活塞式压缩机设计的基本原则

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活塞式压缩机设计的基本原则

张国辉

１李世杰２（１、中国石油吉林石化分公司电石厂，吉林吉林１３２０００２、

中国石油吉林石化分公司电子商务部，吉林吉林１３２０００）１概述１．１分类现代工业中，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。１．２特点

活塞式压缩机与其它类型的压缩机相比，特点是：压力范围最广，效率高，适应性强。１．３基本结构

（１）基本部分：包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头等部件。其作用是传递动力、连接基础与汽缸部分。

（２）汽缸部分：包括汽缸、气阀、活塞、填料以及安置在汽缸上的排气量调节装置等部件。其作用是形成压缩容积和防止气体泄漏。

（３）辅助部分：包括冷却器、缓冲器、液体分离器、滤清器、安全阀、油泵、注油器及各种管路系统，这些部件是保证压缩机正常运转所必需的。（４）发展趋向：高压、高速、大容量。提高效率和延长使用期限。按系列化、通用化、标准化进行生产，以提高产量、

质量、缩短制造周期，便于产品变型。２总体设计

２．１设计活塞式压缩机的基本原则

（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。（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。２．２总体设计的任务

（１）选择结构方案：例如选用ＺＷ－－６／８型活塞式压缩机并且选用带有十字头的结构形式。（２）主要参数：压缩机转数ｎ＝７４０ｒ／ｍｉｎ，活塞行程Ｓ＝０．１２ｍ，则活塞平均速度Ｃｍ＝ｎｓ３０＝７４０×０．１２３０

＝２．９６ｍ／ｓ。（３）相应的驱动方式。压缩机与驱动的相联方式采用直联，并且选用弹性联轴器。（４）大体确定附属设备的布置。其中包括曲轴、连杆，十字头等部件的方案。２．３结构方案的选择（１）机器的型式：采用立式压缩机，其优点：活塞工作表面不承受活塞重量，因而汽缸和活塞的磨损比卧式的小且均匀，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能力，所以机身的形状简单，重量轻。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。（２）级数和列数：

级数：根据总压力比ｃ＝０．８＋０．１０．１＝９，故压缩机的级数取两级比较合适，而且Ⅰ、Ⅱ级采用双作用汽缸。列数：两列。（３）结构方案：各级汽缸在列中的排列：对称式。各列间的曲柄错角：１８０°。（４）冷却方式：水冷方式。２．４其它部件的选择联轴器，对于中、小型压缩机与电动的连接，多采用弹性的联轴器，设计中采用弹性柱销联轴器。曲轴，曲轴是压缩机中传递力的重要零件，压缩机的曲轴有两种：曲柄轴和曲拐轴。十字头，十字头是连接作摇摆运动的连杆与作往复运动的活塞杆的机件，它具有导向作用。十字头按连接连杆的型式分为开式和闭式两种。气缸，气缸是活塞式压缩机中组成压缩容积的主要部分。气缸因工作压力不同选用不同强度的材料，本设计采用合金铸铁气缸。因本设计采用水冷的方式，故采用具有整体式三层壁结构气缸。填料，填料是阻止气缸内气体自活塞杆与气缸之间泄露的组件，对填料的基本要求是密封性能良好并耐用。它是易损件，故设计中尽量采用标准化或通用化的元件，本设计采用直口三瓣密封圈。飞轮，飞轮的主要作用是使压缩机曲轴旋转均匀，飞轮设计时的主要依据是机器允许的旋转不均匀度及动力计算所得的飞轮矩ＭＤ２的大小。空气滤清器，空气进入压缩机前，必须经过滤清器过滤，以防止气体中的灰尘等杂质进入气缸，增加相对滑动件的磨损。液气分离器，为了减少或消除压缩气体中的油、水及其它冷凝液，必须采用液气分离器。缓冲器和储气罐，为了消除吸、排气管内的气流的脉动，需要在级间配置缓冲器，空气压缩机在末级之后配置储气罐，用来稳定空气管道的压力，储备一定量的气体，维持供需气量之间的平衡。冷却器，压缩机的气缸一般需进行冷却；多级压缩时，被压缩的气体需进行中间冷却；在一些压缩机装置中最后排出的气体还需进行后冷却，以分离气体中所含的油和水。安全阀，压缩机每级的排气管路上如无其它压力保护设备时，都需装有安全阀。润滑系统，循环润滑油的润滑路线：油泵→曲轴中心孔→连杆大头→连杆小头→十字头滑道→回入油箱。３压缩机的安装、试车与调整在压缩机装配完毕后以及新产品使用前，都需进行试车，能过试车能初步了解压缩机的性能以及检查压缩机的设计，制造装配是否合理和完善，以保证正常运转时安全、可靠，避免发生事故。压缩机在试车过程中，往往会出现一些问题。如排气量达不到要求、产生不正常的响声、级间压力过高或过低、排气温度过高、轴承发热以至烧坏

