淺談活塞式壓縮機設計

柯青志

(西華大學機械工程學院，四川 成都 610039)

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淺談活塞式壓縮機設計

柯青志

(西華大學機械工程學院，四川 成都 610039)

摘要：現(xiàn)代工業(yè)中，壓縮氣體的機械用的愈來愈多。各種形式的壓縮機，按工作原理區(qū)分為兩大類:速度式和容積式。速度型壓縮機靠氣體在高速旋轉葉輪的作用下，得到巨大的功能，隨后在擴壓器中急劇降速，使氣體的動能轉變?yōu)閯菽?。容積式壓縮機靠在汽缸內作往復回轉運動的活塞，使容積縮小而提高氣體壓力。本文淺談活塞式壓縮機設計的注意事項。

關鍵詞：壓縮氣體；活塞

1引言

常用的氣體壓縮機有離心式氣體壓縮機和往復式氣體壓縮機。多年來，我國壓縮機制造業(yè)在引進國外技術，消化吸收和自主開發(fā)基礎上，攻克不少難關，取得重大突破。例如，催化裂化裝置用的主風機和富氣壓縮機、加氫裝置用的循環(huán)氫壓縮機、新氫壓縮機，乙烯三大壓縮機，化肥四大壓縮機組等已大量在石化生產(chǎn)中應用。其中，水平剖分式離心壓縮機和軸流式壓縮機制造技術已接近或達到國際同類產(chǎn)品先進水平，往復式塞壓縮機達到國際同類產(chǎn)品水平。

2壓縮機的選型

一般用途空壓機按國家標準規(guī)定，排氣壓力為0.7MPa。如果高于或低于此壓力，即屬非標準特種空壓機?？諌簷C主要有以下幾種：按輸氣量(是指空壓機工作時每分鐘排出的氣體換算成吸入狀態(tài)的體積)分有小型機、中型機、大型機。按結構型式分有回轉式、活塞式、膜式空壓機。常見的有活塞式和回轉式中的螺桿式、滑片式。螺桿壓縮機轉子型線復雜，制造成本較高，但其體積小，質量輕，零件小。相同排氣量的情況下，螺桿式壓縮機要比活塞式壓縮機貴很多，維修人員也必須有專門的知識和經(jīng)驗。按氣缸中心線和相對位置可分為立式、臥式、角度式空壓機。其中，角度式又分為V型、W型、L型等。一般來講，由于活塞式壓縮機為往復式機器，都有一定的震動。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大多做成角度式。臥式壓縮機是初期產(chǎn)品，由于沒有優(yōu)越性，現(xiàn)在幾乎不再生產(chǎn)。

3活塞式壓縮機的工作原理與設計要點

當曲軸旋轉時，通過連桿的傳動，活塞便做往復運動，由氣缸內壁、氣缸蓋和活塞頂面所構成的工作容積則會發(fā)生周期性變化?；钊麖臍飧咨w處開始運動時，氣缸內的工作容積逐漸增大，這時，氣體即沿著進氣管，推開進氣閥而進入氣缸，直到工作容積變到最大時為止，進氣閥關閉；活塞反向運動時，氣缸內工作容積縮小，氣體壓力升高，當氣缸內壓力達到并略高于排氣壓力時，排氣閥打開，氣體排出氣缸，直到活塞運動到極限位置為止，排氣閥關閉。當活塞再次反向運動時，上述過程重復出現(xiàn)?？傊?，曲軸旋轉一周，活塞往復一次，氣缸內相繼實現(xiàn)進氣、壓縮、排氣的過程，即完成一個工作循環(huán)。設計活塞式壓縮機應符合以下基本原則:1)滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力，及有關使用條件的要求。2)有足夠長的使用壽命(應理解為壓縮機需要大修時間間隔的長短)，足夠高的使用可靠性(應理解為壓縮機被迫停車的次數(shù))。3)有較高的運轉經(jīng)濟性。4)有良好的動力平衡性。5)維護檢修方便。6)盡可能采用新結構、新技術、新材料。7)制造工藝性良好。8)機器的尺寸小、重量輕。

但是，上述原則往往是彼此矛盾的。尺寸小、重量輕與較高的運轉經(jīng)濟性有矛盾。若從較高的經(jīng)濟性考慮，要求機器取用較多的級數(shù)，而級數(shù)增多，則機器結構比較復雜，尺寸增大，重量增加。同樣，提高機器的轉數(shù)，雖能減小機器的尺寸和重量，但轉數(shù)增加，壓縮機效率下降，零件易磨損，影響使用壽命。因此，對千壓縮機設計者來說，重要的是根據(jù)壓縮機的用途，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結構方案的選擇

活塞式壓縮機的結構方案由下列因素組成:1)機器的型號式樣;2)級數(shù)和列數(shù);3)各級氣缸在列中的排列和各列間曲柄錯角的排列。用上述因素組成的圖形，稱為結構方案圖，即習慣上所說的機器縱、橫剖面圖。選擇壓縮機的結構方案時，應根據(jù)壓縮機的用途，運轉條件，排氣量和排氣壓力，制造廠生產(chǎn)的可能性，驅動方式以及占地面積等條件，從選擇機器的型式和級數(shù)人手，制訂出合適的方案。壓縮機結構的特點主要體現(xiàn)在兩個方面，即氣缸排列的型號式(指氣缸中心線的排列位置)和運動機構的結構。

氣缸排列的型號式樣及其選擇：

1)立式壓縮機:氣缸作垂直布置，所示，其優(yōu)點在于: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，能延長機器的使用壽命。占地面積比較小。因為載荷使機身主要產(chǎn)生拉伸和壓縮應力，所以機身的形狀簡單，質量輕。往復運動部件的慣性力垂直作用在基礎上，而基礎抗垂直振動的能力較強，所以它的尺寸較小。在于氣閥和級間管道的布置比較困難，不易變型(因列間距緊湊)，較大的立式壓縮機操作、維修也甚感不便。所以小型壓縮機有做成立式的，中型固定式也有采用立式的。無油潤滑壓縮機采用立式對活塞環(huán)和填料的工作較為有利。大型立式壓縮機，國內制造得不多，某些國家由于生產(chǎn)傳統(tǒng).有做成立式的。2)臥式壓縮機;氣缸中心線作水平布置。且都在曲軸的一側。這是較老的一種結構，其優(yōu)點在于：整個機器都處在操作者的視線范圍內，所以管理維護方便。曲軸，連桿的安裝、拆卸都比較方便.臥式壓縮機的廠房可以比立式的低。臥式壓縮機的主要缺點是:慣性力不能平衡，所以轉數(shù)的增加受到很大限制，導致機器，鑒驅動機和基礎的重量尺寸較大。另外，臥式壓縮機在多級壓縮時.只能采用多缸串聯(lián)，因而氣缸活塞的安裝亦較麻煩;特別是大型壓縮機活塞往往很重氣缸和活塞易磨損。所以臥式壓縮機在大、中型壓縮機的領域內已被淘汰。但在小型高壓的場合，采用臥式結構，仍能發(fā)揮結構緊湊、零件少和可避免高壓填料的優(yōu)點。

參考文獻：

[1]馬國遠.制冷壓縮機及其應用.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]許菊若.機械設計.化學工業(yè)出版社，2005.

[3]郝點.壓縮機手冊.中國石化出版社，2003.

中圖分類號:TH457

文獻標志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)06-0068-01

作者簡介：柯青志，男，漢，四川樂山人，工人，大學本科，深圳市鵬勞人力資源管理有限公司。