剖析角度式工艺用压缩机十四例(一)

剖析角度式工艺用压缩机十四例（一）
本文荟萃了工艺用角度式往复活塞压缩机范畴内，堪称经典之作的国内外实际产品，且仍极富现实指导意义。

其剖视图不吝给出的无声却邃密之技术内涵，恐胜过笔者之剖析矣!
十四例中，不乏设计策划全面周到、设计理念先进合理、设计细节高招迭出、制作工艺性与可维护性俱佳、技术参数及选用材质适合国情厂情者，大可师从之。

但是，也有虽不失为往复活塞压缩机发展史上的极致碑记，例如功率450kW级W型、功率730kW级扇型，却因维护性、稳定性等因素，不一定适合己方情况。

总之，以实事求是的客观心态，具体分析，批判性地吸收并应用，方能开卷有益。

角度式工艺用压缩机的突出优点是结构高度紧凑、密集，相同流量、压力参数时机组的体积最小，占地面积最少，所需厂房不高，附属设备可都布置在机身或曲轴箱底面以上的位置，无需两层楼厂房。

当然，为改善其维修的易近性，有时尚需设有操作用扶梯和平台。

角度式工艺用压缩机，以V型、L型、W型居多。

其各列之间的空间，一般得到充分利用，布置有级间冷却器、缓冲器、气液分离器、仪表——操作盘等。

这样布置附属设备，各级间的各种管路必然复杂，但因这都是在地坪以上高度实施的，故可大大简化厂房的基建和管道工程。

其所得远大于所失。

出于适合较大容量和减少气体外泄的考虑，角度式工艺用压缩机采取有十字头、双作用且活塞杆以填料密封的居多。

近年出现了角度式、无十字头、单作用、工艺用中小型压缩机的曲轴箱连通一级吸气管路，能承受并密封高达1.6MPa～2.0MPa气压的设计。

这样，尽管提高了对曲轴箱设计、铸造材质与工艺及气密性的要求，却换得了大大简化结构(无十字头)、减小外形尺寸、减少级间气体内泄、杜绝气体外泄的巨大益处。

国内外众多实机的制造与运行业绩，雄辩地证实了：在功率315kW级以下范畴、低中高压的广阔领域里，角度式较其它结构型式压缩机，兼具多方面优势且兼收多重实效。

诸如：压缩机组的集成化程度最高，占地面积最小，便于制造且成本最低，安装就位最简便，大大简化压缩车间厂房基建与管道工程，甚至可以因以橇装机组方式露天运行而无需厂房，零部件通用化程度最高，维护简便，吊装简单，运输成本最低。

而由其结构特点所决定的，曲轴箱更便于承受并密封高达2MPa气压压缩介质的优异特性，杜绝了气体外泄漏。

显然，其环保效应极好，安全性上佳，明显节约资源、能源。

角度式压缩机的这一突出优点，为其它结构型式的往复活塞压缩机所难以企及。

1. 经典的紧凑式L型四级压缩机
该L型四级空气压缩机，由德国原德马格(DEMAG)公司研发，系增压压缩机，吸气压力0.588MPa，排气压力21.673MPa，供气量1080Nm³/h，转速485r/min，行程200mm，轴功率248HP，亦可压缩氮气。

