空气压缩机基础知识 ,空气压缩机基础知识培训记录

2825人浏览 2024-10-18 提问网友:166****5558 IP归属地:昌吉市

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  • 常松师傅
    常松师傅
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    一、简介

    空气压缩机(英文表述为 “air compressor”)是气源装置的核心部分。它作为一种装置,能够把原动机(一般为电动机)所具有的机械能转化为气体的压力能,也是产生压缩空气的气压发生装置。压缩机归属于动力机械的范畴,其功能在于使气体体积减小、压力增大,从而产生特定的动能,而这些动能可被用作机械动力或者其他用途。

    1、压缩空气系统图如下

    2、空气压缩机的工作过程可以分为以下几个基本步骤:

    (1). 吸气阶段:

    在吸气阶段,压缩机的进气阀打开,大气中的空气被吸入压缩机的压缩腔体内。

    对于往复式压缩机,活塞向后移动,创建负压吸入空气。

    对于螺杆式压缩机,螺杆的旋转在螺槽中形成低压区域,吸入空气。

    对于离心式压缩机,叶轮旋转产生的负压吸入空气。

    (2). 压缩阶段:

    往复式压缩机中,活塞向前移动,减少气缸内的体积,从而压缩空气。

    螺杆式压缩机中,螺杆旋转将空气推向排气端,同时减小螺槽的体积,压缩空气。

    滑片式压缩机中,转子旋转,滑片在离心力作用下紧贴气缸内壁,封闭的压缩腔体积减小,压缩空气。

    离心式压缩机中,空气在叶轮中被加速,然后在扩压器中减速,动能转换为压力能,实现压缩。

    (3). 排气阶段:

    压缩后的空气需要被排出压缩机,并输送到储气罐或直接使用。

    往复式压缩机中,活塞继续向前移动,关闭进气阀,打开排气阀,将压缩空气排出。

    螺杆式压缩机中,压缩空气在达到排气压力后,通过排气口排出。

    滑片式压缩机中,压缩空气在压缩腔达到排气端时排出。

    离心式压缩机中,压缩空气通过排气管道连续排出。

    (4). 冷却和润滑:

    在许多压缩机中,特别是螺杆式和往复式压缩机,压缩过程中会产生大量的热。

    为了控制温度并减少磨损,通常会在压缩腔中注入润滑油。油不仅起到冷却作用,还起到润滑作用,减少部件之间的摩擦。

    (5). 油气分离:

    在排出压缩空气之前,需要将其与润滑油分离。这通常通过油气分离器来完成,它使用离心力或过滤介质来分离油和空气。

    (6). 后处理:

    压缩空气可能需要进一步的处理,如干燥和过滤,以去除水分和污染物,以满足特定的应用要求。

    二、空气压缩的分类

    1、根据工作原理分类

    空气压缩机主要可以分为两大类:容积式和速度式(也称为动力式或透平式)

    (1). 容积式压缩机:这类压缩机通过减少气体的体积来增加其压力。常见的容积式压缩机包括:

    机械能→势能

    a:往复式压缩机(Reciprocating Compressors):使用活塞在气缸内往复运动来压缩空气,可以是单作用或双作用,单级或多级。

    b:回转式压缩机(Rotary Compressors):包括螺杆式(Rotary Screw Compressors)、滑片式(Rotary Vane Compressors)、滚动活塞式(Rolling Piston Compressors)和涡旋式(Scroll Compressors)等。这些压缩机通过旋转元件来实现气体的压缩。

