柯青志
(西華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,四川 成都 610039)
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淺談活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)
柯青志
(西華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,四川 成都 610039)
摘要:現(xiàn)代工業(yè)中,壓縮氣體的機(jī)械用的愈來愈多。各種形式的壓縮機(jī),按工作原理區(qū)分為兩大類:速度式和容積式。速度型壓縮機(jī)靠氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用下,得到巨大的功能,隨后在擴(kuò)壓器中急劇降速,使氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能。容積式壓縮機(jī)靠在汽缸內(nèi)作往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的活塞,使容積縮小而提高氣體壓力。本文淺談活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞:壓縮氣體;活塞
1引言
常用的氣體壓縮機(jī)有離心式氣體壓縮機(jī)和往復(fù)式氣體壓縮機(jī)。多年來,我國(guó)壓縮機(jī)制造業(yè)在引進(jìn)國(guó)外技術(shù),消化吸收和自主開發(fā)基礎(chǔ)上,攻克不少難關(guān),取得重大突破。例如,催化裂化裝置用的主風(fēng)機(jī)和富氣壓縮機(jī)、加氫裝置用的循環(huán)氫壓縮機(jī)、新氫壓縮機(jī),乙烯三大壓縮機(jī),化肥四大壓縮機(jī)組等已大量在石化生產(chǎn)中應(yīng)用。其中,水平剖分式離心壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)制造技術(shù)已接近或達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平,往復(fù)式塞壓縮機(jī)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平。
2壓縮機(jī)的選型
一般用途空壓機(jī)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,排氣壓力為0.7MPa。如果高于或低于此壓力,即屬非標(biāo)準(zhǔn)特種空壓機(jī)??諌簷C(jī)主要有以下幾種:按輸氣量(是指空壓機(jī)工作時(shí)每分鐘排出的氣體換算成吸入狀態(tài)的體積)分有小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)。按結(jié)構(gòu)型式分有回轉(zhuǎn)式、活塞式、膜式空壓機(jī)。常見的有活塞式和回轉(zhuǎn)式中的螺桿式、滑片式。螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線復(fù)雜,制造成本較高,但其體積小,質(zhì)量輕,零件小。相同排氣量的情況下,螺桿式壓縮機(jī)要比活塞式壓縮機(jī)貴很多,維修人員也必須有專門的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。按氣缸中心線和相對(duì)位置可分為立式、臥式、角度式空壓機(jī)。其中,角度式又分為V型、W型、L型等。一般來講,由于活塞式壓縮機(jī)為往復(fù)式機(jī)器,都有一定的震動(dòng)。而角度式能較好地平衡其慣性力,所以,中小型活塞式壓縮機(jī)大多做成角度式。臥式壓縮機(jī)是初期產(chǎn)品,由于沒有優(yōu)越性,現(xiàn)在幾乎不再生產(chǎn)。
3活塞式壓縮機(jī)的工作原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)
當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí),通過連桿的傳動(dòng),活塞便做往復(fù)運(yùn)動(dòng),由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積則會(huì)發(fā)生周期性變化?;钊麖臍飧咨w處開始運(yùn)動(dòng)時(shí),氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大,這時(shí),氣體即沿著進(jìn)氣管,推開進(jìn)氣閥而進(jìn)入氣缸,直到工作容積變到最大時(shí)為止,進(jìn)氣閥關(guān)閉;活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí),氣缸內(nèi)工作容積縮小,氣體壓力升高,當(dāng)氣缸內(nèi)壓力達(dá)到并略高于排氣壓力時(shí),排氣閥打開,氣體排出氣缸,直到活塞運(yùn)動(dòng)到極限位置為止,排氣閥關(guān)閉。當(dāng)活塞再次反向運(yùn)動(dòng)時(shí),上述過程重復(fù)出現(xiàn)??傊?,曲軸旋轉(zhuǎn)一周,活塞往復(fù)一次,氣缸內(nèi)相繼實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣、壓縮、排氣的過程,即完成一個(gè)工作循環(huán)。設(shè)計(jì)活塞式壓縮機(jī)應(yīng)符合以下基本原則:1)滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力,及有關(guān)使用條件的要求。2)有足夠長(zhǎng)的使用壽命(應(yīng)理解為壓縮機(jī)需要大修時(shí)間間隔的長(zhǎng)短),足夠高的使用可靠性(應(yīng)理解為壓縮機(jī)被迫停車的次數(shù))。3)有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性。4)有良好的動(dòng)力平衡性。5)維護(hù)檢修方便。6)盡可能采用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料。7)制造工藝性良好。8)機(jī)器的尺寸小、重量輕。
