往复活塞式压缩机原理结构与故障分析课件.ppt
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1、往复活塞式压缩机 原理 结构与故障分析 目录1、概述2、往复活塞式压缩机及其分类3、往复活塞式压缩机的原理4、往复活塞式压缩机的结构5、往复活塞式压缩机的部件6、往复活塞式压缩机的安装与调试7、往复活塞式压缩机的故障及处理 概述 目前往复式压缩机发展方向是:大容量、高压力、结构紧凑、能耗少、噪声低、效率高、可靠性高、排气净化能力强;普遍采用撬装无基础、全罩低噪声设计,大大节约安装、基础和调试费用;不断开发变工况条件下运行的新型气阀,气阀寿命大大提高;在产品设计上,应用压缩机热力学、动力学计算软件和压缩机工作过程模拟软件等,提高了计算准确度,通过综合模拟模型预测压缩机在实际工况下的性能参数,以提
2、高新产品开发的成功率。压缩机产品机电一体化得到强化,采用计算机自动控制,自动显示各项运行参数,实现优化节能运行状态,优化联机运行、运行参数异常显示、报警与保护;产品设计重视工业设计和环境保护,压缩机外型美观,更加符合环保要求。国内可以生产石化行业需要的往复式压缩机的厂家主要有沈阳气体压缩机厂、上海压缩机厂、无锡压缩机厂等。经过20年的发展,国内已形成L、D、DZ、H、M等数十个压缩机系列、数百种产品。国内的中小型压缩机基本满足了国内石化行业的需求,但大型往复压缩机还不能完全满足需要。沈阳气体压缩机厂从德国BORSIG公司引进了全套的往复压缩机设计制造技术,将产品市场定位于炼油、化工领域,尤其在
3、大中型往复压缩机技术开发方面取得了突破性进展。1990年研制成功了符合现行国际标准的4M50系列大型氢气往复压缩机组,1996年推出了6M50型系列氮氢气压缩机组、1998研制成功了4M80型系列大型氢气压缩机组。往复式新氢压缩机容积流量达到34000Nm3/h、活塞压力达到80KN,出口压力达到19MPa,功率达到4000KW,已用于200万t/a渣油加氢脱硫装置。天华化工机械及自动化研究设计院和江阴压缩机厂合作设计制造的迷宫压缩机流量达到980Nm3/h,出口压力达到3.8Mpa,已经应用于7万t/a聚丙烯装置。大型机组的研制成功,打破了国外厂商长期垄断我国炼油化工用往复压缩机市场的局面,
4、使同种机组的市场价格下降超过50%,标志着中国的往复压缩机制造能力正向国际先进水平迈进。前国内往复压缩机技术水平同国外相比,主要差距为基础理论研究差,产品技术开发能力低,工艺装备和试验手段落后,产品技术起点低,规格品种、效率、制造质量和可靠性还有相当差距,技术含量高和特殊要求的产品满足不了国内需要。压缩机 什么是压缩机?用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机。靠一个或几个作往复运动的活塞(隔膜或柱塞)来改变压缩腔内部容积的容积式压缩机叫往复式压缩机。活塞式压缩机的特点活塞压缩机的优点:1、活塞压缩机的适用压力范围广,不论流量大小,均能达到所需压力 2、适应性强,即排气范围较广,且不受压力
5、高低影响,能适应较广阔的压力范围和制冷量要求 3、活塞压缩机对材料要求低,多用普通钢铁材料,加工较容易,造价也较低廉 4、活塞压缩机的装置系统比较简单,可维修性强 5、热效率高,单位耗电量少 6、技术上较为成熟,生产使用上积累了丰富的经验 活塞压缩机的缺点:1、排气不连续,造成气流脉动 2、转速不高,机器大而重 3、运转时有较大的震动 4、结构复杂,易损件多,维修量大往复式压缩机的分类按活塞的压缩动作可分为 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。按结构形式分类可分为立式(Z)、卧式(P)、角度式(L,V,
