关于多级活塞式压缩机的应用

[摘 要]被压缩气体进入工作腔内完成一次气体压缩成为一级。理论上每个级由进气、压缩、排气等过程组成，完成一次前述过程称为一个循环。多级活塞式压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行，并在每级压缩之后将气体导人中间冷却器进行冷却，本文将主要探讨多级活塞式压缩机的应用。

[关键词]多级活塞式；压缩机；应用

中图分类号：TB652 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0400-01

压缩机是制造压缩气体的设备。按动作原理和结构，压缩机可分为活塞式和叶轮式，叶轮式又分为离心式和轴流式两种。按产生压缩气体的压力范围，压缩机可分为压缩机（狭义）、鼓风机和通风机。压缩机，提供气体的表压力范围是2 bar以上；鼓风机的表压力范围是0.1―2 bar，通风机的表压力一般在0.1 bar以下。从热力学的观点来看，压缩机是将机械能转变为热能的设备，需消耗机械功将气体由较低的压力压缩到较高的压力[1]。

一、多级活塞式压缩机的原理

单级压缩机所能提高的压力范围十分有限，对于要求气体工作压力更高的场合，采用单级压缩不仅不经济，有时甚至是不可能实现的，所以必须采用多级压缩。多级压缩是将气体的总压力分成若干级，按先后级次把气体逐级进行压缩，并在级与级间将气体进行冷却。其理论循环由三个连续压缩的单级理论循环组成，为便于分析比较，假设循环中各级吸气和排气无阻力损失，且各级压缩按绝热过程（或多变指数相同的过程）进行；每级气体排出经冷却后的温度与第一级的吸气温度相同（即完全冷却）；不计泄漏以及余隙容积的影响[2]。

二、多级活塞式压缩机的特点

当压缩机的时，其绝热循环功比等温循环功高，压力比越大，这种现象越严重。为了使耗功降低以及不使排气温度过高而影响油的性能，并考虑其他因素，总是把较大的压力比分成两级、三级以及多级压缩，保证每级压力比都处于较小而可行的范围内。多级压缩具有下列特点：（1）经济性好，可以节省耗功。（2）降低排气温度，提高安全可靠性。

排气温度过高，会使油粘度降低，性能恶化，并使积聚在气阀、管网结节处的油中的轻馏分迅速挥发而形成危险的含油气比例。同时，挥发掉轻馏分的余部即构成“积炭”。积炭在更高温时可能起火燃烧或在高速气流中与金属壁碰撞，成为爆炸的原因。积炭还会使排气阀阀内通道（阀座及升程限制器）以及管道阻塞而使阻力增大。在密封环处的积炭会造成活塞环卡死在环槽里，令活塞环失去密封作用。所以，动力用固定式空压机排气温度小于160℃，移动式空压机排气温度小于180℃。

排气温度还因介质特性而受到特殊限制。例如压缩乙炔时，它是不饱和烃，高温时既会聚合又能分解、分解时放出热量使气体温度更高而引起爆炸。所以压力比要保证排气温度小于100℃。氧气和氯气的湿气体因含水分而对铸铁及钢有电化腐蚀作用，不含水分的干燥气体则起氧化腐蚀作用，这些现象又随温度的升高而加剧，所以氧压机排气温度应小于150℃，湿氯气小于100℃，干氯气小于130℃，石油气小于90～100℃，乙烯气小于80-120℃。（3）降低作用在活塞土的气体压力，并且使运动机构受力均匀，提高机械效率[3]。

多级压缩虽然具有一系列的优点，然而也并不是级数越多越好，这是因为：①级数增加使结构趋于复杂，整个装置的制造费用、尺寸和重量等都有所增加。②气体通道增加，气阀及管道的压力损失增加。有时增加级数，使压缩循环更接近等温循环而省的功耗，还抵不过由于增加新的级从而产生的气阀及管路的阻力损失所消耗的功，级数过多反而使经济性下降。③运动部件数增多，发生故障的可能性也要增加。由于摩擦表面的增加，摩擦功亦增加，机器效率反而有所降低。

