1. Khung máy
• Vỏ máy nén hướng trục được thiết kế chia làm hai phần theo chiều ngang và được làm bằng gang (thép). Nó có đặc điểm là độ cứng vững tốt, không bị biến dạng, hấp thụ tiếng ồn và giảm rung động. Hai nửa trên và dưới được nối với nhau bằng bu lông tạo thành một khối rất chắc chắn.
• Vỏ máy được đỡ trên đế ở bốn điểm, và bốn điểm đỡ này được đặt ở hai bên của vỏ dưới gần mặt phân chia ở giữa, để đảm bảo sự ổn định tốt cho toàn bộ thiết bị. Hai trong bốn điểm đỡ là điểm cố định, và hai điểm còn lại là điểm trượt. Phần dưới của vỏ máy cũng được trang bị hai chốt dẫn hướng dọc theo trục, được sử dụng để bù trừ sự giãn nở nhiệt của thiết bị trong quá trình hoạt động.
• Đối với các thiết bị lớn, điểm đỡ trượt được hỗ trợ bởi một giá đỡ xoay, và các vật liệu đặc biệt được sử dụng để giảm thiểu sự giãn nở nhiệt và giảm sự thay đổi chiều cao tâm của thiết bị. Ngoài ra, một giá đỡ trung gian được đặt để tăng độ cứng vững cho thiết bị.
2. Xi lanh ổ đỡ cánh tĩnh
• Xi lanh ổ đỡ cánh tĩnh là xi lanh đỡ cho các cánh dẫn hướng tĩnh có thể điều chỉnh của máy nén. Nó được thiết kế dạng chia ngang. Kích thước hình học được xác định bởi thiết kế khí động học, là nội dung cốt lõi của thiết kế cấu trúc máy nén. Vòng dẫn khí khớp với đầu hút của xi lanh ổ đỡ cánh tĩnh, và bộ khuếch tán khớp với đầu xả. Chúng được kết nối tương ứng với vỏ và ống lót kín để tạo thành đường dẫn hội tụ ở đầu hút và đường dẫn giãn nở ở đầu xả. Một kênh và kênh được tạo bởi rôto và xi lanh ổ đỡ cánh kết hợp với nhau để tạo thành một kênh dẫn khí hoàn chỉnh của máy nén hướng trục.
• Thân xi lanh ổ đỡ cánh tĩnh được đúc từ gang dẻo và được gia công chính xác. Hai đầu được đỡ tương ứng trên vỏ, đầu gần phía xả là giá đỡ trượt, và đầu gần phía hút khí là giá đỡ cố định.
• Trên xi lanh ổ đỡ cánh có các cánh dẫn hướng quay được ở các mức khác nhau và các ổ đỡ cánh tự động, tay quay, thanh trượt, v.v. cho mỗi cánh dẫn hướng. Ổ trục lá cố định là loại ổ trục mực hình cầu có khả năng tự bôi trơn tốt, tuổi thọ hơn 25 năm, an toàn và đáng tin cậy. Vòng đệm silicon được lắp đặt trên cuống cánh để ngăn rò rỉ khí và bụi xâm nhập. Các dải bịt kín được bố trí ở vòng ngoài của đầu xả của xi lanh ổ trục và giá đỡ vỏ để ngăn ngừa rò rỉ. 
3. Xi lanh điều chỉnh và cơ cấu điều chỉnh cánh quạt
• Xi lanh điều chỉnh được hàn từ các tấm thép, xẻ ngang, và mặt xẻ giữa được nối bằng bu lông, có độ cứng cao. Nó được đỡ bên trong vỏ máy ở bốn điểm, và bốn ổ đỡ được làm bằng kim loại “Du” không cần bôi trơn. Hai điểm ở một bên là bán kín, cho phép chuyển động dọc trục; hai điểm ở phía còn lại là loại phát triển cho phép giãn nở nhiệt theo trục và hướng tâm, và các vòng dẫn hướng của các cánh quạt ở các cấp độ khác nhau được lắp đặt bên trong xi lanh điều chỉnh.