6、W,S,X)、对称平衡型(D)和对置式(DZ)等。压缩机型号命名如:6M40-490/25.5-BX(或 BX6M40-490/25.5)为6列气缸,M型对称平衡型,活塞力为40吨力,打气量为490m3/min,排气压力为25.5kgf/cm2(2.55MPa)国内往复式压缩机通用结构代号的含义如下: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。往复式压缩机机型活塞式压缩机工作原理活塞式压缩机属于最早的压缩机设计之一,但它仍然是最通用和非常高效的一种压缩机。活塞式压缩机通过连杆和曲轴使活塞在气缸内向前运动。如果只用活塞的一侧进行压缩,则称为单动式。如果活塞
7、的上、下两侧都用,则称为双动式。当活塞式压缩机的曲轴旋转时,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。活塞式压缩机的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;活塞式压缩机的活塞反向运动时,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。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时,上述过程重复出现。总之,活塞式压缩机的曲轴旋转一周,活塞往复一次,气缸内相继实现进气、压
8、缩、排气的过程,即完成一个工作循环。活塞式压缩机工作过程理想情况: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23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。活塞式压缩机工作示意图往复式压缩机的结构(6M40-490/25.5-BX)往复式压缩机主要由工作腔部分、机座部分及辅助系 统(润滑、冷却、仪表控制、安全放空等)等三大部分 组成 往复式压缩机本体的结构:机身部件、接筒部件、气缸部件、活塞部件、填料部件、气阀部件、曲轴部件、
9、连杆部件、十字头部件、盘车部件和联轴器部件等往复压缩机外观机身部件主要由中体、曲轴箱、主轴瓦(主轴承)、轴承压盖及连接和密封件等组成曲轴箱可以是整体铸造加工而成,也可以是分体铸造加工后组装而成。主轴承采用滑动轴承,为分体上下对开式结构,瓦背为碳钢材料,瓦面为轴承合金,主轴承两端面翻边,用来实现主轴承在轴承座中的轴向定位;上半轴承翻边处有两个螺孔,用于轴承的拆装;轴承盖内孔处拧入圆柱销,用于轴承的径向定位;安装时应注意上下轴承的正确位置,轴承盖设有吊装螺孔和安装测温元件的光孔。轴承盖与轴承座连接螺栓的预紧力,需用螺栓紧固后的紧固力矩来保证。机身外形图曲轴曲轴是往复式压缩机的主要部件之一,传递着压
10、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。故曲轴一般采用锻造。它一般由主轴颈,连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。曲轴的支承方式一般有两种,一种是全支承曲轴,另一种是非全支承曲轴。全支承曲轴:曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个,即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。曲轴部件结构特点:六列六拐,错角120。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、
