往复式压缩机论文

./0序言压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械,属于将原动机的动力能转变为气体压力能的工作机。它的种类多、用途广,有"通用机械"之称。目前,除了活塞式压缩机,其他各类压缩机机型,如离心式、双螺杆式、滚动转子式和涡旋式等均被有效地开发和利用,为用户在机型的选择上提供了更多的可能性。随着经济的高速发展,我国的压缩机设计制造技术也有了长足进步,在某些方面的技术水平也已经达到国际先进水平。1压缩机现状及趋势1.1往复式压缩机的技术现状及发展趋势在石化领域,往复式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展；不断开发变工况条件下运行的新型气阀,提高气阀寿命；在产品设计上,应用热力学、动力学理论,通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能；强化压缩机的机电一体化,采用计算机自动控制,实现优化节能运行和联机运行。在动力领域,活塞式压缩机目前占有主要市场。但随着人们对使用环境及能耗、环保等方面要求的提高,螺杆和涡旋空气压缩机开始占有一定的市场。在制冷空调领域,往复式制冷压缩机作为一种传统的制冷压缩机,适用于制冷量较广围的制冷系统。虽然目前它的应用还比较广泛,但市场份额正逐渐减小。目前冰箱〔包括小型冷冻与冷藏装置制冷系统的主机仍以往复式压缩机为主。经过多年设计改进和技术进步,往复式冰箱压缩机效率大大提高。同时在与环境保护密切相关的制冷剂替代技术上也取得了可喜的进步。进一步提高往复式冰箱压缩机的效率、降低系统噪声是它的主要发展方向。线性〔直线压缩机线性压缩机是往复式压缩机的一种型式,由于电动机的直线运动可以直接带动活塞的往复运动,从而避免了曲柄连杆机构的复杂性和由此带来的机械功耗。线性压缩机关键技术是压缩机油路系统的设计、电动机线性位移极限点的有效控制,以及相应的防撞技术。斜盘式压缩机斜盘式压缩机也是往复式压缩机的一种变型结构,主要用于车用空调系统。经过几十年的发展,斜盘式压缩机已经成为一种非常成熟的机型,在车用空调压缩机市场占有70%以上的份额。但它的效率低于回转式压缩机,且体积较大。由于斜盘式汽车空调压缩机的工艺成熟,加上技术的进一步改进,在可预见的将来,仍将保有一定的市场份额,但在一定的排量围被逐渐替代是必然之路。1.2压缩机的初步市场分析气体压缩机常用的气体压缩机有离心式气体压缩机和往复式气体压缩机。多年来,我国压缩机制造业攻克不少难关,取得重大突破。但我国离心压缩机在高技术、高参数、高质量和特殊产品等方面还不能满足国需要,50%左右产品需要进口。国中小型往复式压缩机已经能够基本满足国石化行业需求,但大型往复式压缩机还不能满足市场需要,特别是技术含量高和特殊要求的产品还满足不了国需求。预计"十一五"期间对大中型压缩机的总量需求会比"九五""十五"期间的需求增幅较大,尤其是超大型及特种工艺压缩机更是如此。根据目前形势预测,今后五年的压缩机市场基本是稳中有升。家用空调压缩机目前,我国房间空调器的生产总量已经超过美国,居世界第一位。2004全年压缩机的表观消费量<即销量＋进口量－出口量>为4200万台,而同期空调的产量高达4746万台,两者之间有近550万台的缺口。据估计,2005年全年将出现600万台的缺口空调压缩机的供给局面较为紧。但随着空调压缩机企业的扩容和制冷空调企业的加入,我国空调压缩机产销量将在2006年达到7000万台,届时国空调压缩机或将出现供大于求的局面。汽车空调压缩机目前汽车空调压缩机虽然型式多样,但仍以斜盘压缩机产量最多,回转式产量最少。回转式压缩机零件少、效率高,是汽车空调压缩机一个重要的发展方向。回转式汽车空调压缩机主要有旋叶压缩机和涡旋压缩机。旋叶压缩机主要以日本松下株式会社和日本精工精机株式会社为主,日本电装公司和杰克赛尔公司也都生产旋转叶片式压缩机。涡旋压缩机主要以日本三电公司,三菱重工公司和电装公司为主要生产厂。国也有企业开始涉足回转式汽车空调压缩机。2改进技术2.1往复运动件的改进技术往复活塞压缩机动力计算常需假定各级往复运动件及旋转质量相等条件下进行,通过加平衡重以达到惯性力及惯性力矩接近平衡或完全平衡,确保压缩机的正常运行．为保证各级往复件质量相等,大多数设计生产厂家往往采用比重不同材质的活塞,如大直径活塞采用铸铝等,而小直径活塞采用钢质或铜质．