活塞式壓縮機方案設計

各類產品應有一套相應的科學的質量驗收和評價標準。活塞式壓縮機是一種量大面廣的通用機械，產品的品種、規(guī)格十分復雜，況且隨著科技的不斷進步，對產品的質量和水平的評價內容和標準也不斷地發(fā)生變化。因此，到目的為止，對活塞式壓縮機還很難制定出一套通用的、準確的、可適用于各類活塞式壓縮機的質量評價標準。好在產品總是為了滿足用戶的需要而生產的，因此如何評價壓縮機產品的質量和水平，首先應聽取用戶的意見。多年來壓縮機工程實踐經驗指出，用戶對壓縮機產品基本的、共同的要求，主要有三點，即好用、可靠、省錢。這表明了對壓縮機產品的技術性能參數(shù)、可靠性和經濟性等方面的普遍關切。技術性能指標：可靠性指標：經濟性指標：排氣量、排氣壓力、排氣溫度、軸功率、冷卻水及潤滑油耗量、噪聲、比重量可靠性是相對于出故障而言，屬于設計6%，制造質量46%，操作不當40%，維修不當8%制造、安裝、維修、使用及運輸費用對壓縮機性能評價的變化

60年代開始，行業(yè)中開始以零件加工合格率和裝配一次成功率為主的競賽指標；

在70年代開始，隨著人們對壓縮機技術性能加深認識，在評價時，除了考核零部件合格率外，還增加了對某些技術性能指標的要求，后來還轉向了以某些技術性能指標為主；

80年代以來，人們又認識到只依據(jù)幾個性能指標來考核產品的做法存在片面性和不足之處，開始注意到產品的可靠性要求，即注意到考核成批產品的穩(wěn)定性與可靠性，以及產品的綜合經濟效益，從而開始推廣采用國際標準。我國壓縮機方案設計概況和展望

壓縮機結構設計的中心任務，就是運用一切先進和可行的技術手段和措施，直接或間接地保證比縮機的技術性能參數(shù)指標、可靠性和經濟性指標達到盡可能的最佳狀態(tài)。這些均與結構方案設計有關方案設計的主要內容，大致可分三方面：1、結構設計，包括結構構件的幾何形狀、尺寸配合、技術條件的設計；各級氣缸的合理布局；參數(shù)的正確選擇；2、結構的承載能力及可靠性方面的設計計算；3、材質的選用及新材料的研究應用等。

壓縮機結構和方案設計的工作的歷史1．測繪仿制和來圖加工；（建國初到50年代中期）（東北和平機器廠測繪蘇聯(lián)的1-266/320;東北機器廠測繪捷克的產品，6個氣缸、兩個機身、一根主軸16067種零部件1958.7.29）2．經驗類比設計；（50年代末到60年代初）組織了集體設計；4L-8/206D型和雙L型氮氫氣壓縮機3.現(xiàn)代壓縮機設計?；钊綁嚎s機方案（結構）設計的內容

壓縮機方案設計的重要性壓縮機結構方案、結構參數(shù)和運行參數(shù)的合理選擇，不僅使機器的重量和所占空間最大限度地減少，而且也將影響到機器的經濟性和耐久性,維修和安裝的方便性等。所以壓縮機方案設計是壓縮機設計工作最重要的環(huán)節(jié)。方案設計的具體內容包括結構型式級數(shù)(級在列中的配置）；型式（V,H,M,Z等）；列數(shù)（氣缸中心線數(shù)或連桿數(shù)，單級、多極）；結構參數(shù)：vm,S/D,n及其匹配的關系。熟悉一些常用的結構配置形式注意:所有的方案設計都是依據(jù)壓縮機的用途、排氣量、壓力的要求進行的。結構方案一.各種型式壓縮機的特點及適用范圍1.立式壓縮機

三列立式氧氣壓縮機（－180/150)

立式壓縮機的優(yōu)缺點:優(yōu)點:占地面積小;活塞的重量不支承在氣缸上,沒有因此而產生的摩擦和磨損,對高壓級的填料壽命長。缺點:高度大，操作不方便，需要設置操作平臺；另外管道布局困難，特別是多級時，級間的占地面積大。適用范圍:中、小及微型，對于氣缸無油潤滑時主要用于此結構；另外以級數(shù)少為宜。2.