11、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。连杆分为连杆体和连杆大头瓦盖两部分,由二根抗拉螺栓将其连接成一体,连杆大头瓦为剖分式,瓦背材料为碳钢,瓦面为轴承合金,两端翻边做轴向定位,大头孔内侧表面镶有圆柱销,用于大头瓦径向定位,防止轴瓦转动;连杆小头及小头衬套为整体式,衬套材料为锡青铜。连杆体沿杆体轴向钻有油孔,并与大小头瓦背环槽连通,润滑油可经环形槽并通过轴瓦上的径向油孔实现对十字头销和曲柄销的润滑。为确保连杆安全可靠地传递交变载荷,连杆螺栓必须有足够预紧力,其预紧力的大小是通过连杆螺栓紧固的力矩来保证的,力矩的数值各系列不同。连杆体、大头瓦盖为优质碳钢锻制成,连杆螺栓为合金结构钢材料。连杆大头瓦盖处螺孔为拆装
12、时吊装用孔,组装后应将吊环螺钉拆除。连杆螺栓累计使用时间达到16000小时,必须更换新螺栓连杆十字头十字头是连接活塞与连杆的零件,它具有导向作用。十字头与活塞杆的连接型式分为螺纹连接、联接器连接、法兰连接等。螺纹连接结构简单,易调节气缸中的止点间隙。但是调整时需转动活塞,且在十字头体上切削螺纹时,经多次拆装后极易磨损,不易保证精度要求。故这种结构常用于中、小型压缩机上。不在十字头体上切削螺纹,而采用两螺母夹持固定的结构,可用于大、中型压缩机。联接器和法兰连接结构,使用可靠,调整方便,使活塞杆与十字头容易对中。但结构复杂笨重,多用在大型压缩机上。十字头十字头液压联接紧固装置液压联接紧固装置是用于
13、活塞杆与十字头体的连接,主要由联接装置和紧固装置两部分组成。原理:通过联接紧固装置,将活塞杆与十字头进行连接后,用手动超高压油泵,将约150Mpa压力的油注入紧固装置中的序号7压力体中,利用液体不可压缩的性质,推动序号5活塞,迫使活塞杆尾部产生弹性拉伸变形,再将序号4锁紧螺母锁定后,将油泄压,即可达到连接所需的预紧力。连接打压过程中应注意:油泵压力不得超过150Mpa,紧固的全过程需经三次才能完成,每次间隔1小时,每次紧固的方法均相同。十字头液压联接紧固装置接筒接筒为铸铁制成的筒形结构,分有单隔室和双隔室两种型式,对于压缩易燃易爆或有毒介质时,采用双隔室型式,中间隔腔处安装中间密封填料,用以阻
14、止气缸中泄漏气体进入机身。每个腔室的顶部设有放空口,底部设有排污阀,靠气缸侧腔室根据需要分别设有充氮、漏气回收、注油、冷却水连接法兰及接头,用于与外部管路的连接;单隔室接筒不设中间密封填料,其余接口根据需要设置。接筒两侧开有窗口,便于安装、检修用。靠机身侧凹形隔板处安装刮油器,接筒与机身及气缸的连接采用止口定位,定位面密封采用厌氧型平面密封剂或垫片密封。接筒气缸气缸主要由缸座、缸体、缸盖三部分组成,低压级多为铸铁气缸,设有冷却水夹层;高压级气缸采用钢件锻制,由缸体两侧中空盖板及缸体上的孔道形成泠却水腔。吸气阀孔盖上及气缸盖端可根据用户订货要求,设置压开吸气阀调节装置和固定余隙阀,用于实现排气量
15、的分级调节。气缸设有支承,用于支撑气缸重量和调整气缸水平。气缸活塞活塞部件是由活塞体、活塞杆、活塞螺母、活塞环、支承环等零件组成,每级活塞体上装有不同数量的活塞环和支承环,用于密封压缩介质和支承活塞重量。气缸注油润滑时,活塞环采用铸铁环或填充聚四氟乙烯塑料环;当压力较高时采用铜合金活塞环;支承环采用塑料环或直接在活塞体上浇铸轴承合金。气缸无油润滑时,活塞环支承环均为填充聚四氟乙烯塑料环,支承环结构型式为1200单片式,采用安装在环槽中的定位块,实现支承环的径向定位,当活塞直径较小时,采用整圈开口支承环。活塞与活塞杆采用螺纹连接,紧固方式为加热活塞杆尾部,使其热胀产生弹性伸长变形,将紧固螺母旋转
