往复式压缩机方案选择

vm
高达7
≈1 m/s
对于摩托式压缩机,为了适应内燃机的工作要求,有时
m/s
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三. 转速的影响 压缩机的转速不仅决定压缩机的几何尺寸、重量、制造的难易、机器 的成本，而且还影响摩擦功、磨损、工作过程及动力特性，还会影响 驱动机的经济性及成本。
根据一些同类型机器的分析与统计,发现同一排气量的机器,其重量和转速及其活 塞平均速度大致符合下面关系式:
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采用环状阀及网状阀的大中型压缩机 采川直流阀的压缩机
vm
vm =3.5～4.5 m/s，
=5～6 m/s；
微型压缩机由于行程较短，一般情况下 迷宫压缩机为了减少泄漏量 聚四氟乙烯密封环压缩机考虑到活塞环的寿命 超高压压缩机为了保证摩擦副的耐久性 乙炔压缩机考虑安全防爆
vm
vm =1.0～2.5 m/s； vm ≥4～5 m/s； vm ≤3.5～4 m/s； vm ≤2.5 m/s；
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2. 对气阀和管道压力的影响
（1） 管道的平均气流速度
vm AP v1 A 1
（2）对气阀的影响
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dm1 (1a1 ) 2 p dt
dm 2 ( 2 a2 ) 2 p dt
dm dm1 dm2 dt dt dt
dm ( a ) 2 p dt
D
S '

n
2 3 1 3
只有提高转速 和降低 值，机器的尺寸和重量才下降 n
增加n的同时也减少 S的下降幅度较D大

S D
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另外活塞的平均速度也可以表示成
vm
r
2
//
n
2/3
提高转速但不希望活塞的平均速度高则降低
2 Sn 2
1800
A / Vm
B Vm
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N 'f' '' p ''c
''
c
dn
60
p ''
压缩机工程研究中心 压缩机的主要结构参数
一. 主要结构参数及其相互关系 压缩机主要结构参数是指活塞平均速度 vm 活塞行程与缸径比、转速n， 三者是压缩机结构及工作的完善程度的标志，并可以通过排气量联系在 一起，具体表示为
活塞平均速度 行程缸径比 排气量
Q
vm

S D
S n 30
(m/s)
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结构方案 一.各种型式压缩机的特点及适用范围 1.立式压缩机
三列立式氧气压缩机（ Z －180/150)
压缩机工程研究中心 立式压缩机的优缺点: 优点: 占地面积小; 活塞的重量不支承在气缸上, 没 有因此而产生的摩擦和磨损,对高压级的填料 寿命长。 缺点: 高度大，操作不方便，需要设置操作平台；另 外管道布局困难，特别是多级时，级间的占地 面积大。
(a) (1a1 ) (1a1 )

气阀的有效通流面积 为流量系数，
a 为相应的截面面积
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流经气阀的气流平均速度
流量系数
vm A P vv = A
气阀有效通流面积
注意: 活塞速度主要还是考虑摩擦磨损的情况和压缩机的 体积大小,我们不会因为管道和阀隙的流速而降低活塞的平 均速度
制造、安装、维修、使用及运输费用
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对压缩机性能评价的变化
60年代开始，行业中开始以零件加工合栺率和装配一次成 功率为主的竞赛指标 ； 在70年代开始，随着人们对压缩机技术性能加深认识，在 评价时，除了考核零部件合栺率外，还增加了对某些技术 性能指标的要求，后来还转向了以某些技术性能指标为主；
（D—第一级气缸直径）
3 vm

