第6章壓縮機(jī)方案選擇講述

活塞式壓縮機(jī)方案設(shè)計(jì)

壓縮機(jī)方案設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，方案設(shè)計(jì)的好壞影響到壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、外形的尺寸和重量，影響到壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的工藝性、維修、安裝的簡便性等。所以壓縮機(jī)方案設(shè)計(jì)是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)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(yàn)收和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?；钊綁嚎s機(jī)是一種量大面廣的通用機(jī)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(jìn)步，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和水平的評(píng)價(jià)內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)也不斷地發(fā)生變化。因此，到目前為止，對(duì)活塞式壓縮機(jī)還很難制定出一套通用的、準(zhǔn)確的、可適用于各類活塞式壓縮機(jī)的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

活塞式壓縮機(jī)方案（結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)的內(nèi)容方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)型式級(jí)數(shù)(級(jí)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(jí)、多級(jí)）；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(jì)都是依據(jù)壓縮機(jī)的用途、排氣量、壓力的要求進(jìn)行的。結(jié)構(gòu)方案一.各種型式壓縮機(jī)的特點(diǎn)及適用范圍1.立式壓縮機(jī)

三列立式氧氣壓縮機(jī)（－180/150)

立式壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):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(duì)高壓級(jí)的填料壽命長。多列立式壓縮機(jī)平衡性能好。缺點(diǎn):高度大，操作不方便，需要設(shè)置操作平臺(tái)；另外管道布局困難，特別是多級(jí)時(shí)，級(jí)間的占地面積大。適用范圍:中、小及微型，對(duì)于氣缸無油潤滑時(shí)主要用于此結(jié)構(gòu)；另外以級(jí)數(shù)少為宜。2.

臥式壓縮機(jī)

十列對(duì)置式壓縮機(jī)陜西寶雞永紅機(jī)器廠生產(chǎn)的H3.3-19/220(320)對(duì)動(dòng)式氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)

臥式壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：與立式壓縮機(jī)相反；動(dòng)力平衡性能好；對(duì)于對(duì)動(dòng)式壓縮機(jī)，不管列數(shù)多少（兩列以上），慣性力可以完全平衡，慣性力很??；相對(duì)列中的活塞力方向相反，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(diǎn)：十字頭運(yùn)動(dòng)中有敲擊現(xiàn)象，活塞桿擺動(dòng)，影響了填料的密封性與耐久性；兩列對(duì)動(dòng)式壓縮機(jī)切向力不均勻，需要較大的飛輪；對(duì)于對(duì)動(dòng)式壓縮機(jī)（H型，M型）常見的臥式壓縮機(jī)包括對(duì)動(dòng)式壓縮機(jī)和對(duì)置式壓縮機(jī)對(duì)動(dòng)結(jié)構(gòu)主軸承及十字頭受力狀況

對(duì)置式壓縮機(jī)的氣缸置于機(jī)身的兩側(cè)，但相對(duì)列的活塞部件運(yùn)動(dòng)不對(duì)稱。根據(jù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)分為三種類型：1、主副連桿的對(duì)置式壓縮機(jī)（與單列或者多列的立式相同）2、連桿并列的對(duì)置式壓縮機(jī)（可以看作是氣缸軸線錯(cuò)開180度角度式）3、各列均有自己的曲拐的對(duì)置式壓縮機(jī)（參照多列立式）適用范圍：大型壓縮機(jī)應(yīng)用非常的普遍。臥式壓縮機(jī)對(duì)安裝和基礎(chǔ)的要求高。3.角度式壓縮機(jī)角度式壓縮機(jī)包括V型、L型、W型扇型、星型。特點(diǎn)：氣缸中心線之間成一定的角度。L型壓縮機(jī)如果兩列往復(fù)質(zhì)量相等時(shí)二階往復(fù)慣性力處于與地面成450方向，機(jī)器運(yùn)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(jī)的特點(diǎn)和臥式壓縮機(jī)特點(diǎn)。V型壓縮機(jī)4.有十字頭與無十字頭壓縮機(jī)無十字頭壓縮機(jī)(單作用或級(jí)差式,機(jī)械效率低,適用40~60KW以下)

無十字頭壓縮機(jī)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(jī)比較，其氣缸直徑是有十字頭壓縮機(jī)氣缸直徑的倍，機(jī)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(jī),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,雙作用時(shí)一般均設(shè)置填函密封,增加了易損件。當(dāng)壓縮有毒氣體或者無油潤滑只能做成此種壓縮機(jī)。5.決定壓縮機(jī)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(dòng)等；

2.占地面積的大??；

3.動(dòng)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(jí)在列中的配置列數(shù)列數(shù)需視壓縮機(jī)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(jī)器的復(fù)雜程度。級(jí)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(jí),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(jí)差式方案有十字頭結(jié)構(gòu)的級(jí)差式方案壓縮機(jī)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

