第6章壓縮機方案選擇講述

1、 壓縮機工程研究中心活塞式壓縮機方案設(shè)計 壓縮機方案設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，方案設(shè)計的好壞影響到壓縮機的經(jīng)濟性、可靠性、外形的尺寸和重量，影響到壓縮機結(jié)構(gòu)的工藝性、維修、安裝的簡便性等 。所以壓縮機方案設(shè)計是壓縮機設(shè)計工作最重要的環(huán)節(jié)。 各類產(chǎn)品應(yīng)有一套相應(yīng)的科學(xué)的質(zhì)量驗收和評價標準?；钊綁嚎s機是一種量大面廣的通用機械，產(chǎn)品的品種、規(guī)格十分復(fù)雜，況且隨著科技的不斷進步，對產(chǎn)品的質(zhì)量和水平的評價內(nèi)容和標準也不斷地發(fā)生變化。因此，到目前為止，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(zhì)量評價標準。 壓縮機工程研究中心活塞式壓縮機方案（結(jié)構(gòu)）設(shè)計的內(nèi)容方案設(shè)計的內(nèi)容包括

2、結(jié)構(gòu)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、多級）；結(jié)構(gòu)參數(shù)： vm ,S/D, n及其匹配的關(guān)系。熟悉一些常用的結(jié)構(gòu)配置形式注意: 所有的方案設(shè)計都是依據(jù)壓縮機的用途、排氣量、壓力的要求進行的。 壓縮機工程研究中心結(jié)構(gòu)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) Z 壓縮機工程研究中心 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(chǎn)生的摩擦和磨損,對高壓級的填料 壽命長。多列立式壓縮機平衡性能好。缺點: 高度大，操作不方便，需要設(shè)置操作平臺；另 外

3、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(jié)構(gòu)；另外以級數(shù)少為宜。 壓縮機工程研究中心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(chǎn)的H3.3-19/220(320)對動式氮氫氣壓縮機 壓縮機工程研究中心 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；對于對動式壓縮機，不管列數(shù)多少（兩列以上），慣性力可以完全平衡，慣性力很?。幌鄬α兄械幕钊Ψ较蛳喾?，作用在主軸承的載荷是其兩列活塞力之差，減少了主軸承的摩擦磨損，也減少摩擦功耗。 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

4、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(jié)構(gòu)主軸承及十字頭受力狀況 壓縮機工程研究中心 對置式壓縮機的氣缸置于機身的兩側(cè)， 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(yīng)用非常的普遍。臥式壓縮機對安裝和基礎(chǔ)的要求高。 壓縮機工程研究中心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

5、。特點：氣缸中心線之間成一定的角度 。L型壓縮機如果兩列往復(fù)質(zhì)量相等時二階往復(fù)慣性力處于與地面成450方向，機器運轉(zhuǎn)較V型還平穩(wěn)，大氣缸在垂直，小氣缸配置在水平列，具有立式壓縮機的特點和臥式壓縮機特點。 V型壓縮機 壓縮機工程研究中心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4060KW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(jié)構(gòu)復(fù)雜,雙作用時一般均設(shè)置填函密封,增加了易損件。當壓縮有毒氣體或者無油

6、潤滑只能做成此種壓縮機。2 壓縮機工程研究中心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. 占地面積的大小； 3. 動力平衡性能； 4. 操作維修情況； 5. 企業(yè)的制造條件。 壓縮機工程研究中心二. 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(fù)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(cè)配置較低的壓力級,以利于填料密封. d. 制造和裝配方便.無十字頭結(jié)構(gòu)的級差式方案 壓縮機工程研究中心有十字頭結(jié)

7、構(gòu)的級差式方案 壓縮機工程研究中心壓縮機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)一. 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及其相互關(guān)系活塞平均速度 30mSnv (m/s)行程缸徑比 SD （D第一級氣缸直徑） 排氣量322212004mddvQD Sniin 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)。 d,mvn 壓縮機工程研究中心在一定的排氣量條外下,當 mv n 之間的關(guān)系 d0.75 壓縮機工程研究中心二. 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

8、，這些零件在單位時間內(nèi)摩擦的距離長，即磨損就大。 另一種是取決于轉(zhuǎn)速： 氣缸鏡面、活塞桿、十字頭導(dǎo)軌以及各軸頸和軸承，轉(zhuǎn)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mivp 壓縮機工程研究中心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(guān).(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(zhuǎn)速有關(guān);（氣缸、活塞桿、十字頭滑道、軸承、銷子） 壓縮機工程研究中心2. 對氣閥和管道壓力損失的影響 管道的平均氣流速度流經(jīng)氣閥的氣流平均速度11mPvAvAPA=Amvvv注意: 活塞速度主要還是考慮

9、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 壓縮機工程研究中心采川直流閥的壓縮機 mv=56 m/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 mv=1.02.5 m/s； 45 m/s； mv3.54 m/s； mvmv2.5 m/s； 1 m/s 采用環(huán)狀閥及網(wǎng)狀閥的大中型壓縮機 mv=3.54.5 m/s，mv對于摩托式壓縮機,為了適應(yīng)內(nèi)燃機的工作要求,有時mv高達7sm/ 壓縮機工程研究中心三. 轉(zhuǎn)速

