柯青志

(西華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610039)

?

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)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬國(guó)遠(yuǎn).制冷壓縮機(jī)及其應(yīng)用.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]許菊若.機(jī)械設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]郝點(diǎn).壓縮機(jī)手冊(cè).中國(guó)石化出版社，2003.

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。