    (2). 速度式压缩机:这类压缩机通过高速旋转的叶片来加速气体,将气体的动能转化为压力。

    动能→势能

    主要类型包括:a:离心式压缩机(Centrifugal Compressors):使用旋转叶轮来加速气体,属速度型压缩机,在其中有一个或多个旋转叶轮(叶片通常在侧面)使气体加速;主气流是径向的。适用于大流量和较高压力的场合。

    b:轴流式压缩机(Axial Compressors):通过一系列沿轴线排列的叶片来压缩气体,适用于需要连续、高速气流的场合。

    2.按照排气压力分类

    (1)鼓风机:0.01~0.1MPa

    (2)低压:0.2~1.0MPa

    (3)中压:1~10MPa

    (4)高压:10~100Mpa

    (5)超高压:>100MPa

    3.按照排气量分类

    (1)微型:<1m3/min

    (2)小型:1~10m3/min

    (3)中型:10~100m3/min

    (4)大型:>100m3/min

    4.按照冷却方式分类

    (1)风冷:以空气作为冷却介质,依靠自身的散热风扇完成空气循环。

    (2)水冷:以水作为冷却介质,配备专用冷却水塔,或提供专用冷却水循环系统。

    5.按照润滑方式分类

    (1)有油润滑

    a.喷油式压缩机

    b.微油式压缩机

    (2)无油润滑

    a.水润滑

    b.干式螺杆

    c.无油活塞

    d.离心式

    三、空气压缩机的工作原理

    1、活塞式空气压缩机

    当活塞从汽缸的上止点朝着下止点移动时,汽缸内部的容积会增大,缸内压力随之降低。一旦缸内压力低于外界大气压力,在汽缸内外压力差的作用下,外界空气就会克服弹簧的张力,推开进气阀进入汽缸(此时出气阀处于关闭状态)。当活塞移动到下止点时,汽缸内便充满了空气,其压力与外界大气压力相同。由于汽缸内外压力达到平衡,气门弹簧就会将进气阀弹回并关闭,至此吸气过程完成。

    当活塞从下止点向上止点移动时,此时进、出气阀均处于关闭状态,汽缸内的空气受到压缩。随着活塞的上移,汽缸容积持续变小,被压缩的空气压力也越来越高,这一过程就是压缩过程。

    当被压缩的气体压力超过气门弹簧的张力与出气管内压力的合力时,出气阀就会被顶开,压缩空气从出气管排出,一直到活塞到达上止点。这时,因为汽缸内的大部分压缩空气已经排出,气压急剧下降,于是排气阀在其弹簧张力的作用下再次关闭汽缸,这一过程就是排气过程。

    活塞再次从上止点向下止点移动时,新鲜空气又会被吸入汽缸,从而开始下一个吸气过程。活塞式空压机便是如此周而复始地进行吸气、压缩和排气循环工作的。

    说明:鉴于当前低压市场中的活塞式空压机已初步被螺杆式空压机所淘汰,所以我们只需对活塞式空压机有所了解即可。

    2、螺杆式空气压缩机

    螺杆空压机又分为两种:双螺杆空压机和单螺杆空压机。

    (1)单螺杆空压机的工作原理及简介:

    单螺杆空压机又称蜗杆空压机,主要由一个六头螺杆和两个十一齿星轮组成啮合副,装在机壳内。其工作原理如下:

    1、吸气过程:螺杆螺槽在星轮齿尚未啮入前与吸气腔相通,处于吸气状态。当螺杆转到一定位置,星轮齿将螺槽封闭,此时吸气过程结束。

    2、压缩过程:吸气过程结束后,螺杆继续转动,随着星轮齿沿着螺槽推进,封闭的工作容积逐渐减小,实现气体的压缩过程。当工作容积与排气孔口连通时,压缩过程结束。

    3、排气过程:工作容积与排气孔口连通后,随着螺杆继续转动,被压缩气体由排气孔口输送至排气管道,直至星轮齿脱离螺槽为止。

    a. 单螺杆空压机的运动部件数量较多,它具有三个旋转轴,并且螺杆与行星齿轮的刚性差异显著。在运动时,二者易出现不均匀变形的情况,这就导致它们相互啮合的精度难以得到保证,进而使容积效率较低。当前市场上售卖的单螺杆压缩机,其行星齿轮均采用非金属材料,这种材料耐磨性欠佳。在高速运转时,由于磨损严重,内部泄漏量增大,工作一段时间后流量会大幅衰减,一般运行 3000 - 4000 小时后,流量平均会减少 5 - 10%。因此,单螺杆空压机在工业应用中的经济性非常差。而且不均匀变形引发的啮合精度问题还会降低整机设备的机械稳定性,致使故障率和维修率升高,进一步缩小了它的使用范围。