即便如此,在实际生产加工中,由于铸造偏差等原因,各级往复件质量根本达不到相等的条件,且偏差较大,因此我们对L,W一加,7．35型空压机往复运动件进行了改进设计LW一40,7．35型空压机结构型式为L型,两级压缩,一级为立式,二级为卧式,一级活塞直径为600mm,二级活塞直径为355nma．改进设计主要有两个方面：一、二级活塞体均采用zLl09材质；二级十字头体在一级十字头体的基础上,滑履加长20mm,且十字头销两端处增加了盖体。此改进的主要特点是：由于二级<卧级>活塞采用了ZLl09材质,使其重量减轻,其结果减轻了对活塞环及填料函的磨损,一定程度上延长了易损件的使用寿命,同时也减少了因磨损而造成气体大量泄漏,提高了经济性．因为直径小的二级活塞体重量减轻,所以二级十字头销两端增加了盖体以保证往复件质量和一级相同．具体办法是：实际安装时,往复件按实际称重,通过加工盖体两端面来保证两级往复运动件质量相等,同时由于滑履的加长,仍能保证滑道与滑履接触的正常比压．现场试车及用户的反映,本型号空压机运行平稳,噪音小,特别是易损件寿命已超过7000h．超出了设计标准要求的6000h。改进效果非常明显．2.2气阀改进技术压缩机气阀：问题传统意义上往复式压缩机通常转速低于1000RPM,与其匹配的气阀每年需开启关闭近5亿次,现在很多紧凑型压缩机的转速达到了1800RPM,这意味着每年近10亿次的气阀开关循环,而且用户希望气阀的检修更换周期能大于1年,所以气阀的设计者必须找出方法使他们的气阀包括其零部件如阀座、阀盖、密封元件〔阀片、阀环或菌状阀头和弹簧足够坚固,并能够在苛刻工况〔如腐蚀性气体和高温下有足够的抗冲击负荷能力和疲劳强度。压缩机气阀：解决方案主要的改进在五个方面：气阀零部件的设计和材料；弹簧设计、材料和处理；气阀的动态分析〔VDA；气阀零部件的设计和材料；气阀零部件设计等。2.3活塞和活塞杆密封改进技术活塞和活塞杆密封：问题当往复式压缩机中最关键的气阀可靠性问题得到解决以后,下一步就是要活塞和活塞杆的密封问题了。填料是气缸气体泄漏的主要通道,易燃易爆的气体泄漏会导致严重的生产事故；活塞环和支承环也有相当的挑战性,特别在无油润滑的压缩机上,支承环的过度磨损会导致惨痛的后果！活塞和活塞杆密封：解决方案在过去的二十年中,密封材料的设计和研发都有了飞跃的发展,包括如何使这些产品达到理想的可靠性。这是基于：新研发的独特自润滑材料,可用于有油和无油润滑的压缩机；自润滑材料的长久摩擦测试；正确评价各摩擦面的要求,包括材料选择、表面处理和粗糙度；理解各零部件功能和运作基础上的设计改善；对压缩机润滑系统的理解〔润滑剂和注油量；通过用户反馈和现场检测持续改进产品设计。2.4往复式压缩机振动预防措施2.4.1改变管道的固有频率压缩机进出口管道要避免使用长的直管段,调整管道长度可以调整管道固有频率,同时管路中存在过多拐弯、变径、分支或节流元件等结构,会导致了激振力的产生,增加振源。在管道设计过程中,除满足应力要求,在管道中气流压力不均匀度比较高的地方尽量少拐弯,且拐弯时尽可能用长半径弯头或45。弯头,同时要进行固定,尽量避免空中转弯。切断阀要选用不易产生涡流的阀门。在异径接头处,尽量减小收缩口的角度,避免管径收缩的突然性。改变工艺气固有频率缓解气流振动可以通过调整工艺气固有频率,一般在压缩机进出口段均要设置缓冲罐,是最简单且最有效的减缓气流脉动的措施。压缩机排出的气体经过缓冲罐后压力脉动明显下降。很多现场都采用过缓冲罐来减振,为了能充分发挥它的减缓气流脉动的效果,应尽量将缓冲罐放置在紧靠压缩机的进、排气口处,它的容积要通过计算来确定。管系局部加强增加抗振能力压缩机主要工艺管道的分支、拐弯和变径应尽可能利用标准管件实现,因为标准管件本身强度较高。对于不宜采用标准管件的地方,如不能使用成品的三通分支处及仪表管嘴处,应适当采取补强措施,这是因为该处存在应力集中,在振动情况下,应力产生交变,它将会很快导致结构的疲劳破坏。分支管道也应有适当的支撑,因为支管较小,较容易发生振动。放空阀、排凝阀及仪表管道安装应尽量靠近主管。采用合理的管道支架减弱振动压缩机管道的管墩、支架基础是必须同压缩机、构筑物基础分开的,管道的支撑也不能固定于厂房、构架、平台和设备上。为减少振动,相邻两个支架间距不得相等。压缩机的管道支架一般选用带防振管卡的支架。