压力比分配原则： 主要依据省
功原则。排气量：60m3/h转速：750r/m1级额0.64MPa2级额定3.0MPa余隙高度 0.5-1.0mm低压级安全
阀开启压力0.7MPa（15％p1额）高压级安全阀开启压力3.3MPa（10％Pd额）活塞顶部低压工作空间活塞过渡锥面以下为高压工
作空间（级差式）基本参数6-2 活塞式空压机的结构和自动控制影响1、2级余隙容积影响1级余隙容积活塞上的销孔过盈配合活塞销与连杆小
端间隙配合低压吸气阀4和排气阀7装在气缸盖5上，低压安全阀10装在高压级入口，开启压力0.7MPa高压吸气阀9和排气阀23装在气缸
中部阀室内，高压安全阀22装在排气室出口，开启压力3.3MPa。 6-2-1 活塞式空压机的结构和自动控制6-2-1-1 活塞
式空压机的气阀重要易损件直接影响到压缩机的寿命以及经济性和可靠性质量差的气阀，能量损失占压缩机轴功率的20％气阀工作寿命，决定压缩
机的检修周期6-2-1-1 活塞式空压机的气阀照片空压机低压级气阀6-2-1-1 活塞式空压机的气阀不可能要求气阀工作无声，只能要
求阀片与阀座的撞击速度不要太大，保证较长的工作寿命。要求尽可能减小气阀通道形成的余隙容积。气阀升程：2~4mm。转速高、工作压力大
的则升程小空压机常用的阀是环状阀弹簧太强：阀阻力大。弹簧太弱：阀关闭滞后工艺简单、检修方便，关闭严密、阻力小、启闭及时。由于气体ρ
小，流过气阀压降不大，不存在液体气化的问题，故空压机转速比往复泵高得多对气阀的要求6-2-1-2 活塞式空压机的润滑有飞溅和压力润
滑二种 击油勺击溅滑油，飞溅油滴可润滑主轴承、小端轴承和气缸下部一部分油沿油勺的小孔和连杆大端的导油孔去润滑大端轴承气缸上部上部缸
壁靠一级吸人管上油杯每分钟滴人4—6滴油或通过管从曲轴箱中吸人油雾曲轴箱门盖装有测油位的油尺20通过它可保持箱内压力大气压箱底有螺
旋管式滑油冷却器6-2-1-3 活塞式空压机的冷却有水冷和风冷两种。船用机多水冷包括：(1)级间冷却(inter-cooler)这
对降低排气温度和减少功耗有显著效果一般要求冷却水首先通过级间冷却器。(2)气缸冷却气缸和缸盖需冷却，以利于减少压缩功、降低排气温度
和避免滑油温度过高。过度冷却会使缸壁温度过低，壁面结露，润滑油乳化缸壁温度一般比冷却水温度高15—20°C，通常气缸冷却水温以不低
于30C为宜。6-2-1-3 活塞式空压机的冷却 (3)后冷却指最后一级排气的冷却，一般冷却至60°C左右为减小排气比容提高气瓶储
量和减轻其气压降低程度使排气中的油和水的蒸气冷凝而便于分离有的船为减少设备，空压机不设后冷却器，这时应注意及时泄放气瓶的油和水6-
2-1-3 活塞式空压机的冷却(4)滑油冷却 保持润滑性能，冷却摩擦表面，减缓油氧化变质一般要求油温保持在50°C左右。本例采用水
冷水先进入壳管式级间冷却器和后冷却器。二者置于同一壳体，位于自由端。空气由上而下从管中流过，冷却水由下而上流过管外。有两个防蚀锌棒
的螺塞11、15设有安全膜12水路堵塞也可能会使安全膜破裂从冷却器出来的水冷却气缸和气缸盖并联冷却滑油冷却器(并联)6-2-1-4
活塞式空压机的气液分离器排气会夹带细小油滴，排气中水蒸气的分压力较高冷却后会析出凝水级间冷却后这些油和水可以部分分离出来积于级间
冷却器和下一级缸进气口之间的空气管路里有泄放阀予以泄放在后冷却器后设气液分离器 以提高充人气瓶的压缩空气品质气液分离器出口设
有止回球阀。气液分离器下部设有油水泄放阀。6-2-1-4 活塞式空压机的气液分离器气液分离器按工作原理分有：惯性式(利用液滴随气流