• Cơ cấu điều chỉnh cánh quạt stato bao gồm một động cơ servo, một tấm nối, một xi lanh điều chỉnh và một xi lanh đỡ cánh. Chức năng của nó là điều chỉnh góc của các cánh quạt stato ở tất cả các cấp độ của máy nén để đáp ứng các điều kiện làm việc thay đổi. Hai động cơ servo được lắp đặt ở hai bên của máy nén và được kết nối với xi lanh điều chỉnh thông qua tấm nối. Động cơ servo, trạm dầu thủy lực, đường ống dẫn dầu và một bộ dụng cụ điều khiển tự động tạo thành một cơ cấu servo thủy lực để điều chỉnh góc của cánh quạt. Khi dầu áp suất cao 130 bar từ trạm dầu thủy lực tác động, pít-tông của động cơ servo được đẩy chuyển động, và tấm nối truyền động cho xi-lanh điều chỉnh chuyển động đồng bộ theo hướng trục, và thanh trượt truyền động cho cánh stato quay thông qua tay quay, để đạt được mục đích điều chỉnh góc của cánh stato. Có thể thấy từ các yêu cầu thiết kế khí động học rằng lượng điều chỉnh góc cánh của mỗi tầng máy nén là khác nhau, và nói chung lượng điều chỉnh giảm dần từ tầng đầu tiên đến tầng cuối cùng, điều này có thể được thực hiện bằng cách chọn chiều dài của tay quay, tức là tăng dần chiều dài từ tầng đầu tiên đến tầng cuối cùng.
• Xi-lanh điều chỉnh còn được gọi là “xi-lanh giữa” vì nó được đặt giữa vỏ máy và xi-lanh ổ trục cánh, trong khi vỏ máy và xi-lanh ổ trục cánh được gọi tương ứng là “xi-lanh ngoài” và “xi-lanh trong”. Cấu trúc xi-lanh ba lớp này làm giảm đáng kể sự biến dạng và tập trung ứng suất của cụm do giãn nở nhiệt, đồng thời ngăn ngừa cơ cấu điều chỉnh bị hư hại do bụi bẩn và các tác động cơ học từ bên ngoài.
4. Rotor và cánh quạt
• Rotor bao gồm trục chính, các cánh quạt chuyển động ở tất cả các cấp, các khối đệm, các nhóm khóa cánh quạt, các cánh đỡ, v.v. Rotor có cấu trúc đường kính trong đều nhau, thuận tiện cho việc gia công.
• Trục chính được rèn từ thép hợp kim cao cấp. Thành phần hóa học của vật liệu trục chính cần được kiểm tra và phân tích nghiêm ngặt, và chỉ số hiệu suất được kiểm tra bằng khối thử nghiệm. Sau khi gia công thô, cần phải thực hiện thử nghiệm chạy nóng để kiểm tra độ ổn định nhiệt và loại bỏ một phần ứng suất dư. Sau khi các chỉ số trên đạt yêu cầu, nó có thể được đưa vào gia công tinh. Sau khi hoàn thiện, cần phải kiểm tra màu sắc hoặc kiểm tra hạt từ tính tại các ổ trục ở cả hai đầu, và không được phép có vết nứt.
• Các cánh quạt chuyển động và cánh quạt cố định được làm từ phôi rèn thép không gỉ, và nguyên vật liệu cần được kiểm tra thành phần hóa học, tính chất cơ học, tạp chất xỉ phi kim loại và vết nứt. Sau khi cánh quạt được đánh bóng, việc phun cát ướt được thực hiện để tăng cường khả năng chống mỏi bề mặt. Cánh quạt cần được đo tần số, và nếu cần, cần phải sửa chữa tần số.
• Các cánh quạt chuyển động của mỗi giai đoạn được lắp đặt trong rãnh gốc cánh quạt hình cây thẳng đứng quay theo hướng chu vi, và các khối đệm được sử dụng để định vị hai cánh quạt, và các khối đệm khóa được sử dụng để định vị và khóa chặt hai cánh quạt chuyển động được lắp đặt ở cuối mỗi giai đoạn.