(m/s)行程缸徑比

（D—第一級(jí)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(jí)氣缸數(shù)；

—排氣系數(shù)。

在一定的排氣量條外下,當(dāng)n之間的關(guān)系

二.活塞平均速度的影響

1.對(duì)壓縮機(jī)耐久性的影響摩擦副的耐久性,在壓力一定時(shí)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(shí)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(shí)間摩擦的次數(shù)增加，磨損就大。對(duì)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(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）2.對(duì)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注意:活塞速度主要還是考慮摩擦磨損的情況和壓縮機(jī)的體積大小,我們不會(huì)因?yàn)楣艿篮烷y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(jī)=5～6m/s；

微型壓縮機(jī)由于行程較短，一般情況下迷宮壓縮機(jī)為了減少泄漏量聚四氟乙烯密封環(huán)壓縮機(jī)考慮到活塞環(huán)的壽命超高壓壓縮機(jī)為了保證摩擦副的耐久性乙炔壓縮機(jī)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(wǎng)狀閥的大中型壓縮機(jī)=3.5～4.5m/s，對(duì)于摩托式壓縮機(jī),為了適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的工作要求,有時(shí)高達(dá)7

三.轉(zhuǎn)速的影響

根據(jù)一些同類型機(jī)器的分析與統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)同一排氣量的機(jī)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(dāng)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(jī)的轉(zhuǎn)速低于回轉(zhuǎn)式當(dāng)氣量Q、、i、z一定時(shí)，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(shí)也減少

S的下降幅度較D大壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速不僅決定壓縮機(jī)的幾何尺寸、重量、制造的難易、機(jī)器的成本，而且還影響摩擦功、磨損、工作過程及動(dòng)力特性，還會(huì)影響驅(qū)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及成本。只有既提高轉(zhuǎn)速，又使下降，機(jī)器的尺寸和重量才能得到有效的下降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根據(jù)另外轉(zhuǎn)速對(duì)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(duì)一定機(jī)器是定值；d為曲軸直徑，p為氣體壓力其中對(duì)已有的壓縮機(jī)當(dāng)n提高，則磨擦功率提高；但對(duì)于新設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)，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，摩擦功率增加，此觀點(diǎn)片面由此：對(duì)已有的機(jī)器，當(dāng)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(jì)機(jī)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高，氣量不變時(shí)，行程則減少，使摩擦功耗增加。由此：對(duì)已有的機(jī)器，當(dāng)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(jì)機(jī)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高，氣量不變時(shí)，行程則減少，使摩擦功耗增加。僅僅考慮到氣體力

按照上式作成諾模圖,圖中的

轉(zhuǎn)速高低對(duì)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(jī)器上提高轉(zhuǎn)速會(huì)破壞氣閥正常的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；新設(shè)計(jì)的機(jī)器轉(zhuǎn)速提高后，使整機(jī)尺寸減少、則氣閥安裝空間減小，導(dǎo)致氣閥中流動(dòng)能量損失的增加為便于設(shè)計(jì)壓縮機(jī)時(shí)估計(jì)轉(zhuǎn)速,由公式可得近代壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速通常在下列范圍：微、小型壓縮機(jī)1000～3000r／min，中型壓縮機(jī)500～1000r／min;大型壓縮機(jī)250～500r／min。對(duì)動(dòng)力用空氣壓縮機(jī)目前的常用轉(zhuǎn)速范圍：排氣量(m3／min)10204060100轉(zhuǎn)速(r／min)1000750500400300

由當(dāng)壓縮機(jī)的上面的公式就為1.值表征壓縮機(jī)外形尺寸間的比例關(guān)系.值也反映機(jī)器重量的大小.值的大小影響機(jī)械應(yīng)力和變形.值對(duì)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(jī)的工作過程.在設(shè)計(jì)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(jī)

100～500r／min

=0.5～0.95中速壓縮機(jī)500～1000r/min=0.45～0.75

高速壓縮機(jī)＞1000r／min=0.4～0.55

(3).行程與氣缸直徑比值和n的關(guān)系由下圖表示壓縮機(jī)氣缸直徑的確定

1.單作用式氣缸:

2.雙作用氣缸:

3.級(jí)差式氣缸:壓縮機(jī)方案實(shí)例單級(jí)壓縮機(jī)方案兩級(jí)壓縮機(jī)方案三級(jí)壓縮機(jī)方案四級(jí)壓縮機(jī)方案五級(jí)壓縮機(jī)方案圖6-1寶雞永紅機(jī)器廠生產(chǎn)的H3.3-19/220(320)對(duì)動(dòng)式氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)

國產(chǎn)壓縮機(jī)典型方案圖6－2圖6－3圖6－5一般空氣動(dòng)力用壓縮機(jī)圖6－6L3.3-13/320氮?dú)錃饣旌蠅嚎s機(jī)方案圖6－74M12-45/210二氧化碳?jí)嚎s機(jī)德國博西克公司生產(chǎn)的四列M型氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)圖6