臥式壓縮機

十列對置式壓縮機陜西寶雞永紅機器廠生產的H3.3-19/220(320)對動式氮氫氣壓縮機

臥式壓縮機的優(yōu)缺點：優(yōu)點：與立式壓縮機相反；動力平衡性能好；缺點：十字頭運動中有敲擊現(xiàn)象，活塞桿擺動，影響了填料的密封性與耐久性；兩列對動式壓縮機切向力不均勻，需要較大的飛輪；對于對動式壓縮機（H型，M型）常見的臥式壓縮機包括對動式壓縮機和對置式壓縮機對動結構主軸承及十字頭受力狀況

對置式壓縮機的氣缸置于機身的兩側，但相對列的活塞部件運動不對稱。根據(jù)運動的特點分為三種類型：1、主副連桿的對置式壓縮機（與單列或者多列的立式相同）2、連桿并列的對置式壓縮機（可以看作是氣缸軸線錯開180度角度式）3、各列均有自己的曲拐的對置式壓縮機（參照多列立式）適用范圍：大型壓縮機應用非常的普遍。臥式壓縮機對安裝和基礎的要求高。3.角度式壓縮機角度式壓縮機包括V型、L型、W型扇型、星型。特點：氣缸中心線之間成一定的角度

V型壓縮機4.有十字頭與無十字頭壓縮機無十字頭壓縮機(單作用或級差式,機械效率低,適用40~60KW以下)

無十字頭壓縮機只能是單作用，在氣體的排氣量相同的情況下與有十字頭雙作用壓縮機比較，其氣缸直徑是有十字頭壓縮機氣缸直徑的倍，機械效率差。氣體的含油量無法控制，造成環(huán)境的污染。

有十字頭壓縮機,結構復雜,雙作用時一般均設置填函密封,增加了易損件。當壓縮有毒氣體或者無油潤滑只能做成此種壓縮機。5.決定壓縮機方案的一般原則:1.氣體的種類、排氣量大小、排氣壓力高低、固定還是移動等；

2.占地面積的大??；

3.動力平衡性能；

4.操作維修情況；

5.企業(yè)的制造條件。二.列數(shù)及級在列中的配置列數(shù)列數(shù)需視壓縮機的系列化/氣量的大小及壓力的高低來決定，列數(shù)也反映了機器的復雜程度。級在列中的配置其原則:a.各列的活塞力要均衡

b.力求減少氣體泄漏,所以使相鄰容積的壓力差較小.c.在曲軸一側配置較低的壓力級,以利于填料密封.d.管道布局的合理性及制造和裝配方便.無十字頭結構的級差式方案無十字頭壓縮機有十字頭結構的級差式方案各列曲拐錯角的排列原則是：①盡量使各列慣性力、慣性力矩能相互抵消，以獲取較好的動力平衡性能；②力求總切向力圖均勻，以獲取最小的飛輪矩；③盡量保證級間管道中氣流脈動的影響互相抵消以減少管道振動壓縮機的主要結構參數(shù)一.主要結構參數(shù)及其相互關系活塞平均速度

(m/s)行程缸徑比

（D—第一級氣缸直徑）

排氣量式中i―單作用i=1、雙作用i=2（雙作用中忽略了活塞桿的影響）；

z—第一級氣缸數(shù)；

—排氣系數(shù)。

壓縮機主要結構參數(shù)是指活塞平均速度活塞行程與缸徑比、轉速n，三者是壓縮機結構及工作的完善程度的標志，并可以通過排氣量聯(lián)系在一起，具體表示為在一定的排氣量條外下,n之間的關系

＝0.75時，n、Q間的關系當

二.活塞平均速度的影響

1.對壓縮機耐久性的影響摩擦副的耐久性,在壓力一定時主要取決于兩種情況:一種是取決于活塞的平均速度它們是活塞環(huán)、填料函、十字頭；平均速度高，這些零件在單位時間內摩擦的距離長，即磨損就大。

另一種是取決于轉速：氣缸鏡面、活塞桿、十字頭導軌以及各軸頸和軸承，轉速高即單位時間摩擦的次數(shù)增加，磨損就大。對于活塞環(huán)、填料及十字頭，如果材料加工、潤滑方式等狀況相同，則磨損正于與比壓和活塞平均速度

凡是摩擦取決于摩擦距離的零部件,即與活塞的平均速度有關.(活塞環(huán)、填料函、十字頭）凡是摩擦取決于摩擦次數(shù)的零部件,即與轉速有關;（氣缸、活塞桿、十字頭滑道、軸承、銷子）2.對氣閥和管道壓力的影響

（1）管道的平均氣流速度（2）對氣閥的影響為流量系數(shù)，為相應的截面面積氣閥的有效通流面積

流經氣閥的氣流平均速度注意:活塞速度主要還是考慮摩擦磨損的情況和壓縮機的體積大小,我們不會因為管道和閥隙的流速而降低活塞的平均速度流量系數(shù)氣閥有效通流面積采川直流閥的壓縮機=5～6m/s；