级在列中的分布：立列为单作用Ⅲ级气缸Φ75——平衡段——单作用Ⅰ级气缸Φ245，卧列为单作用第Ⅳ级气缸Φ50——平衡段——单作用Ⅱ气缸Φ165。

第Ⅰ及第Ⅱ级气缸为灰铸铁，第Ⅲ及第Ⅳ级气缸为锻钢并压有干式气缸套。

卧列之二级缸端部设置摆动支承。

单独铸制的十字头滑导，具有带走十字头摩擦热的冷却水套。

滑导自成一件，就化小了机身的尺寸，机身结构亦获简化;同时，和十字头摩擦的承压面铸造缺陷报废率陡降。

装有油雾捕集网的呼吸器设在离浓油雾区稍远的立列滑导处，有助于抑制传动机构润滑油雾的逸出。

强力曲轴由一只单列滚柱轴承和一只可调心的双列球面滚子轴承(动力输入端)支承。

厚宽的平衡重由螺栓径向固紧，它使压缩机的一阶往复惯性力几近完全平衡。

曲轴的非动力输入端轴头，驱动气缸润滑用注油器以及传动机构润滑油泵。

曲轴在近动力输入端的曲柄至主轴颈段设计成渐缩锥台形(另一端雷同)，从而摒弃了阶梯轴方案，更进一步增强了曲轴刚性。

曲轴通过胀紧套和飞轮联接，并由异步电动机直联驱动。

冷却水系统的设计匠心独具。

无需设置诸多暴露的水管，各级气缸的冷却水套、十字头滑导的冷却水套、润滑油池蛇形冷却盘管都巧妙地串接成通畅的水系。

这除了在各级气缸体上钻出水路通孔外，还需在十字头滑导水套处钻孔，并辅以个别内置管接头。

各级冷却器的布置，不仅充分利用了立、卧列之间宽敞的空间，更最大限度地免除了外露的气管路。

一级气缸排气口法兰(右向)联接一级冷却器入口。

一级冷却器由上、下叠置的两只列管式冷却器串联而成。

一级冷却器排气管向下后左接二级气缸吸气口法兰。

支承在曲轴箱凸肩和二级气缸端部的硕大焊接水箱，内置第Ⅱ～Ⅳ级蛇形冷却盘管。

第Ⅱ～Ⅳ级冷却器后，均设气瓶式液气分离器。

轻型操作扶梯斜搭在第Ⅰ级冷却器顶部。

挂有巴氏合金的十字头以螺纹和活塞杆紧固。

第Ⅲ、Ⅳ级活塞皆为组合式。

锻钢连杆为圆截面。

第Ⅲ、Ⅳ级吸、排气阀皆单独布置而未采取同心组合气阀方案，有助于降低阀隙流速，减少功率消耗，以及排气对进气的加热。

2. 独联体工艺用L型302BΠ—5/70型中压空压机组
302ΒΠ—5/70，是在302ΒΠ—10/8型动力用空压机组的传动件基础上变型而得。

其吸气绝对压力0.099MPa～0.102MPa，排气绝对压力6.865MPa，容积流量5m³/min，轴功率64kW，活塞行程125mm，转速735r/min，四级压缩。

立列为Ⅰ—平—Ⅲ级，卧列为Ⅱ—平—Ⅳ级，各级气缸直径为320/180/95/65mm。

驱动用法兰电动机额定功率75kW。

Ⅰ级活塞为焊接结构。

Ⅲ级活塞采用下部阴螺纹旋入活塞杆上部阳螺纹的设计，从而完成了Ⅰ—平—Ⅲ级活塞组件的固结。

冷却水套使各必要部位都获得良好的冷却。

曲轴的旋转方向，显然是把卧列十字头向下压。

强刚性机身具有多重功效。

首先，提供了Ⅰ级冷却器壳体的作用，同时使Ⅰ级排气在灰铸铁机身罩壳内，通过Ⅰ级冷却器后流入Ⅱ级气缸吸气气套。

有必要指出，铸铁材质屏蔽气流噪声的作用，优于钢板。

第二，提供了配套低压异步法兰电动机定子与机身稳固联接的充分条件。

法兰电动机这种驱动方式，决定了机身承受“倾覆力矩”，而不外传至橇座或混凝土基础上。

第三，将两列气缸及传动部件组合在一起，实现了一般的机身之通常功能。

第四，提供了近法兰电动机侧的压缩机主轴承承载力强的充分条件。

法兰电动机自身没有独立轴承，其转子悬臂支撑于曲轴的外伸段。

法兰电动机驱动压缩机这样的机组结构，造成了压缩介质难免和电动机方的强电部件亲密接触。

因此，法兰电动机驱动最适于空气压缩机，且系中小功率范畴，并使得机组的紧凑程度达到极致。

法兰电动机的传动效率达到100%，和皮带传动、联轴器直联传动相比，皆明显节能，有效地降低了节能认证标识考核的“机组输入比功率”。

法兰电动机的驱动方式，既消除了常规电动机固有的两只轴承的机械损失，又消除了常规直联传动必然存在的因电动机轴/空压机轴对中欠精准，而产生的附加功率损失。

为避免运转时刮蹭和获得电动机的高效率，法兰电动机转子与定子间的气隙，要求间隙小而且均匀。

这就首先要从设计上确保定子、转子的强刚性，再严格管控机械加工各环节。

至于法兰电动机的装配、定位，自当高度精准，谨慎有加。

当下，中等功率PET吹瓶用气缸无油润滑空压机组中，法兰电动机转子、定子间的气隙值，国际领先水准为0.5mm!
法兰电动机是异步电动机，其轴向流入环境空气，径向排出热风。