4
D Snd i 21200
2
n
2
d i
式中
i―单作用 i=1、 双作用i=2 （双作用中忽略了活塞杆的影响）； z —第一级气缸数；
d —排气系数。
在一定的排气量条外下,
压缩机工程研究中心 n vm 之间的关系
当
d ＝0.75时， vm n、Q间的关系
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N 'f B Vm
' N 'f ' pV m
D
D
4Q d sniz
4 30 Q 1 d iz Vm
Vm
Байду номын сангаас
sn 30
Vm h D ( pi )
'
N 'f ' p 'Vm ' h DVm pi ' A hVm pi Vm
G ' (1.1 ~ 1.25)G
当维持
n n'
vm v 'm
带撇的数值为提高转速后相应的数值
vm 不变而转速提高一倍,则重量减轻30%.
F max ms r2 (1 )
1 ( n)
1 3
一般往复式压缩机的转速低于回转式
当气量Q、 d 、i、z一定时，可得出气缸直径（如果提高转速要注意关系）
3. 现代压缩机设计。
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活塞式压缩机方案（结构）设计的内容
压缩机方案设计的重要性 • 压缩机结构方案、结构参数和运行参数的合理选择，不仅使机器的重 量和所占空间最大限度地减少，而且也将影响到机器的经济性和耐久 性,维修和安装的方便性等。所以压缩机方案设计是压缩机设计工作最 重要的环节。 • 方案设计的具体内容包括 结构型式 – 级数(级在列中的配置）； – 型式（V, H, M, Z等）； – 列数（气缸中心线数或连杆数，单级、多极）； 结构参数： vm ,S/D, n及其匹配的关系。 熟悉一些常用的结构配置形式 • 注意: 所有的方案设计都是依据压缩机的用途、排气量、压力的要求 迚行的。
i m
另一种是取决于转速： 气缸镜面、活塞杆、十字头导轨以 及各轴颈和轴承，转速高即单位时间摩擦的次数增加，磨 损就大。
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凡是摩擦取决于摩擦距离的零部件,即与活塞的 平均速度有关.(活塞环、填料函、十字头） 凡是摩擦取决于摩擦次数的零部件,即与转速有 关;（气缸、活塞杆、十字头滑道、轴承、销子）
80年代以来，人们又认识到只依据几个性能指标来考核产 品的做法存在片面性和不足之处，开始注意到产品的可靠 性要求，即注意到考核成批产品的稳定性与可靠性，以及 产品的综合经济效益，从而开始推广采用国际标准。
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我国压缩机方案设计概况和展望
压缩机结构设计的中心仸务，就是运用一切先迚和可行的 技术手段和措施，直接或间接地保证比缩机的技术性能参 数指标、可靠性和经济性指标达到尽可能的最佳状态。这 些均与结构方案设计有关 方案设计的主要内容，大致可分三方面： 1、结构设计，包括结构构件的几何形状、尺寸配合、技术 条件的设计；各级气缸的合理布局；参数的正确选择； 2、结构的承载能力及可靠性方面的设计计算； 3、材质的选用及新材料的研究应用等。
无十字头结构的级差式方案
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无十字头压缩机
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有十字头结构的级差式方案
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各列曲拐错角的排列原则是： ①尽量使各列惯性力、惯性力矩能相互抵消， 以获取较好的动力平衡性能； ②力求总切向力图均匀，以获取最小的飞轮矩； ③尽量保证级间管道中气流脉动的影响互相抵消 以减少管道振动
适用范围: 中、小及微型，对于气缸无油润滑时主 要用于此结构；另外以级数少为宜。
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2. 卧式压缩机
十列对置式压缩机
陕西宝鸡永红机器厂生产的H3.3-19/220 (320)对动式氮氢气压缩机
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卧式压缩机的优缺点： 优点：与立式压缩机相反；动力平衡性能好； 缺点：十字头运动中有敲击现象，活塞杆摆动，影响了填料的密封性 与耐久性；两列对动式压缩机切向力不均匀，需要较大的飞轮； 对于对动式压缩机（H 型， M型） 常见的卧式压缩机包括 对动式压缩机和对置式压缩机
(2) 旋转摩擦功率
/ N // c f
p dn vm
p d S
对已有的压缩机当n提高，则磨擦功率提高； 但对于新设计的压缩机，提高n，但只要活塞 平均速度不变，则磨擦功率不变。
vm
//
N // f c
S n 30
， 对已有机器提高转速后v 也增加 N f 基本不变，若将新设计的机器转 m 速提高，使vm 维持不变，在排气量不改变的情况下，由于行程s缩短而 使N // 增加。 f
对动结构主轴承及十字头受力状况
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对置式压缩机的气缸置于机身的两侧， 但相对列的活塞部件运动不对称。
根据运动的特点分为三种类型： 1、主副连杆的对置式压缩机（与单列或者多列的立式相同） 2、连杆并列的对置式压缩机（可以看作是气缸轴线错开180度角度式） 3、各列均有自己的曲拐的对置式压缩机（参照多列立式）
/// 2/3