    b. 行星齿轮作为单螺杆压缩机的关键部件之一,其主要功能为密封。就行星齿轮的材料而言,仍有待进一步改进。如果使用钢制行星齿轮,由于钢材的膨胀系数大,膨胀量也就大,所以必须在行星齿轮与螺杆之间预留较大的间隙,这不仅会造成较多泄漏、效率低下,还容易出现咬死现象从而引发重大故障;若采用复合材料,虽然能够解决上述问题,但现有的复合材料强度低、耐磨性差,在运转时受到剪切力和机械摩擦的作用,很快就会损坏,导致内部泄漏增加、效率降低,而且维修频繁,增加了维护人员的劳动强度和维修成本。各厂家迫切需要找到一种强度高、膨胀度小且耐磨的材料,但就目前材料科学的发展状况而言,短期内很难从根本上解决这一问题。

    c. 单螺杆空压机的螺杆型线也需要进一步优化。由于前面提到的两个问题的存在,并且在可预见的未来难以得到妥善解决,这就限制了单螺杆空压机的推广。

    (2)双螺杆空压机的工作原理及简介:

    双螺杆空压机的工作原理是通过一对相互啮合的螺杆转子,在机壳内旋转,从而实现空气的吸入、压缩和排出5。具体工作过程如下:

    吸气过程:当螺杆转子旋转时,齿槽容积逐渐增大,空气通过进气口被吸入齿槽内4

    压缩过程:随着螺杆转子的继续旋转,齿槽容积逐渐减小,空气被压缩4

    排气过程:当齿槽容积减小到一定程度时,压缩空气通过排气口排出机壳4

    目前技术相较于单螺杆成熟

    ,时长02:00

    3、离心式压缩机

    是具有叶片的工作轮在压缩机的轴上旋转,进入工作轮的气体被叶片带着旋转,增加了动能(速度)和静压头(压力),然后出工作轮进入扩压器内,在扩压器中气体的速度转变为压力,进一步提高压力,经过压缩的气体再经弯道和回流器进入下一级叶轮进一步压缩至所需的压力。

    4、涡旋式空气压缩机

    涡旋空气压缩机是由两个双函数方程型线的动、静涡盘相互啮合而成。在吸气、压缩、排气工作过程中,静盘固定在机架上,动盘由偏心轴驱动并由防自转机构制约,围绕静盘基圆中心,作很小半径的平面转动。气体通过空气滤芯吸入静盘的外围,随着偏心轴旋转,气体在动静盘噬合所组合的若干个月牙形压缩腔内被逐步压缩,然后由静盘中心部件的轴向孔连续排出。

    5、滑片式空气压缩机

    压缩腔体中偏心放置一个轮子,在这个轮上有4~6片可以沿着轮中心轴向滑动的滑片,滑片底部有弹簧,控制滑片一直和腔体接触.

    四、无油和喷油式空气压缩机介绍

    1.无油螺杆空压缩机介绍

    2.无油螺杆机转子内部结构介绍

    3.无油螺杆空压机结构图

    1 - 进气口 2 - 消音槽 3 - 空气过滤器 4 - 低压转子 5 - 中间冷却器 6 – 疏水器和排水管 7 - 高压转子 8 - 消音器 9 - 单向阀 10 - 后冷却器 11 - 压缩空气出口 12 - 放空阀和消音器 13 - 进水 14 - 出水 15 - 油冷却器 16 - 油过滤器17 - 油路旁通阀 18 - 油泵

    4.喷油螺杆机流程原理

    五、空气压缩机相关参数介绍

    1.排气压力

    定义—最终排出压缩机的气体压力。活塞机在空气桶处测得。螺杆机在油气桶内测得。

    额定排气压力—设计工况的排气压力,即压缩机铭牌上标的排气压力。

    压缩机可以在低于额定排气压力的任意压力下工作,只要强度和排气温度允许也可超过额定排气压力工作。

    常用的排气压力单位:bar 或Mpa 1bar=0.1Mpa

    一般客户习惯性地称压力单位为Kg(公斤) 1Kg=1bar

    1 MPa = 10 bar

    1 bar = 14.504 psi

    1 bar = 1公斤/平方厘米

    2.容积流量(排气量)