至于法兰电动机的防护等级，国内外皆是IP23。

此防护等级，自当和法兰电动机驱动之空压机组运行环境相适应。

显而易见，空压机转速较高时，其曲轴动力输入段上悬臂安装的法兰电动机转子质量能够较轻，利于控制实际气隙。

众多实机证明，法兰电动机驱动之空压机转速，多取8极电动机之异步转速，即735r/min左右。

有采用6极电动机异步转速的，而尚未见取10极电动机异步转速者。

3. 德国比泽尔公司半封闭制冷压缩机
半封闭式制冷压缩机的机体和电动机外壳连成一体，电机转子直接装在曲轴的悬臂部位，不需要轴封和联轴器，因此结构更紧凑，密封性好。

吸入气体流过电机冷却了绕组，从而提高了电机的出力。

它的内部结构和开启式相仿，除曲轴、机体外，零部件通用，但润滑油泵必须正、反转均可正常供油。

同时要防止吸气带回的润滑油因压差而滞留在电机腔内。

由于电机绕组和制冷剂直接接触，因此，仅适用于氟利昂制冷系统，并对电机的绝缘层和系统的清洁、干燥提出较高的要求。

如图3所示，德国比泽尔公司的半封闭制冷压缩机适用于多种制冷工质：R22、R134a(用特殊Ester润滑油)、R502和R12。

供空调、中温和低温冷却之用。

采用了特殊高效阀板，特殊抗磨损传动部件，以及加大铁芯的电动机。

4. 原无锡压缩机厂VF—1.25/200型简移式空气压缩机组(图4)
此机组由高度紧凑的风冷式高压空压机、电动机、压缩空气干燥器和简易走行机构组成，机组轻便(仅1t)，主要供压缩空气充瓶用。

该机容积流量1.25m³/min，最高排气压力
19.6MPa，含风扇之轴功率27kW。

单曲拐V型、气缸中心线75o夹角布置和两列均采用级差式筒形活塞，为惯性力平衡、列的气体力平衡和结构的紧凑，提供了理想的前提条件，故转速得以高达1470r/min，主机外形尺寸小(580mm ×650mm×675mm)、质量轻(含飞轮、带轮仅160kg)。

行程55mm，四级压缩，各级气缸直径：125mm/105mm 40mm/20mm。

左列为第Ⅲ-Ⅰ-Ⅱ级，右列为第Ⅳ-Ⅰ-Ⅱ级。

Ⅰ级分置于两列的各一处环形空间(Φ40mm/Φ125mm及Φ22mm/Φ125mm)，Ⅱ级则分置于两列的各一处Φ105mm/Φ125mm环形空间。

各级活塞材质：Ⅰ-Ⅱ级铸铝合金，Ⅲ级锻铝，Ⅳ级锻造40Cr钢。

Ⅲ、Ⅳ级活塞都以球面自动调心结构浮动联接Ⅰ-Ⅱ级筒形级差活塞。

各级活塞除了设有活塞密封环外，还设有上、下共两道“导向活塞环”。

各级导向活塞环严格的内圆柱面公差，使其同时起到为活塞导向和密封气体的双重作用，故而较活塞密封环更易磨损，需注意在磨损超限后及时更换。

Ⅱ级活塞裙部(两处)均装有一道刮油环。

Ⅳ级活塞为组合式，利于环的装拆。

压紧其环槽间隔圈用的活塞头，以弹性圆柱销防松。

因活塞销运动于气缸有压区域，故其两端设置气密垫片，以防压缩空气泄漏。

有必要指出，活塞组件运动直线性，对于无十字头压缩机更为困难，因其运动没有获得十字头的导向作用，全靠活塞-气缸自身。

就无十字头、小型高压级差活塞压缩机来说，活塞组件的运动是否为精确直线性，乃成败关键所在。

为不大的压缩容积由活塞环实施密封，其相对泄漏周边长、密封压差又大，假如活塞运动直线性过差，则必将导致气体泄漏量达到不允许的程度。

VF—1.25/200型空压机在气缸中心线方向极有限的长度内，布置了各级导向活塞环和活塞密封环，这两类环协同工作，解决了活塞组件运动的精确直线性和密封这两大问题。