但是,上述原則往往是彼此矛盾的。尺寸小、重量輕與較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性有矛盾。若從較高的經(jīng)濟(jì)性考慮,要求機(jī)器取用較多的級(jí)數(shù),而級(jí)數(shù)增多,則機(jī)器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,尺寸增大,重量增加。同樣,提高機(jī)器的轉(zhuǎn)數(shù),雖能減小機(jī)器的尺寸和重量,但轉(zhuǎn)數(shù)增加,壓縮機(jī)效率下降,零件易磨損,影響使用壽命。因此,對(duì)千壓縮機(jī)設(shè)計(jì)者來說,重要的是根據(jù)壓縮機(jī)的用途,掌握其主要要求、在保證主要要求的前提下,盡量滿足他的要求。
4結(jié)構(gòu)方案的選擇
活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成:1)機(jī)器的型號(hào)式樣;2)級(jí)數(shù)和列數(shù);3)各級(jí)氣缸在列中的排列和各列間曲柄錯(cuò)角的排列。用上述因素組成的圖形,稱為結(jié)構(gòu)方案圖,即習(xí)慣上所說的機(jī)器縱、橫剖面圖。選擇壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案時(shí),應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)的用途,運(yùn)轉(zhuǎn)條件,排氣量和排氣壓力,制造廠生產(chǎn)的可能性,驅(qū)動(dòng)方式以及占地面積等條件,從選擇機(jī)器的型式和級(jí)數(shù)人手,制訂出合適的方案。壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,即氣缸排列的型號(hào)式(指氣缸中心線的排列位置)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
氣缸排列的型號(hào)式樣及其選擇:
1)立式壓縮機(jī):氣缸作垂直布置,所示,其優(yōu)點(diǎn)在于:活塞工作表面不承受話塞重量,因而氣缸和活塞的磨損比臥式的小幾均勻,活塞環(huán)的工作條件有所改善,能延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。占地面積比較小。因?yàn)檩d荷使機(jī)身主要產(chǎn)生拉伸和壓縮應(yīng)力,所以機(jī)身的形狀簡(jiǎn)單,質(zhì)量輕。往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力垂直作用在基礎(chǔ)上,而基礎(chǔ)抗垂直振動(dòng)的能力較強(qiáng),所以它的尺寸較小。在于氣閥和級(jí)間管道的布置比較困難,不易變型(因列間距緊湊),較大的立式壓縮機(jī)操作、維修也甚感不便。所以小型壓縮機(jī)有做成立式的,中型固定式也有采用立式的。無油潤(rùn)滑壓縮機(jī)采用立式對(duì)活塞環(huán)和填料的工作較為有利。大型立式壓縮機(jī),國(guó)內(nèi)制造得不多,某些國(guó)家由于生產(chǎn)傳統(tǒng).有做成立式的。2)臥式壓縮機(jī);氣缸中心線作水平布置。且都在曲軸的一側(cè)。這是較老的一種結(jié)構(gòu),其優(yōu)點(diǎn)在于:整個(gè)機(jī)器都處在操作者的視線范圍內(nèi),所以管理維護(hù)方便。曲軸,連桿的安裝、拆卸都比較方便.臥式壓縮機(jī)的廠房可以比立式的低。臥式壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)是:慣性力不能平衡,所以轉(zhuǎn)數(shù)的增加受到很大限制,導(dǎo)致機(jī)器,鑒驅(qū)動(dòng)機(jī)和基礎(chǔ)的重量尺寸較大。另外,臥式壓縮機(jī)在多級(jí)壓縮時(shí).只能采用多缸串聯(lián),因而氣缸活塞的安裝亦較麻煩;特別是大型壓縮機(jī)活塞往往很重氣缸和活塞易磨損。所以臥式壓縮機(jī)在大、中型壓縮機(jī)的領(lǐng)域內(nèi)已被淘汰。但在小型高壓的場(chǎng)合,采用臥式結(jié)構(gòu),仍能發(fā)揮結(jié)構(gòu)緊湊、零件少和可避免高壓填料的優(yōu)點(diǎn)。
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中圖分類號(hào):TH457
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1671-1602(2016)06-0068-01
作者簡(jiǎn)介:柯青志,男,漢,四川樂山人,工人,大學(xué)本科,深圳市鵬勞人力資源管理有限公司。