10、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(zhuǎn)速及其活 塞平均速度大致符合下面關(guān)系式: 帶撇的數(shù)值為提高轉(zhuǎn)速后相應(yīng)的數(shù)值 當維持 不變而轉(zhuǎn)速提高一倍,則重量減輕30%. 一般往復(fù)式壓縮機的轉(zhuǎn)速低于回轉(zhuǎn)式當氣量Q、 、i、z一定時，可得出氣缸直徑（如果提高轉(zhuǎn)速要注意關(guān)系） 增加n的同時也減少 S的下降幅度較D大壓縮機的轉(zhuǎn)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(qū)動機的經(jīng)濟性及成本。d31)(nD3132nS)25. 11 . 1 (mvvnnGGmmv2Im(1)axsFm r只有既提高轉(zhuǎn)速，又使只有

11、既提高轉(zhuǎn)速，又使 下降，機器的尺寸和重量才能得到有效的下降下降，機器的尺寸和重量才能得到有效的下降 壓縮機工程研究中心另外活塞的平均速度也可以表示成 提高轉(zhuǎn)速但不希望活塞的平均速度高則降低 提高轉(zhuǎn)速但不希望慣性力太高也必須降低322)( nnr2/3/mvn2222()2 301800SnrSn2/3/mvn根據(jù)30mSnv 2/32Snnn 壓縮機工程研究中心另外轉(zhuǎn)速對磨擦功率的影響分為兩種情況：（1）往復(fù)摩擦功率 (2) 旋轉(zhuǎn)摩擦功率 、c對一定機器是定值；d為曲軸直徑，p為氣體壓力 /fmNB vfmpNcdnV/fpNcdS其中c對已有的壓縮機當n提高，則磨擦功率提高；但對于新設(shè)計的壓

12、縮機，提高n，但只要活塞平均速度不變，則磨擦功率不變。有論文講：活塞平均速度提高，摩擦功有論文講：活塞平均速度提高，摩擦功率增加，此觀點片面率增加，此觀點片面由此：對已有的機器，當轉(zhuǎn)速提高，平均速度也提高，旋轉(zhuǎn)摩擦功耗基本不變。新的設(shè)計機器，當轉(zhuǎn)速提高，氣量不變時，行程則減少，使摩擦功耗增加。30mSnv 壓縮機工程研究中心fmNB V()fmmiNpVV h DpdQDsniz430snVm/dmmQDizVAV4130fmmimimmNpVh DVpAhVpVB V 壓縮機工程研究中心PDpdnccpNf2 460mVpAp2 4dnVpANmf6042dnVpcNmffpNcds由此：對

13、已有的機器，當轉(zhuǎn)速提高，平均速度也提高，旋轉(zhuǎn)摩擦功耗基本不變。新的設(shè)計機器，當轉(zhuǎn)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 壓縮機工程研究中心 按照上式作成諾模圖, 圖中的Qizvndm1311456 . 0,35. 0,75. 0虛線實線dsmvizmQm/5 . 3, 2,1min,/1013 轉(zhuǎn)速高低對氣閥的工作也帶來影響。轉(zhuǎn)速提高后，閥片撞擊次致增加，使氣閥壽命降低；在已有機器上提高轉(zhuǎn)速會破壞氣閥正常的運動規(guī)律；新設(shè)計的機器轉(zhuǎn)速提高后，使整機尺寸減少、則氣閥安裝空間減小，導(dǎo)致氣閥中流動能量損失的增加為便于設(shè)計壓縮機時估計轉(zhuǎn)速為便于設(shè)計壓縮機時估計轉(zhuǎn)速, 由公式可得

14、由公式可得322212004mddvQD Sniin 壓縮機工程研究中心近代壓縮機的轉(zhuǎn)速通常在下列范圍：微、小型壓縮機10003000 rmin，中型壓縮機 5001000 rmin;大型壓縮機 250500 rmin。對動力用空氣壓縮機目前的常用轉(zhuǎn)速范圍：排氣量(m3min) 10 20 40 60 100轉(zhuǎn)速(rmin) 1000 750 500 400 300 由 當壓縮機的 上面的公式就為Qizvndm131145smvzimd/4,45. 0,75. 0,1,21Qn3160 壓縮機工程研究中心1. 值表征壓縮機外形尺寸間的比例關(guān)系.值也反映機器重量的大小. 值的大小影響機械應(yīng)力和變

15、形.值對摩擦和磨損的影響.值關(guān)系到氣閥安裝面積的大小.值影響到壓縮機的工作過程.32)( nvm在設(shè)計中如何選擇值關(guān)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 100500 rmin = 0.50.95中速壓縮機 5001000 r / min = 0.450.75 高速壓縮機 1000 rmin = 0.40.55 (3). 行程與氣缸直徑比值/fmNB v/fpNcdS和n的關(guān)系由下圖表示SD 壓縮機工程研究中心 壓縮機工程研究中心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:4kjjjVDS222hjjjVdDS2222hlhllVDdDS

16、lhllhszVDD42 壓縮機工程研究中心壓縮機方案實例 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 壓縮機工程研究中心 壓縮機工程研究中心圖6-1 寶雞永紅機器廠生產(chǎn)的H3.3-19/220(320)對動式氮氫氣壓縮機 國產(chǎn)壓縮機典型方案 壓縮機工程研究中心 壓縮機工程研究中心圖 62 壓縮機工程研究中心圖 63 壓縮機工程研究中心圖 65 一般空氣動力用壓縮機 壓縮機工程研究中心圖 66 L3.3 -13/320 氮氫氣混合壓縮機方案 壓縮機工程研究中心圖 67 4M12-45/210 二氧化碳壓縮機 壓縮機工程研究中心德國博西克公司生產(chǎn)的四列M型氮氫氣壓縮機圖 68 壓縮機工程研究中心前蘇聯(lián)生產(chǎn)的六列M型氮氫氣壓縮機（6M32-270/3