Ⅰ、Ⅱ级气缸为灰铸铁制，Ⅲ、Ⅳ级气缸为球墨铸铁制，各级气缸均铸出环形风冷散热片。

气缸各结合面均置有青壳纸或纯铜垫片，并可借以调整各级气缸的线性余隙。

45锻钢制连杆为圆截面，大头剖分，以连杆螺栓联接，杆身钻有油孔。

45锻钢制曲轴配有平衡重，以两只单列圆锥滚子轴承支承。

曲轴钻有润滑油通路，轴头驱动转子油泵。

曲轴动力输入端以飞轮—弹性轴销—冷却风扇—主动大带轮和电动机直联。

Ⅰ、Ⅱ级吸气阀组件尺寸相同，采用一对左右旋向的开口波形弹簧片(开口错开)，阀片升程2mm。

Ⅰ、Ⅱ级排气阀组件尺寸也相同，但改用大直径圆柱形螺旋弹簧(细钢丝直径)，阀片升程1.8mm。

Ⅲ、Ⅳ级为同心组合气阀(尺寸略有不同)，外圈吸气，设有一对左右旋向的开口波形弹簧片，阀片升程0.7mm;内圈排气，采用大直径圆柱形螺旋弹簧，阀片升程1mm。

Ⅰ～Ⅳ级冷却器都由纯铜管轧制翅片后绕制组合，置于压缩机V形缺口的侧方，并覆以导流罩，由安装在飞轮上方的高速轴流风扇吹拂冷却。

风扇带轮由电动机轴头处的大带轮增速驱动。

运动机构为压力-飞溅润滑，Ⅰ-Ⅱ级气缸为油飞溅润滑，Ⅲ-Ⅳ级气缸则由气流携带的油雾润滑。

该机所供的净化压缩空气，是这样获得的：第Ⅳ级冷却器后的高压空气，自切向进入油水分离器，然后气流折返向上同时流速降低，遂使大部分悬浮状油水微粒分离、下降，继而被金属丝网附着凝聚下沉。

来自油水分离器的业已经过初步净化的高压气，再进入硅胶干燥器作进一步处理，达到每1m³空气(折算到压缩机吸气状态)含水量不超过0.1g。

5.原重庆气体压缩机厂扇型高压无基础空压机组
该WP4330型无基础空压机组(图5)，系以三只减振器支撑，无基础运行。

以法兰联接的电动机同轴线直联驱动空压机。

空压机为扇型、4列、4级、单作用、风冷式。

额定排气压力30MPa，公称容积流量0.483m³/min(±5%)，轴功率15kW(±5%)，活塞行程50mm，转速1450r/min，机组质量500kg，机组外形尺寸1350mm×720mm×890mm。

各级缸径：120mm/60mm/32mm/18mm，第Ⅰ～Ⅲ级排气压力
0.28MPa/1.6MPa/7.0MPa(±10%)，电动机功率18.5kW，Ⅰ、Ⅱ级气缸分别居于扇型的外侧，内侧为Ⅲ、Ⅳ级气缸。

第Ⅲ、Ⅳ级活塞均有导向块(假活塞)。

第Ⅳ级活塞件为组合式，便于活塞、活塞环的装配和对中。

各级气缸均为活塞环密封。

柱塞式油泵向第Ⅲ、Ⅳ级气缸注入高压润滑油。

齿轮油泵压力润滑动部件并向第Ⅰ、Ⅱ级气缸飞溅油雾润滑。

油底壳储油量大，利于润滑油的冷却。

高压压缩空气经第Ⅳ级油水分离器后，由高压软管输出。