16、一定角度拧至规定的刻线标记位置后停止加热,待杆冷却后恢复变形,即实现紧固所需的预紧力。活塞杆为钢件锻制成,经调质处理及摩擦表面进行硬化处理,有较高的综合机械性能和耐磨性。活塞体的材料一般为铝合金或铸铁。活塞活塞环活塞环为一圆环,环周上有一处切口,切口形式菜直口、斜口与搭口。斜口斜度为45度。是由聚四氟乙烯等高分子为基材,以碳纤维、玻璃纤维等为填料,组成的一种复合材料。它具有良好的自润滑性、摩擦系数小、耐高温、优异的化学稳定性、突出的不粘性。支撑环(托瓦)填料密封填料是由数组密封元件构成,每组密封元件主要由径向密封环、切向密封环、阻流环和拉伸弹簧组成。为减轻各组密封元件的工作负担,当密封压力较高
17、时,在靠近气缸侧处设有节流环。当密封气体属易燃易爆性质时,在密封填料中设有漏气回收孔,用于收集泄漏的气体并引至处理系统。在前置填料中设置氮气室并充入低压氮气,用来阻止和隔离易燃易爆气体向接筒内泄漏。氮气室中的氮气则允许经前置密封环向接筒气缸侧隔腔中泄漏,经顶部放空口排至处理系统或放空。有油润滑时,密封填料中设有注油孔,可注入压缩机油进行润滑,无油润滑时,不设注油孔。密封填料分通水冷却和不通水冷却两种结构型式,通水冷却时,在填料盒外部设有冷却水腔,当密封填料安装在带有冷却水腔的缸座上时,也可采用不通水冷却结构型式。填料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
18、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、排气等工作过程。气阀主要由阀座、阀片、弹簧、升程限制器和将它们组为一体的螺栓,螺母等组成。排气阀的结构与吸气阀基本相同,两者仅是阀座与升程限制器的位置互换,吸气阀升程限制器靠近气缸里侧,排气阀则是阀座靠近气缸里侧。环状阀因其阀片为薄圆环而得名阀座与升程限制器上都有环形或孔形通道,供气体通过。阀片与阀座上的密封口贴合形成密封。升程限制器上有导向凸台,对阀片升降起导向作用。气阀组件 气阀片 气阀阀盖、气阀座座压缩机的安装及调试1.压缩机的安装1.1 安装前的准
19、备1.1.2 安装前应具备下列技术资料:a、产品出厂合格证;b、产品总图、主 要部件图、产品使用说明书等。1.1.2 安装前应对分箱包装的各零件进行彻底清洗,清除零部件所有表面的防锈油,并涂适量的润滑油以防止在安装间隔期内发生锈蚀。1.1.3 安装前应对周围环境进行清理,保持安装环境清洁、干燥。应避免有害尘埃及腐蚀气体影响。1.1.4 安装前应组织施工人员进行必要的学习培训,以便了解掌握本产品的基本结构特点以及安装中的有关规定要求。1.2 基础验收1.2.1 按有关土建基础施工图及压缩机产品技术资料,对基础标高位置进行复测检查。其允许偏差应符合有关标准、规范的规定。1.2.2 对基础进行外观检
20、查,不允许有较明显的裂纹、窝蜂、空洞、露筋等缺陷。1.3 机身的安装1.3.1 基础表面应进行铲麻处理,麻点应分布均匀,深度不宜小于10mm。1.3.2 机身就位前,应将其底面上的油污、泥土等脏物清除净。1.3.3 机身安装宜采用垫铁安装,平垫铁和斜垫铁的规格表按表1及图1选取制作,每组垫铁不应超过四块,其中仅允许有一对斜垫铁。安装后用0.05mm塞尺检查时,允许局部有间隙,但塞尺插入深度不得超过垫铁总长(宽)的1/3。1.3.4 垫铁与基础应均匀接触,接触面积应达50%以上,各垫铁组上平面应保证水平度和同标高。1.3.5 机身垫铁安放位置如图2所示,每个地脚螺栓两侧的垫铁位置应尽量靠近。1.
