浅谈活塞式压缩机设计

柯青志

(西华大学机械工程学院，四川 成都 610039)



浅谈活塞式压缩机设计

柯青志

(西华大学机械工程学院，四川 成都 610039)

摘要：现代工业中，压缩气体的机械用的愈来愈多。各种形式的压缩机，按工作原理区分为两大类:速度式和容积式。速度型压缩机靠气体在高速旋转叶轮的作用下，得到巨大的功能，随后在扩压器中急剧降速，使气体的动能转变为势能。容积式压缩机靠在汽缸内作往复回转运动的活塞，使容积缩小而提高气体压力。本文浅谈活塞式压缩机设计的注意事项。

关键词：压缩气体；活塞

1引言

常用的气体压缩机有离心式气体压缩机和往复式气体压缩机。多年来，我国压缩机制造业在引进国外技术，消化吸收和自主开发基础上，攻克不少难关，取得重大突破。例如，催化裂化装置用的主风机和富气压缩机、加氢装置用的循环氢压缩机、新氢压缩机，乙烯三大压缩机，化肥四大压缩机组等已大量在石化生产中应用。其中，水平剖分式离心压缩机和轴流式压缩机制造技术已接近或达到国际同类产品先进水平，往复式塞压缩机达到国际同类产品水平。

2压缩机的选型

一般用途空压机按国家标准规定，排气压力为0.7MPa。如果高于或低于此压力，即属非标准特种空压机。空压机主要有以下几种：按输气量(是指空压机工作时每分钟排出的气体换算成吸入状态的体积)分有小型机、中型机、大型机。按结构型式分有回转式、活塞式、膜式空压机。常见的有活塞式和回转式中的螺杆式、滑片式。螺杆压缩机转子型线复杂，制造成本较高，但其体积小，质量轻，零件小。相同排气量的情况下，螺杆式压缩机要比活塞式压缩机贵很多，维修人员也必须有专门的知识和经验。按气缸中心线和相对位置可分为立式、卧式、角度式空压机。其中，角度式又分为V型、W型、L型等。一般来讲，由于活塞式压缩机为往复式机器，都有一定的震动。而角度式能较好地平衡其惯性力，所以，中小型活塞式压缩机大多做成角度式。卧式压缩机是初期产品，由于没有优越性，现在几乎不再生产。

3活塞式压缩机的工作原理与设计要点

当曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。设计活塞式压缩机应符合以下基本原则:1)满足用户提出的排气量、排气压力，及有关使用条件的要求。2)有足够长的使用寿命(应理解为压缩机需要大修时间间隔的长短)，足够高的使用可靠性(应理解为压缩机被迫停车的次数)。3)有较高的运转经济性。4)有良好的动力平衡性。5)维护检修方便。6)尽可能采用新结构、新技术、新材料。7)制造工艺性良好。8)机器的尺寸小、重量轻。

但是，上述原则往往是彼此矛盾的。尺寸小、重量轻与较高的运转经济性有矛盾。若从较高的经济性考虑，要求机器取用较多的级数，而级数增多，则机器结构比较复杂，尺寸增大，重量增加。同样，提高机器的转数，虽能减小机器的尺寸和重量，但转数增加，压缩机效率下降，零件易磨损，影响使用寿命。因此，对千压缩机设计者来说，重要的是根据压缩机的用途，掌握其主要要求、在保证主要要求的前提下，尽量满足他的要求。

4结构方案的选择

活塞式压缩机的结构方案由下列因素组成:1)机器的型号式样;2)级数和列数;3)各级气缸在列中的排列和各列间曲柄错角的排列。用上述因素组成的图形，称为结构方案图，即习惯上所说的机器纵、横剖面图。选择压缩机的结构方案时，应根据压缩机的用途，运转条件，排气量和排气压力，制造厂生产的可能性，驱动方式以及占地面积等条件，从选择机器的型式和级数人手，制订出合适的方案。压缩机结构的特点主要体现在两个方面，即气缸排列的型号式(指气缸中心线的排列位置)和运动机构的结构。

气缸排列的型号式样及其选择：

1)立式压缩机:气缸作垂直布置，所示，其优点在于:活塞工作表面不承受话塞重量，因而气缸和活塞的磨损比卧式的小几均匀，活塞环的工作条件有所改善，能延长机器的使用寿命。占地面积比较小。因为载荷使机身主要产生拉伸和压缩应力，所以机身的形状简单，质量轻。往复运动部件的惯性力垂直作用在基础上，而基础抗垂直振动的能力较强，所以它的尺寸较小。在于气阀和级间管道的布置比较困难，不易变型(因列间距紧凑)，较大的立式压缩机操作、维修也甚感不便。所以小型压缩机有做成立式的，中型固定式也有采用立式的。无油润滑压缩机采用立式对活塞环和填料的工作较为有利。大型立式压缩机，国内制造得不多，某些国家由于生产传统.有做成立式的。2)卧式压缩机;气缸中心线作水平布置。且都在曲轴的一侧。这是较老的一种结构，其优点在于：整个机器都处在操作者的视线范围内，所以管理维护方便。曲轴，连杆的安装、拆卸都比较方便.卧式压缩机的厂房可以比立式的低。卧式压缩机的主要缺点是:惯性力不能平衡，所以转数的增加受到很大限制，导致机器，鉴驱动机和基础的重量尺寸较大。另外，卧式压缩机在多级压缩时.只能采用多缸串联，因而气缸活塞的安装亦较麻烦;特别是大型压缩机活塞往往很重气缸和活塞易磨损。所以卧式压缩机在大、中型压缩机的领域内已被淘汰。但在小型高压的场合，采用卧式结构，仍能发挥结构紧凑、零件少和可避免高压填料的优点。

参考文献：

[1]马国远.制冷压缩机及其应用.北京:中国建筑工业出版社，2008.

[2]许菊若.机械设计.化学工业出版社，2005.

[3]郝点.压缩机手册.中国石化出版社，2003.

中图分类号:TH457

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)06-0068-01

作者简介：柯青志，男，汉，四川乐山人，工人，大学本科，深圳市鹏劳人力资源管理有限公司。