• Có hai đĩa cân bằng được gia công ở cả hai đầu của bánh xe, và việc cân bằng trọng lượng trên hai mặt phẳng rất dễ dàng. Tấm cân bằng và ống bịt kín tạo thành một piston cân bằng, hoạt động thông qua ống cân bằng để cân bằng một phần lực hướng trục do khí nén tạo ra, giảm tải trọng lên ổ đỡ lực đẩy và làm cho ổ đỡ hoạt động trong môi trường an toàn hơn.
5. Bộ phận làm kín
Máy nén có các ống bọc làm kín đầu trục ở phía hút và phía xả, và các tấm làm kín được gắn vào các bộ phận tương ứng của rôto tạo thành một lớp làm kín kiểu mê cung để ngăn ngừa rò rỉ khí và thấm vào bên trong. Để thuận tiện cho việc lắp đặt và bảo trì, nó được điều chỉnh thông qua khối điều chỉnh trên vòng ngoài của ống bọc làm kín.
6. Ổ trục
Các ổ trục hướng tâm và ổ trục hướng trục được bố trí trong hộp ổ trục, và dầu bôi trơn cho các ổ trục được thu gom từ hộp ổ trục và dẫn trở lại bể chứa dầu. Thông thường, đáy hộp được trang bị một thiết bị dẫn hướng (khi tích hợp), phối hợp với đế để giúp cụm ổ trục định tâm và giãn nở nhiệt theo hướng trục. Đối với vỏ ổ trục tách rời, ba chốt dẫn hướng được lắp đặt ở đáy bên để tạo điều kiện cho sự giãn nở nhiệt của vỏ. Một chốt dẫn hướng trục cũng được bố trí ở một bên của vỏ để khớp với vỏ. Hộp ổ trục được trang bị các thiết bị giám sát như đo nhiệt độ ổ trục, đo độ rung của rôto và đo độ dịch chuyển trục.
7. Ổ đỡ
• Hầu hết lực đẩy hướng trục của rôto được chịu bởi tấm cân bằng, và lực đẩy hướng trục còn lại khoảng 20~40kN được chịu bởi ổ đỡ hướng trục. Các tấm đỡ hướng trục có thể được điều chỉnh tự động theo kích thước tải để đảm bảo tải trọng trên mỗi tấm được phân bố đều. Các tấm đỡ hướng trục được làm bằng hợp kim Babbitt đúc thép carbon.
• Có hai loại ổ đỡ hướng tâm. Máy nén có công suất cao và tốc độ thấp sử dụng ổ đỡ hình elip, và máy nén có công suất thấp và tốc độ cao sử dụng ổ đỡ dạng tấm nghiêng.
• Các tổ máy quy mô lớn thường được trang bị thiết bị nâng hạ bằng áp suất cao để thuận tiện cho việc khởi động. Bơm cao áp tạo ra áp suất cao 80MPa trong thời gian ngắn, và một bể dầu cao áp được lắp đặt dưới ổ đỡ hướng tâm để nâng rôto và giảm sức cản khởi động. Sau khi khởi động, áp suất dầu giảm xuống còn 5~15MPa.
• Máy nén hướng trục hoạt động trong điều kiện thiết kế. Khi điều kiện vận hành thay đổi, điểm vận hành của nó sẽ rời khỏi điểm thiết kế và đi vào vùng điều kiện vận hành không theo thiết kế. Lúc này, tình trạng luồng khí thực tế khác với điều kiện vận hành theo thiết kế, và trong một số điều kiện nhất định, tình trạng luồng khí không ổn định sẽ xảy ra. Từ quan điểm hiện tại, có một số điều kiện làm việc không ổn định điển hình: đó là điều kiện làm việc bị tắc nghẽn do quay, điều kiện làm việc bị dâng trào và điều kiện làm việc bị kẹt, và ba điều kiện làm việc này thuộc về các điều kiện làm việc không ổn định về mặt khí động học.
• Khi máy nén hướng trục hoạt động trong điều kiện làm việc không ổn định này, hiệu suất làm việc không chỉ bị suy giảm đáng kể mà đôi khi còn xảy ra rung động mạnh, khiến máy không thể hoạt động bình thường, thậm chí có thể gây ra tai nạn hư hỏng nghiêm trọng.