21、3.6 基础平面及地脚螺栓孔清理干净后,将机身地脚螺栓放入螺栓孔中的隔离套管内(如无隔离套管,可直接放入孔中)并与锚板正确连接。1.3.7 机身应整体吊装并安放在基础垫铁上,吊装过程中应保持机身水平和稳定。1.3.8 机身的找正1.3.8.1 机身水平度应用水平仪检测,列向水平在十字头滑道处测量,水平度不应超过0.1mm/m;轴向水平度在机身轴承座孔处测量,水平度不应超过0.05mm/m.并以两端数值为准,中间值作参考,两者水平度偏差不得大于0.05mm/m。1.3.8.2 曲轴就位后,应在主轴颈上复查轴向水平,其允许偏差应不大于0.1mm/m,并应保证轴颈底部与轴瓦接触良好。1.3.8.3
22、对接组合式机身,应检测机身轴承孔同轴度不大于0.05m/m。1.3.8.4 机身水平找正时,应使垫铁组与机身底座完全接触,使之均匀受力。1.3.8.5 地脚螺栓应按对称位置均匀拧紧,在紧固过程中机身的水平度不应发生变化,否则应松开地脚螺栓重新调整各垫铁组,直至达到要求。机身地脚螺栓的紧固力矩见“产品说明书”中的规定。1.3.8.6 机身找正合格后,将垫铁组的垫铁点焊固定。1.3.8.7 机身二次灌浆应在机身找正合格后24小时内进行,否则,在二次灌浆前,应对机身的找正数据进行复测,无变化时方可进行二次灌浆。1.3.8.8 二次灌浆时应用细碎石混凝土(或水泥沙浆),其标号应比基础混凝土标号高一级,
23、灌浆时应捣固密实,并保证机器安装精度。垫铁垫铁简图1.4曲轴、连杆、十字头的安装1.4.1 曲轴、连杆、十字头出厂时进行油封的防锈油,安装前应彻底清洗干净,连杆十字头上的油孔、油槽应保持畅通、清洁。1.4.2 主轴承、连杆大头瓦与主轴颈、曲柄销的良好接触及径向间隙是靠精密的机械加工保证的,在紧固螺栓达到拧紧力矩的条件下,其间隙值应符合“产品使用说明书”中的规定。1.4.3 轴承合金表面,一般不应刮研,如与主轴承局部接触不良时,允许微量修研合金层表面。1.4.4 主轴承盖螺栓和连杆螺栓的拧紧力矩是靠螺栓拧紧后的伸长量来保证的。伸长量及拧紧力矩应符合“产品使用说明书”中的规定。1.4.5 当连杆螺
24、栓采用液压紧固装置时,其使用操作的油压和紧固方法,应按随机图样中的“工具部件”及“产品使用说明书”中的规定进行。1.4.6 曲轴在机身上就位安装后,应将各曲拐分别置于上、中、下、左、右四个相互垂直的位置上,分别测量其曲拐臂间距离,其偏差值应符合“产品使用说明书”中的规定。1.4.7 机身与中体为整体结构,主轴承孔中心与十字头滑道中心的垂直度是靠数控精密机床的加工来保证的,安装时其两中心的垂直度可不进行测量.1.4.8 机身两侧列的十字头,因其受作用力方向相反,制造厂在出厂时已将各自十字头滑履上的垫片数量进行调整,并在每个十字头与其对应的机身列处打上字头标记,用户在安装时,应注意其对应关系,不得
25、装错。1.5填料、接筒、气缸的安装1.5.1 组装填料时,每组密封元件的装配关系及顺序应按随机图样中“填料部件”图中的要求进行,不得装反。1.5.2 每组填料密封环与填料盒间轴向间隙,应符合随机图样中的规定。1.5.3 填料组装后,应保证注油孔、漏气回收孔、充氮孔及冷却水孔畅通、清洁,并整体安装于气缸上。1.5.4 将接筒与气缸以止口进行定位,连接面上的O型密封圈应全部放入沟槽中,紧固连接螺栓后,应使气缸与接筒连接面全部接触无间隙。1.5.5 气缸、接筒连接一体后,再将接筒另端与机身连接,其要求同2.5.4条。1.5.6 安装气缸支承,通过支承底板上的调整螺钉,可调整气缸的水平。1.5.7 机
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