运动时惯性较大)过滤式(利用液滴和气体分子大小不同)吸附式(利用液体的粘性)惯性式工作原理：液滴质量大，运动惯性大在多次改变流动方
向的过程中，撞击并附着在芯子壁上聚集而流到壳体6的下部空间为避免停车时气流返回空压机，分离器出口有止回球阀46-2-1-5活塞式空
压机的卸载机构常用的卸载方法使第一级吸气阀常开开中冷器和分离器后泄放阀提起偏心手柄2顶杆3下移，通过活塞5、弹簧6、导筒7和顶爪9
等，强行顶开一级吸气阀片放下偏心手柄顶爪(弹簧作用)向上，使空压机正常工作可用空气经管接头1来控制活塞，用电磁阀或其它方法控制压缩
机的有载或卸载运行，6-2-2活塞式空压机的自动控制在进出港口、锚地或窄水道时主机起、停和换向较频繁，消耗空气量较大气瓶容积有限需
要及时起动补充在船舶停泊或航行于开阔水面的大多数时间内空气耗量要少但忽略补充，也可能造成严重的后果因此，目前船舶空压机一般都采用自
动控制有两台可以并联工作的空压机，或再添一台作为备用6-2-2活塞式空压机的自动控制6-2-2活塞式空压机的自动控制(1)自动起、
停利用装压力继电器即可控制空压机起、停两个压力继电器分别控制两台空压机其接通和切断的整定压力值都相差一定数值例如一台2.5MPa起
动，3.0MPa停车另一台则2.4MPa起动，2.9MPa停车当前者单独工作不足以维持2.5MPa压力时，另一台加人工作 6-2-
2活塞式空压机的自动控制(2)自动卸载和泄放压缩机设有定时器，它能控制卸载机构电磁阀的开启。停车时保持常开转速正常后再关闭运行期间
定时开启，泄放油、水停车时同时使泄放电磁阀开启，定时器也停止工作6-2-2活塞式空压机的自动控制(3)冷却水自动控制在供水管路上设
电磁阀与压缩机起、停同步接通和切断。也可在供水管路上设气动薄膜阀，起动后靠第一级排气使之开启，停车时排气泄放则气动阀自动关闭断水，
还可以籍排气压力的升高对阀的开度作比例调节。6-2-2活塞式空压机的自动控制(4)自动保护 在高压缸排气管路上设温度继电器，
排气温度 过高时使压缩机停机。可设油压或曲轴箱油位继电器在油压或油位过低时停车。有的还设有冷却水压力过低保护。 (5)自
动供油 当低压缸吸气管设有滴油润滑时可设供油电磁阀，和压缩机同步启、停。一、管理要点1. 起动和停车手动(1) 一般性检查(
2) 曲轴箱油位 过低润滑不良，轴承缺油烧坏；而过高飞溅量大(3) 供冷却水(4) 开管路截止阀(5) 开卸载机构(6) 按启动按
钮(7) 关卸载机构，关泄放阀(由低压至高压)(1) 开卸载机构(2) 开泄放阀(由高压至低压)(3) 按停车按钮(4) 关管路截
止阀，停冷却水6-3活塞式空压机的管理①转动无阻卡现象②盘车无异常③仪表和装置正常6-3-1活塞式空压机的管理要点 6-3-1-
1活塞式空压机的启动和停车 (1)一般检查应无妨碍转动的障碍，仪表和装置正常刚检修或久置未用的机器应盘车1～2转(2)检查曲轴箱油
位油位应保持在油尺规定刻度内油勺应浸入油中20～30mm（曲轴下止点时）油位过低会造成润滑不良，甚至使轴承缺油烧坏而油位过高又会使
飞溅量过大耗油量和功率损耗增加过多的油进人气缸会影响空气品质容易过多结焦使气阀和活塞环失灵低压缸如采用滴油润滑应注意使油杯油位不低
于1／3，调节滴油量每分钟4～6滴。6-3-1-1活塞式空压机的启动和停车(3)供给冷却水打开冷却水系统各阀，开启进水管上试水考克
或气缸下部冷却水腔泄水阀，检查有否冷却水及水压充足否(4)全开通往贮气瓶管路上的截止阀。(5)非自动控制的压缩机低压级设有卸载机构
的应手动卸载检查各级排气端泄放阀使其保持开启。(6)起动压缩机注意观察起动电流和听声音如负荷过大或声音异常应立即停车检查。6-3-