    定义—单位时间内,压缩机最后一级排出的气体量(后冷却器,止回阀和水分离器的下游)换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值(进气状态下)。

    容积流量(排气量)=进气量-气体泄漏量

    容积流量的单位:m3/min(立方米/分钟)、L/min(升/分钟) CFM(立方英尺/分钟)

    1 m3=1000L=35.315CFM

    国内一般常用的容积流量单位m3/min(立方米、分钟)(标方流量:Nm3/min )

    容积流量在我国又通常被成为排气量或铭牌流量

    3.排气温度

    定义—每一级排出气体的温度。通常在排气接管处测得。

    温度有摄氏度 °C、华氏度F、绝对温度(凯氏) K

    绝对温度T = 273 +摄氏度 t

    F = 32 + 1.8 t

    如摄氏度20°C,则其

    绝对温度T = 273 + 20 = 293 K

    华氏温度 = 32 + 1.8 x 20 = 68 F

    4.压力露点

    空气进行冷却,当水蒸气分压力等同与饱和压力,此时的温度即为露点温度,此时空气100%饱和含水。压缩空气的露点温度,即称为压力露点。

    大气的露点就是在大气压力下水蒸气开始冷凝时的温度.(常压露点)

    任何进一步的冷却,便有冷凝水析出

    5.排气含油量

    单位:PPM( mg/m3 )

    单位体积的压缩空气中所含的油(包括油滴、悬浮粒子、油蒸气)的质量,换算到绝对压力0.1MPa、温度20℃和相对湿度65%大气条件下的值。

    通常我们所说的PPM为重量比。(1kg的百万分之一为毫克)

    1PPMw=1.2mg/m3(PA=0.1MPa、t=20℃、φ=65%)

    六、空压机品牌介绍

    1. Atlas Copco(瑞典) 成立于1873年,是全球工业空气压缩机的领导者之一,以设计和制造高品质压缩机而知名,业务遍及180多个国家。

    2. Ingersoll Rand(美国) 成立于1871年,是全球最大的工业空气压缩机制造商之一,提供各种类型的压缩机,包括往复式、旋转螺杆式、离心式等。

    3. Siemens(德国) 成立于1847年,是一家跨国公司,主要活跃在能源、医疗保健、工业和基础设施等行业。

    4. Sullair(美国) 成立于1965年,以生产高质量的空气压缩机而闻名,产品主要用于军事、纺织、制药等行业。

    5. Gardner Denver(美国) 成立于1859年,提供多种工业空气压缩机产品,包括油-free压缩机、螺杆式压缩机等。

    6. Kaeser(德国) 成立于1919年,德国最大的空气压缩机制造商之一,以出色的可靠性、能效和易于维护而著称。

    7. Doosan(韩国) 成立于1896年,在全球38个国家开展业务,专注于生产185至1600 CFM的压缩机。

    8. Fusheng(台湾) 成立于1953年,是中国最大的空气压缩机制造商之一,主要生产油润滑压缩机、便携式压缩机等。

    9. BOGE Kompressoren(德国) 成立于1907年,服务于全球超过100,000用户,提供活塞式、涡轮式、螺杆式等工业空气压缩机。

    10. Hanbell(台湾) 成立于1994年,生产离心式和螺杆式压缩机,满足各种工业需求。

    11.compAir(英国) 压缩空气及压缩空气系统

    12.KOBELCO(日本) 日本神钢,提供螺杆式、往复式、道路移动式空压机

    主要国产空压机品牌有: a、博莱特(上海);b、富达(柳州);c、优耐特斯(上海); d、维肯(上海); e、斯可络(上海);f、浪潮(上海); g、日盛-施耐德(上海);h、东方(上海);i、开山(浙江);

    j、鲍斯股份;k、捷豹;l、东亚机械;m、汉钟精机

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