微型壓縮機由于行程較短，一般情況下迷宮壓縮機為了減少泄漏量聚四氟乙烯密封環(huán)壓縮機考慮到活塞環(huán)的壽命超高壓壓縮機為了保證摩擦副的耐久性乙炔壓縮機考慮安全防爆=1.0～2.5m/s；

≥4～5m/s；

≤3.5～4m/s；

≤2.5m/s；≈1m/s采用環(huán)狀閥及網狀閥的大中型壓縮機=3.5～4.5m/s，對于摩托式壓縮機,為了適應內燃機的工作要求,有時高達7

三.轉速的影響

根據(jù)一些同類型機器的分析與統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)同一排氣量的機器,其重量和轉速及其活塞平均速度大致符合下面關系式:

帶撇的數(shù)值為提高轉速后相應的數(shù)值當維持不變而轉速提高一倍,則重量減輕30%.

一般往復式壓縮機的轉速低于回轉式當氣量Q、、i、z一定時，可得出氣缸直徑（如果提高轉速要注意關系）

增加n的同時也減少

S的下降幅度較D大壓縮機的轉速不僅決定壓縮機的幾何尺寸、重量、制造的難易、機器的成本，而且還影響摩擦功、磨損、工作過程及動力特性，還會影響驅動機的經濟性及成本。只有提高轉速和降低值，機器的尺寸和重量才下降另外活塞的平均速度也可以表示成

提高轉速但不希望活塞的平均速度高則降低

提高轉速降低慣性力也不致太高為了使n增加后慣性力不致過高，也應選用較小的另外轉速對機械效率的影響分為兩種情況：（1）往復摩擦功率

(2)旋轉摩擦功率

對已有的壓縮機當n提高，則磨擦功率提高；但對于新設計的壓縮機，提高n，但只要活塞平均速度不變，則磨擦功率不變。對已有機器提高轉速后也增加基本不變，若將新設計的機器轉速提高，使維持不變，在排氣量不改變的情況下，由于行程s縮短而使增加。，通常認為摩擦功率是隨轉速上升即機械效率是下降的，應作具體分析

由此：對已有的機器，當轉速提高，平均速度也提高，旋轉摩擦功耗基本不變。新的設計機器，當轉速提高，氣量不變時，行程則減少，使摩擦功耗增加。僅僅考慮到氣體力為便于設計壓縮機時估計轉速,由公式可得

【對（6－1）轉換】按照上式作成諾模圖,圖中的在一定的排氣量條外下,n之間的關系

＝0.75時，n、Q間的關系當

近代壓縮機的轉速通常在下列范圍：微、小型壓縮機1000～3000r／min，中型壓縮機500～1000r／min;大型壓縮機250～500r／min。對動力用空氣壓縮機目前的常用轉速范圍：排氣量(m3／min)10204060100轉速(r／min)1000750500400300

由當壓縮機的上面的公式就為轉速高低對氣閥的工作也帶來影響。轉速提高后閥片撞擊次數(shù)增加，使氣閥壽命降低；在已有機器上提高轉速會破壞氣閥正常的運動規(guī)律，新設計的機器轉速提高后，使整機尺于減少、則氣閥安裝空間減小，導致氣閥中流動能量損失的增加

1.值表征壓縮機外形尺寸間的比例關系.值也反映機器重量的大小.值的大小影響機械應力和變形.值對摩擦和磨損的影響.值關系到氣閥安裝面積的大小.值影響到壓縮機的工作過程.在設計中如何選擇值關系到如下幾方面：綜上分析，建議值的選用范圍是：低速壓縮機

100～500r／min

=0.5～0.95中速壓縮機500～1000r/min=0.45～0.75

高速壓縮機＞1000r／min=0.4～0.55

(3).行程與氣缸直徑比值和n的關系由下圖表示壓縮機氣缸直徑的確定

1.單作用式氣缸:

2.雙作用氣缸:

3.級差式氣缸:所計算的氣缸直徑按照標準取整壓縮機方案實例單級壓縮機方案兩級壓縮機方案三級壓縮機方案四級壓縮機方案五級壓縮機方案圖6-1寶雞永紅機器廠生產的H3.3-19/220(320)對動式氮氫氣壓縮機

國產壓縮機典型方案

CO2氣的比重較空氣重52％較氮氫混合氣重5倍以上，所以同樣氣閥通道面積時的阻力損失要大得多，因此設計者采用了較低的活塞平均速度，選用n＝300r/minVm=3.2m/s

沈陽氣體壓縮機廠二氧化碳壓縮機。因CO2氣體的臨界溫度高(tc＝31.7℃），在31.7℃及p=72.5bar之下即可液化。所以盡管流程終壓只有2l0bar