1-1活塞式空压机的启动和停车(7)一切正常后非自动控制压缩机应手动停止卸载机构工作由低至高关闭各级泄放阀。停车时非自动控制压缩机
应先手动卸载由高至低开启各级泄放阀可防止因缸内存气而在拆检时发生意外 6-3-1-2活塞式空压机运行中的检查要点(1)润滑情
况润滑的目的是:减轻摩擦，带走热量和增强气密当吸气T不超过45℃时，滑油T应不超过70 ℃(风冷80 ℃ )应经常注意油位如压力润
滑，油压应不低于0.1MPa 6-3-1-2活塞式空压机运行中的检查要点(2)冷却情况冷却水进水压力应足够，一般在0.07～0.3
MPa范围流速约1～2m／s冷却水进出口温升一般是10～15℃发现断水，立即停车自然冷却后再检查，切忌在气缸很热时突然通水，而“炸
缸”风冷空压机要防止风扇叶轮装反6-3-1-2活塞式空压机运行中的检查要点(3)定时泄水每隔2h左右打开中冷器后和气液分离器的泄放
阀一次放出来的水应可有油渍但在手上捻起来无油腻感否则表明带出的滑油过多空气瓶也应定时泄水6-3-1-2活塞式空压机运行中的检查要点
(4)气压和气温各级排气压力是随容器压力升高而升高，应注意各级压力比是否失常各级排气温度通常应不超过160°C进气瓶的气体（水冷时
）应不超过进水缸度加30 ° C还应定时巡查各处是否有气、水、油的漏泄，各气阀盖处温度有否异常，有否异常噪音等6-3-1-3活塞式
空压机检修保养主要事项 6-3-1-3-1活塞式空压机气阀的维护气阀是压缩机中最重要的易损件管理中应注意它是否严密，以及升程和弹
簧的强弱、弹性是否合适。 气阀漏泄会使容积效率下降还会使单位质量排气量所耗功增加、排气T上升气阀漏泄的征兆是该阀的温度异常升高，阀
盖比通常烫手级间气压偏高(后级气阀漏)或偏低(前级气阀漏)排气量降低该缸的排气温度升高6-3-1-3活塞式空压机检修保养主要事项
6-3-1-3-1活塞式空压机气阀的维护在检修气阀时应注意气阀用煤油试漏，每分钟滴漏不得超过20滴不合格者应研磨或换新吸排阀弹簧
不要换错或漏装装阀时固定螺帽的开口销不能用得太细，更不要漏装装入阀室前用螺丝刀推动阀片，不得卡阻吸、排阀不要相互换错检查阀片升程，
应符合说明书要求阀组件装入时垫圈不要漏装，紫铜垫圈安装前应退火。活塞环、填料、轴封和轴承等也是活塞式空压机的易损件，其管理注意事项
可参照往复泵和其它机械6-3-1-3活塞式空压机检修保养主要事项 6-3-1-3-2活塞式空压机滑油选择和更换1、良好的抗氧化积
炭能力空压机中空气T高、氧气分压力大，并有冷凝水和铜管起催化作用，润滑油容易氧化变质，生成积炭积炭加剧运动件磨损，影响活塞环和气阀
的密封性，甚至造成活塞拉缸、气道中炭沉积物自燃等严重事故要求空压机油有良好的抗氧化能力，在高温下尽可能不生成或少生成炭沉淀物6-3
-1-3-2活塞式空压机滑油选择和更换2、有良好的抗乳化性工作期间及停转后，气缸及曲轴箱内易凝结水分，使油乳化，降低润滑能力，在金
属表面生锈3、高温下应保持适当的粘度足够的粘度能保证足够的承载强度和密封性能粘度太高不仅摩擦功增加，而且积炭增多6-3-1-3-2
活塞式空压机滑油选择和更换4、有适当高的闪点闪点一般高于压缩终了的空气温度20～40C为宜多在200～240C范围内并非闪点越高越
安全高闪点油的分子也较复杂，热稳定性差，故结碳较多，自燃温度也较低国产压缩机油按100‘C时运动粘度分为13号和19号两个牌号13
号压缩机油未加添加剂，适用于工作压力<4MPa的空压机19号加有抗氧化、抗磨等添加剂,用于工作P4～20MPa空压机上述两种滑油的
粘度偏高，19号加有灰添加剂，不仅耗功增加，而且易产生结炭现已研制成N68、N100、N150号新系列压缩机油定期检查曲轴箱内滑油
