第6章压缩机方案选择讲述

1、 压缩机工程研究中心活塞式压缩机方案设计 压缩机方案设计是结构设计的基础，方案设计的好坏影响到压缩机的经济性、可靠性、外形的尺寸和重量，影响到压缩机结构的工艺性、维修、安装的简便性等 。所以压缩机方案设计是压缩机设计工作最重要的环节。 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，到目前为止，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。 压缩机工程研究中心活塞式压缩机方案（结构）设计的内容方案设计的内容包括

2、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、多级）；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、压力的要求进行的。 压缩机工程研究中心结构方案一.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（ 180/150) Z 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。多列立式压缩机平衡性能好。缺点: 高度大，操作不方便，需要设置操作平台；另 外

3、管道布局困难，特别是多级时，级间的占地 面积大。 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。 压缩机工程研究中心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 压缩机工程研究中心 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；对于对动式压缩机，不管列数多少（两列以上），惯性力可以完全平衡，惯性力很小；相对列中的活塞力方向相反，作用在主轴承的载荷是其两列活塞力之差，减少了主轴承的摩擦磨损，也减少摩擦功耗。 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

4、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对动结构主轴承及十字头受力状况 压缩机工程研究中心 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）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。 压缩机工程研究中心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

5、。特点：气缸中心线之间成一定的角度 。L型压缩机如果两列往复质量相等时二阶往复惯性力处于与地面成450方向，机器运转较V型还平稳，大气缸在垂直，小气缸配置在水平列，具有立式压缩机的特点和卧式压缩机特点。 V型压缩机 压缩机工程研究中心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4060KW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 倍，机械效率差。气体的含油量无法控制，造成环境的污染。 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

6、润滑只能做成此种压缩机。2 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。 压缩机工程研究中心二. 列数及级在列中的配置列数 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。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. 制造和装配方便.无十字头结构的级差式方案 压缩机工程研究中心有十字头结

7、构的级差式方案 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活塞平均速度 30mSnv (m/s)行程缸径比 SD （D第一级气缸直径） 排气量322212004mddvQD Sniin 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； 排气系数。 d,mvn 压缩机工程研究中心在一定的排气量条外下,当 mv n 之间的关系 d0.75 压缩机工程研究中心二. 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

8、，这些零件在单位时间内摩擦的距离长，即磨损就大。 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。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mivp 压缩机工程研究中心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） 压缩机工程研究中心2. 对气阀和管道压力损失的影响 管道的平均气流速度流经气阀的气流平均速度11mPvAvAPA=Amvvv注意: 活塞速度主要还是考虑

9、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流量系数气阀有效通流面积 压缩机工程研究中心采川直流阀的压缩机 mv=56 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 mv=1.02.5 m/s； 45 m/s； mv3.54 m/s； mvmv2.5 m/s； 1 m/s 采用环状阀及网状阀的大中型压缩机 mv=3.54.5 m/s，mv对于摩托式压缩机,为了适应内燃机的工作要求,有时mv高达7sm/ 压缩机工程研究中心三. 转速

10、的影响 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: 带撇的数值为提高转速后相应的数值 当维持 不变而转速提高一倍,则重量减轻30%. 一般往复式压缩机的转速低于回转式当气量Q、 、i、z一定时，可得出气缸直径（如果提高转速要注意关系） 增加n的同时也减少 S的下降幅度较D大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。d31)(nD3132nS)25. 11 . 1 (mvvnnGGmmv2Im(1)axsFm r只有既提高转速，又使只有

11、既提高转速，又使 下降，机器的尺寸和重量才能得到有效的下降下降，机器的尺寸和重量才能得到有效的下降 压缩机工程研究中心另外活塞的平均速度也可以表示成 提高转速但不希望活塞的平均速度高则降低 提高转速但不希望惯性力太高也必须降低322)( nnr2/3/mvn2222()2 301800SnrSn2/3/mvn根据30mSnv 2/32Snnn 压缩机工程研究中心另外转速对磨擦功率的影响分为两种情况：（1）往复摩擦功率 (2) 旋转摩擦功率 、c对一定机器是定值；d为曲轴直径，p为气体压力 /fmNB vfmpNcdnV/fpNcdS其中c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