及发生振动等。这些问题的存在将会影响到压缩

机的正常工作，因此必须对压缩机进行调整。压缩机的调整应达到下述目的：使压缩机的

各项参数达到设计要求。使气路、水路、油路畅通。

排除在试车过程中发现的一切故障。使压缩机各

部分在正常工作情况下使用，保证压缩机的使用

寿命和工作可靠性。

４压缩机的日常维护措施

为了确保压缩机的正常运转，延长其使用寿命。我们还要定期维护检修，进行日常的维护检查

非常重要。在检查中不但要正常使用各种仪表测

知压缩机的运转变化，通常还用看、听、摸的方法来检查。但这三种方法也不是孤立的，而是互相联

系的，单凭其中一种方法不能检查压缩机运转情

况的好坏。第一要用看的方法，可以看出各传动部分的

机件是否松动，各摩擦部分的润滑情况是否良好；各级气缸冷却水和中间冷却器的冷却效率是否良好和冷却水的流动是否畅通；各级气缸和冷却器有否倒气；各连接处有否漏气和漏油。

第二要用听的方法，能较正确的判断出压缩

机的运转情况。因为压缩机运转时，它的响声应是均匀而有节奏的。如果它的响声失去节奏声，而出

现了不均匀的杂单和噪音时，即表示压缩机的内部机件或气缸工作情况有了不正常的变化。第三要用摸的方法，可知其发热程度。

但是一定要注意安全。比如：排气阀盖和运动部位不能摸。

综合以上看、听、摸这三种方法基本上可以保

证压缩机的日常维护，但只凭一种方法还是无法

判断设备工作的情况。因此，我们还必须把观察到

的一些材料加以联贯起来分析，才能得出正确的

结论。例如：气缸的进口伐漏气，可用摸的方法摸出来，因为进口气伐漏气后，其气缸盖的温度会因

漏出的高温气体而升高，但当进口气伐漏气不太

大时，就不一定能用摸的方法摸出来。这就要听的

方法，才能听出来或用看的方法从压力表上看出来。因为气伐漏气以后，这级气缸的进气压力升高而其出口压力降低。

我们在具体的实际操作中能够应用看、听、摸的方法，就能帮助及时和准确的判断出各种不正

常现象的原因而及时预防处理。这样可以使事故

的发生可能性大大减少。灰尘和杂物油污，不但能污染润滑油，增加机件的磨损和锈蚀，甚至会引起机器的故障。这样会延长机器的使用寿命和能确保机器正常运转，确保生产的正常进行。

作者简介：张国辉，中国石油吉林石化分公司

电石厂工程师。李世杰，中国石油吉林石化分公司电子商务部工程师。摘要：介绍了摆动活塞式空气压缩机的基本结构和工作原理，对该类压缩机的分类、特点、基本结构和原则、压缩机的安装、试车与调整。并提出了改进方案和压缩机的日常维护措施。对其提高压缩机的可靠性并扩大其应用领域有重要意义。

关键词：活塞式压缩机；基本原则；总体设计