，发现脏污变质时，应予更换6-3-1-3-3活塞式空压机冷却系统的清洗冷却效果明显下降时应对冷却器和气缸冷却水腔清洗除垢，碱洗法较
安全可用1％NaC03热溶液循环清洗用海水冷却时如结垢严重可采用酸洗法，清洗药剂和方法可参照海水淡化装置空气冷却器的空气管也应定期
吹除和清洗油污尘垢冷却器的防蚀锌棒应定期检查，耗蚀过多时应予换新。 6-3-1-3-4压缩机运动部件间隙维护压缩机运动和摩损
部件的检修要点原则上与其它活塞式机械相同主要是注意各个配合间隙如活塞环间隙主轴承和连杆轴承间隙活塞与缸壁间隙以及气缸余隙等定期检修
还要测量气缸、活塞销、曲柄销和曲轴轴颈的圆度、圆柱度和磨损情况当超过允许的极限值时应修理或换新上述各项的安装值和极限值详见JT41
10—79标准参见表6-26-3-1-3-5压缩机防止着火与爆炸油在高温条件下分解所形成的积碳可发生自燃当油浸入积碳和铁锈之中时（
滞留在排气通道中）若排气温度高到一定程度，吸收了油的积碳沉淀物氧化加剧而氧化是一种放热反应，使局部温度进一步升高而发生自燃自然并不
一定要空气温度达到油的闪点有时在气温为180～200‘C甚至更低时发生自燃加剧了油的蒸发当空气中油的浓度达到一定程度时就可能爆炸防
止着火与爆炸的主要措施是：选用抗氧化安定性好，粘度和闪点适当的润滑油尽量防止工作温度过高工作温度不超过150C和低于油的闪点约28
℃时，安全6-3-1-3-5压缩机防止着火与爆炸尽量减少缸内和气道内积油、积碳完全避免油的氧化和分解是不可能的应及时地清除气道中的
积油和积碳，使积碳厚度不超过3mm消除其它触发自燃的因素例如压缩机应接地，避免静电积聚引起电火花不允许运动部件异常摩擦和咬死不允许
容器和管道的零件松动产生撞击不应采用可燃性密封材料不允许气阀严重漏气不允许活塞环漏气量太大导致曲轴箱高温，这时若箱内运动件局部过热
，有能引起曲轴箱爆炸防止空气中油分达到爆炸浓度压缩机空转和降低排气量运转的时间不宜过长，因为这时油气集聚浓度会较快地增大。6-3-
2 活塞式空压机的故障分析1．排气量降低使理论排气量降低的原因有：(1)空压机达不到额定转速，例如传动皮带打滑由漏泄造成的排气量降
低的原因有(2)阀片变形、磨损不均，或接触面有污物(3)阀座与阀孔结合面不严或忘记加垫圈(4)阀弹簧未装或断裂，弹簧过弱以至关闭过迟(5)气缸、活塞环磨损过大，活塞环卡死、断裂或搭口转到一起(6)缸盖与缸体接触不严密。使吸气阻力过大的原因有(7)空气滤器脏堵或气阀通道结碳过多(8)吸气阀弹簧过强(9)余隙容积过大(10)气缸等冷却不良使吸气预热损失过大。6-3-2 活塞式空压机的故障分析2．级间压力超过正常值或低于正常值 当级间压力超过低压级安全阀整定值时，安全阀如果正常即会开启。级间压力过高是由于(1)后一级排气量减少(2)级间冷却不良(3)级差式压缩机高压缸排气经活塞环漏人低压缸太多级间压力过低，如不存在级间气体外漏，则是由前—级排气量减少造成。3．排气温度过高原因有(1)气阀漏泄(2)气缸或冷却器冷却不良(3)吸气温度过高(4)排气压力过高6-3-2 活塞式空压机的故障分析4．不正常的敲击声, 主要原因有(1)机械敲击轴承间隙大、气缸余隙太小、连杆螺栓松动、地脚螺栓或其它固定件松动、缸内掉进气阀碎片或气阀弹簧等(2)油击气缸滑油量过多(3)水击气缸冷却水漏人缸内(缸体和缸盖间密封损坏或缸体有裂纹等)、缸套冷却水温太低产生凝水或前级凝水未及时泄放(4)曲柄连杆机构与气缸中心线不一致 |
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