(1) Hiện tượng chết máy do quay vòng của máy nén hướng trục
• Vùng giữa góc nhỏ nhất của cánh quạt cố định và đường góc vận hành nhỏ nhất trên đường cong đặc tính của máy nén hướng trục được gọi là vùng chết máy do quay vòng, và hiện tượng này được chia thành hai loại: chết máy dần dần và chết máy đột ngột. Khi lưu lượng khí nhỏ hơn giới hạn đường chết máy do quay vòng của quạt chính hướng trục, luồng khí phía sau cánh quạt sẽ bị tách rời, và luồng khí bên trong máy sẽ tạo thành dòng chảy xung động, gây ra hiện tượng ứng suất thay đổi trên cánh quạt và dẫn đến hư hỏng do mỏi.
• Để ngăn ngừa hiện tượng chết máy, người vận hành cần nắm vững đường cong đặc tính của động cơ và nhanh chóng vượt qua vùng chết máy trong quá trình khởi động. Trong quá trình vận hành, góc nhỏ nhất của cánh quạt stato không được thấp hơn giá trị quy định theo quy định của nhà sản xuất.
(2) Hiện tượng dâng áp đột ngột (Surge) ở máy nén trục
• Khi máy nén hoạt động cùng với một hệ thống đường ống có thể tích nhất định, khi máy nén hoạt động ở tỷ số nén cao và lưu lượng thấp, một khi lưu lượng của máy nén nhỏ hơn một giá trị nhất định, luồng khí phía sau cánh quạt sẽ bị phân tách nghiêm trọng cho đến khi đường dẫn bị tắc nghẽn, và luồng khí sẽ dao động mạnh. Đồng thời tạo thành dao động với khả năng lưu lượng khí và sức cản khí của hệ thống đường ống đầu ra. Lúc này, các thông số lưu lượng khí của toàn bộ hệ thống đường ống dao động mạnh, tức là thể tích và áp suất khí thay đổi theo chu kỳ theo thời gian và biên độ; công suất và âm thanh của máy nén cũng thay đổi theo chu kỳ. Những thay đổi nêu trên rất nghiêm trọng, khiến thân máy rung mạnh, thậm chí máy không thể duy trì hoạt động bình thường. Hiện tượng này được gọi là dâng áp đột ngột (surge).
• Vì dâng áp đột ngột là hiện tượng xảy ra trong toàn bộ máy và hệ thống đường ống, nó không chỉ liên quan đến đặc tính dòng chảy bên trong của máy nén mà còn phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống đường ống, và biên độ và tần số của nó bị chi phối bởi thể tích của hệ thống đường ống.
• Hậu quả của dâng áp đột ngột thường rất nghiêm trọng. Hiện tượng này sẽ khiến các bộ phận rôto và stato của máy nén chịu ứng suất và nứt vỡ luân phiên, gây ra sự bất thường về áp suất giữa các tầng, dẫn đến rung động mạnh, làm hư hỏng các vòng đệm và ổ đỡ, và khiến rôto và stato va chạm, gây ra tai nạn nghiêm trọng. Đặc biệt đối với máy nén hướng trục áp suất cao, hiện tượng dâng áp đột ngột có thể phá hủy máy trong thời gian ngắn, do đó không được phép vận hành máy nén trong điều kiện dâng áp đột ngột.
• Từ phân tích sơ bộ trên, có thể thấy rằng hiện tượng dâng áp chủ yếu do sự tắc nghẽn quay gây ra bởi sự không điều chỉnh các thông số khí động học và hình học trong dãy cánh quạt máy nén dưới điều kiện làm việc thay đổi. Tuy nhiên, không phải tất cả các tắc nghẽn quay đều nhất thiết dẫn đến dâng áp, hiện tượng này còn liên quan đến hệ thống đường ống, vì vậy sự hình thành hiện tượng dâng áp bao gồm hai yếu tố: bên trong, nó phụ thuộc vào máy nén hướng trục. Dưới những điều kiện nhất định, sự tắc nghẽn đột ngột xảy ra; bên ngoài, nó liên quan đến công suất và đặc tính của đường ống. Yếu tố thứ nhất là nguyên nhân bên trong, trong khi yếu tố thứ hai là điều kiện bên ngoài. Nguyên nhân bên trong chỉ thúc đẩy hiện tượng dâng áp khi có sự phối hợp của các điều kiện bên ngoài.