12、缩机，提高n，但只要活塞平均速度不变，则磨擦功率不变。有论文讲：活塞平均速度提高，摩擦功有论文讲：活塞平均速度提高，摩擦功率增加，此观点片面率增加，此观点片面由此：对已有的机器，当转速提高，平均速度也提高，旋转摩擦功耗基本不变。新的设计机器，当转速提高，气量不变时，行程则减少，使摩擦功耗增加。30mSnv 压缩机工程研究中心fmNB V()fmmiNpVV h DpdQDsniz430snVm/dmmQDizVAV4130fmmimimmNpVh DVpAhVpVB V 压缩机工程研究中心PDpdnccpNf2 460mVpAp2 4dnVpANmf6042dnVpcNmffpNcds由此：对

13、已有的机器，当转速提高，平均速度也提高，旋转摩擦功耗基本不变。新的设计机器，当转速提高，气量不变时，行程则减少，使摩擦功耗增加。仅仅考虑到气体力 压缩机工程研究中心 按照上式作成诺模图, 图中的Qizvndm1311456 . 0,35. 0,75. 0虚线实线dsmvizmQm/5 . 3, 2,1min,/1013 转速高低对气阀的工作也带来影响。转速提高后，阀片撞击次致增加，使气阀寿命降低；在已有机器上提高转速会破坏气阀正常的运动规律；新设计的机器转速提高后，使整机尺寸减少、则气阀安装空间减小，导致气阀中流动能量损失的增加为便于设计压缩机时估计转速为便于设计压缩机时估计转速, 由公式可得

14、由公式可得322212004mddvQD Sniin 压缩机工程研究中心近代压缩机的转速通常在下列范围：微、小型压缩机10003000 rmin，中型压缩机 5001000 rmin;大型压缩机 250500 rmin。对动力用空气压缩机目前的常用转速范围：排气量(m3min) 10 20 40 60 100转速(rmin) 1000 750 500 400 300 由 当压缩机的 上面的公式就为Qizvndm131145smvzimd/4,45. 0,75. 0,1,21Qn3160 压缩机工程研究中心1. 值表征压缩机外形尺寸间的比例关系.值也反映机器重量的大小. 值的大小影响机械应力和变

15、形.值对摩擦和磨损的影响.值关系到气阀安装面积的大小.值影响到压缩机的工作过程.32)( nvm在设计中如何选择值关系到如下几方面：综上分析，建议值的选用范围是：低速压缩机 100500 rmin = 0.50.95中速压缩机 5001000 r / min = 0.450.75 高速压缩机 1000 rmin = 0.40.55 (3). 行程与气缸直径比值/fmNB v/fpNcdS和n的关系由下图表示SD 压缩机工程研究中心 压缩机工程研究中心压缩机气缸直径的确定 1. 单作用式气缸: 2. 双作用气缸: 3.级差式气缸:4kjjjVDS222hjjjVdDS2222hlhllVDdDS

16、lhllhszVDD42 压缩机工程研究中心压缩机方案实例 单级压缩机方案 两级压缩机方案 三级压缩机方案 四级压缩机方案 五级压缩机方案 压缩机工程研究中心 压缩机工程研究中心图6-1 宝鸡永红机器厂生产的H3.3-19/220(320)对动式氮氢气压缩机 国产压缩机典型方案 压缩机工程研究中心 压缩机工程研究中心图 62 压缩机工程研究中心图 63 压缩机工程研究中心图 65 一般空气动力用压缩机 压缩机工程研究中心图 66 L3.3 -13/320 氮氢气混合压缩机方案 压缩机工程研究中心图 67 4M12-45/210 二氧化碳压缩机 压缩机工程研究中心德国博西克公司生产的四列M型氮氢气压缩机图 68 压缩机工程研究中心前苏联生产的六列M型氮氢气压缩机（6M32-270/3