n
30
Sn n n
2
提高转速降低 惯性力也不致太高
为了使n增加后惯性力不致过高，也应选用较小 的

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另外转速对机械效率的影响分为两种情况： 通常认为摩擦功率是随转速上升即机 （1）往复摩擦功率
械效率是下降的，应作具体分析
N B vm
/ f
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活塞式压缩机方案设计
各类产品应有一套相应的科学的质量验收和评价 标准。活塞式压缩机是一种量大面广的通用机械，产 品的品种、规格十分复杂，况且随着科技的不断进步， 对产品的质量和水平的评价内容和标准也不断地发生 变化。因此，到目的为止，对活塞式压缩机还很难制 定出一套通用的、准确的、可适用于各类活塞式压缩 机的质量评价标准。 好在产品总是为了满足用户的需要而生产的，因 此如何评价压缩机产品的质量和水平，首先应听取用 户的意见。 多年来压缩机工程实践经验指出，用户对压缩机 产品基本的、共同的要求，主要有三点，即好用、可 靠、省钱。这表明了对压缩机产品的技术性能参数、 可靠性和经济性等方面的普遍关切。 技术性能指标： 排气量、排气压力、排气温度、轴功率、冷却水及润滑油耗量、噪声、比重量 可靠性指标： 可靠性是相对于出故障而言，属于设计6%，制造质量46%，操作不当40%，维修不当8% 经济性指标：
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二. 活塞平均速度的影响 1. 对压缩机耐久性的影响 摩擦副的耐久性, 在压力一定时主要取决于两种情况: 一种是取决于活塞的平均速度 它们是活塞环、填料函、十字头；平均速度高，这些 零件在单位时间内摩擦的距离长，即磨损就大。
对于活塞环、填料及十字头，如果材料加工、润滑方式等状况相同， 则磨损正于与比压和活塞平均速度 p v
适用范围： 大型压缩机应用非常的普遍。卧式压缩机对安装 和基础的要求高。
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3. 角度式压缩机 角度式压缩机包括 V 型、 L型、W 型 扇型、星型。 特点：气缸中心线之间 成一定的角度
V型压缩机
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4. 有十字头与无十字头压缩机 无十字头压缩机(单作用或级差式,机械效率低,适用 40~60KW以下) 无十字头压缩机只能是单作用，在气体的排气量相同的情 况下与有十字头双作用压缩机比较，其气缸直径是有十字 头压缩机气缸直径的 2 倍，机械效率差。气体的含油量 无法控制，造成环境的污染。
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压缩机结构和方案设计的工作的历史
1．测绘仿制和来图加工 ；（建国初到50年代中期）
（东北和平机器厂测绘苏联的1-266/320;东北机器厂测绘捷 克的产品，6个气缸、两个机身、一根主轴16067种零部件 1958.7.29）
2．经验类比设计；（50年代末到60年代初）
组织了集体设计；4L-8/20 6D型和双L型 氮氢气压缩机
Vh 2

4
2 D2 S
Vh

4
D12 S
D1 / D2 2
有十字头压缩机,结构复杂,双作用时一般均设置填函密封, 增加了易损件。当压缩有毒气体或者无油润滑只能做成此 种压缩机。
压缩机工程研究中心 5. 决定压缩机方案的一般原则: 1. 气体的种类、排气量大小、排气压力高低、 固定还是移动等； 2. 占地面积的大小； 3. 动力平衡性能； 4. 操作维修情况； 5. 企业的制造条件。
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二. 列数及级在列中的配置 1. 列数 列数需视压缩机的系列化/气量的大小及压力的高低来决定，列 数也反映了机器的复杂程度。 2. 级在列中的配置 其原则: a. 各列的活塞力要均衡 b. 力求减少气体泄漏,所以使相邻容积的压力差较小. c. 在曲轴一侧配置较低的压力级,以利于填料密封. d. 管道布局的合理性及制造和装配方便.