三、多级活塞式压缩机的应用

1.满足排气压力的需要

压缩机的压缩比愈大，排气温度T。愈高。当排气温度过高时，气缸内的油容易氧化、分解和汽化，油中的杂质和空气中的灰尘结合形成积炭，大量积炭随压缩空气一同排除气缸，分布在气阀、排气管道和贮气罐中，不但使阀片关闭不严，管道阻力增加，严重的是积炭层还会进一步氧化发热，使排气通道中的温度进一步升高到危险的程度，导致缸头、排气管和贮气罐的爆炸[4]。

2. 多级活塞式压缩机运行中的调整

当压缩机投入正常运行后，必须随时注意系统中各有关参数的变化情况，如压缩机的油压，吸、排气压力，冷凝压力，排气温度，冷却水温度，冷媒水温度，油温度，压缩机、电动机、水泵、风机电动机等的运行电流笔。同时，在运行管理中还应注意以下情况的管理和监测。（1）在运行过程中压缩机的运转声音是否正常，如发现不正常应查明原因，及时处理。（2）在运行过程中，如发现气缸有冲击声，则说明有液态制冷剂进入压缩机的吸气腔，此时应将能量调节机构置于空挡，并立即关闭吸气阀，待吸入口的霜层溶化后，使压缩机运行5―10min后，再缓慢打开吸气阀，调整至压缩机吸气腔无液体吸人，且吸气管底部有结露状态时，可将吸气阀全部打开。（3）运行中应注意监测压缩机的排气压力和排气温度，对于使用R12或R22的制冷压缩机，其排气温度不应超过130qc或145℃。（4）运行中，压缩机的吸气温度一般应在比蒸发温度高5～15℃。（5）压缩机在运转中各摩擦部件温度不得超过70℃，如果发现其温度急剧升高或局部过热时，则应立即停机进行检查处理。（6）随时检测曲轴箱中的油位、油温。若发现异常情况应及时采取措施处理。（7）压缩机运行中油的补充。活塞式制冷压缩机在运行过程中，虽然大部分随排气被带走的冷冻油，在油气分离器的作用下，会回到压缩机，但仍有一部分会随制冷剂的流动而进入整个系统，造成曲轴箱内冷冻油减少，影响压缩机系统的正常工作。因此，在运行中应注意观测油位的变化，随时进行补充。冷冻油的补充操作方法是：当曲轴箱中的油位低于油面指示器的下限时，可采用手动回油方法，观察油位能否回到正常位置。若仍不能回到正常位置，则应进行补充油的工作。补油时应使用与压缩机曲轴箱中的油同标号、同牌号的冷冻油。加油时，将加氟管一端拧紧在曲轴箱上端的加油阀上，另一端用手捏住管口放人盛有冷冻油的容器中。将压缩机的吸气阀关闭，待其吸气压力降低到0时（表压），同时打开加油阀，并松开捏紧加油管的手，油即可被吸入曲轴箱中，待从视油镜中观测油位达到要求后，关闭加油阀，然后缓慢打开吸气阀，使制冷系统逐渐恢复正常运行[5]。

结论

总之，虽然多级活塞式压缩机可以节省功。但是压缩机级数越多，其结构越复杂，同时机械摩擦损失、流动阻力损失会增加，设备投资费用也增大，因此应合理选取级数。大、中型压缩机级数的选择，一般以最省功为原则。对于一些特殊气体，其化学性质要求排气温度不能超过某一温度，因此级数的选择也取决于每级允许达到的排气温度。

参考文献

[1] 王小娟.活塞式煤气压缩机的常见故障及解决措施[J].化工管理，2014，06：160-161.

[2] 李民.延长活塞式氧压机填充四氟材料使用寿命探讨[J].中氮肥，2014，01：53-54.

[3] 张建一，魏鹏威.双级制冷压缩机配置的节能优化[J].低温与超导，2013，02：66-70.

[4] 马云.活塞式压缩机故障诊断技术研究[J].中国石油和化工标准与质量，2013，01：109.

[5] 王化民，姜新嘉.活塞式压缩机的管道振动原因及防振措施[J].科技资讯，2013，14：96-98.