(3) Hiện tượng tắc nghẽn của máy nén hướng trục
• Diện tích họng cánh của máy nén là cố định. Khi lưu lượng tăng, do vận tốc hướng trục của luồng khí tăng, vận tốc tương đối của luồng khí tăng lên, và góc tấn âm (góc tấn là góc giữa hướng của luồng khí và góc lắp đặt của cửa hút cánh) cũng tăng lên. Lúc này, lưu lượng khí trung bình trên tiết diện nhỏ nhất của cửa hút tầng cánh sẽ đạt đến tốc độ âm thanh, do đó lưu lượng qua máy nén sẽ đạt đến một giá trị tới hạn và sẽ không tiếp tục tăng. Hiện tượng này được gọi là tắc nghẽn. Sự tắc nghẽn của các cánh dẫn hướng sơ cấp này quyết định lưu lượng tối đa của máy nén. Khi áp suất khí thải giảm, khí trong máy nén sẽ tăng lưu lượng do thể tích giãn nở tăng lên, và hiện tượng tắc nghẽn cũng sẽ xảy ra khi luồng khí đạt đến tốc độ âm thanh ở tầng cánh cuối cùng. Do luồng khí của cánh quạt cuối bị tắc nghẽn, áp suất không khí phía trước cánh quạt cuối tăng lên, và áp suất không khí phía sau cánh quạt cuối giảm xuống, làm tăng chênh lệch áp suất giữa phía trước và phía sau cánh quạt cuối, dẫn đến lực tác dụng lên phía trước và phía sau cánh quạt cuối không cân bằng và có thể sinh ra ứng suất, gây hư hỏng cánh quạt.
• Khi hình dạng cánh quạt và các thông số xếp tầng của máy nén hướng trục được xác định, đặc tính tắc nghẽn của nó cũng được cố định. Máy nén hướng trục không được phép hoạt động quá lâu ở khu vực dưới vạch nghẽn.
• Nhìn chung, việc điều khiển chống tắc nghẽn của máy nén hướng trục không cần phải nghiêm ngặt như điều khiển chống quá áp, tác động điều khiển không cần phải nhanh và không cần thiết lập điểm dừng ngắt. Về việc có nên thiết lập điều khiển chống tắc nghẽn hay không, điều đó cũng tùy thuộc vào chính máy nén. Một số nhà sản xuất đã tính đến việc tăng cường độ bền của cánh quạt trong thiết kế, để chúng có thể chịu được sự gia tăng ứng suất rung lắc, vì vậy họ không cần thiết lập điều khiển chống tắc nghẽn. Nếu nhà sản xuất không xem xét đến việc cần phải tăng cường độ bền của cánh quạt khi hiện tượng tắc nghẽn xảy ra trong thiết kế, thì phải cung cấp các thiết bị điều khiển tự động chống tắc nghẽn.
• Sơ đồ điều khiển chống tắc nghẽn của máy nén hướng trục như sau: một van bướm chống tắc nghẽn được lắp đặt trên đường ống đầu ra của máy nén, và hai tín hiệu phát hiện lưu lượng đầu vào và áp suất đầu ra được đưa vào đồng thời bộ điều chỉnh chống tắc nghẽn. Khi áp suất đầu ra của máy giảm bất thường và điểm làm việc của máy giảm xuống dưới vạch chống tắc, tín hiệu đầu ra của bộ điều chỉnh sẽ được gửi đến van chống tắc để làm cho van đóng nhỏ hơn, do đó áp suất không khí tăng lên, lưu lượng giảm xuống và điểm làm việc đi vào vạch chống tắc. Trên vạch tắc, máy thoát khỏi tình trạng tắc nghẽn.