常常在管道和防振管卡之间加一层非金属板,如石棉橡胶板,这样可以保证管道与管卡充分接触,而不出现间隙,同时又考虑了管道可能产生的热胀位移。管道拐弯和阀门等荷载集中的地方特别容易引起振动,因此在弯头、三通、阀门以及其他附加荷载比较集中的附近设置防振支架。同时应注意,阀门的手轮、阀门上的电动头或气动头均有一定的重量,设置方位不合适的话,振动也会影响到连接部位的强度,所以相应的支撑措施很重要。管道支架和管道要一起合理规划,加固或增设管系支撑点虽然能显著提高管系的刚度,改变振动特征,但是加固或增设管系支撑点,必须还要考虑管道的热应力,满足柔性需要。针对压缩机振动,综合考虑各种因素,分析振动原因后方可制定出相应的预防措施,还需要从经济上,找出最佳设计方案,以确保装置安全可靠地运行。3往复式压缩机的应用3.1往复式压缩机的使用启动前的准备操作、维修和保养压缩机必须由具有资质的人员进行;气体管道应清理干净;检查压缩机各运动与静止联结部分的紧固程度;检查各部位间隙是否规定围;检查仪表是否合格、安装妥当;检查和清洗机身油池,按规定注入清洁的润滑油到规定高度;检查冷却水流程是否符合要求、水路是否畅通、有无漏水现象;检查压缩机和电动机外部,取走工具和全部无关物品;盘车2-3转,运行机构应无卡住、无撞击现象;如果在排气管路上设有专用的放空阀、卸荷阀,则必须完全打开;检查压缩机的各控制与安全防护装置是否完等。压缩机的启动点车启动压缩机,检查旋向是否正确；开车后要随时注意油压表的读数是否正常；耳听运动部分和气缸中有无敲碰声和冲击声。若有异常声音,必须停止压缩机,查清原因并消除；检查各级排气压力、各级排气温度、进排水温度、冷却水压力,润滑油压力均在规定围；根据电流表的读数检查电动机的负荷是否在额定围；检查活塞杆表面是否过热、填料是否正常；检查电机和机身固定在基础上的牢固性；注意管道是否异常振动；一般不允许用多次断断续续的方法来启动压缩机等。压缩机运行中的监护定期检查安全防护装置；对规定的监测点巡回检查并认真填写运行记录；保持机身油池油位在规定的围；中间冷却器冷凝出的冷凝水应每一小时排放一次,储气罐每班排放一次；应随时注意和检查各压力表和温度表的读数是否在规定围；检查冷却水温度、流量是否正常；经常注意中间冷却器,储气罐上的安全阀状态是否完好可靠。3.2往复式压缩机的维护良好的维护保养,是使压缩机组安全运行,延长使用寿命,并降低运行成本的基本保证。为此,机组的维护保养应按正确的操作规程进行。压缩机组的维护保养分为预防性维护、每班、每旬、半年、一年、三年维护保养。每次保养作业后应认真做好保养记录。长期封存机组的维护保养放尽冷却系统的冷却水；排尽曲轴箱润滑油、清洗箱,十字头导承等部位的油污,并在曲轴箱、十字头导承、连杆、十字头、活塞杆及填料等各部位均匀涂上优质防锈油脂；清洗压缩缸及各气阀,并涂以防锈油；清晰压缩缸及活塞,并涂以清洁润滑油；在机组所有金属裸露外表面涂上防锈油脂；采取必要的措施防止机组日晒雨淋及风沙或大气中的有害气体的侵蚀。防止零件和工具的丢失与损坏等。启封后的维护保养拆下曲轴箱顶盖,检查曲轴和曲轴箱是否清洁,并按定量加入规定牌号的润滑油；在各轴承、十字头及中体和活塞杆上注上润滑油；清洗密封环,并上油；排除注油器旧的润滑油。加入新油后,拆开每一根油管,手动注油器,检查润滑油是否能顺利到达每一注油点；检查各重要螺栓、螺母是否松动等。4往复式压缩机的故障诊断往复式压缩机的运动部件是一整套曲柄连杆机构,在工作时不仅有加速运动,同时也有减速运动,还有旋转运动以及往复运动。往复压缩机在工作载荷的作用下,作用在连杆、活塞、十字头以及曲轴上的力包括惯性力、气体力以及摩擦力。惯性力通常情况有两种,分别是曲柄旋转时形成的旋转惯性力以及活塞、十字头组件往复运动时产生的往复惯性力,连杆运动时则同时存在这两种惯性力的作用。在这些力中,气体力和摩擦力属于机器的力,不会传递到基础上去,仅仅地影响中体、机身、缸体、缸盖以及不同运动部件的受力状态和往复压缩机的磨损以及功耗情况。然而旋转惯性力、往复惯性力以及旋转力矩都是随曲柄转角变化的自由力和力矩,它们作用于机体轴承座上,经过地脚螺栓传递到基础,从而使基础形成振动。但是基础对机体的反作用力也会使往复式压缩机产生振动。此外,从压缩机的受力分析中可以知道,活塞力通过连杆传递曲轴上的一个垂直于汽缸轴线分力和十字头作用在滑道上的侧向力,构成一个有使压缩机倾倒趋势的倾覆力矩,该力矩也是一个随曲柄转角而周期性变化的自由力矩,传递到基础,同时也将导致基础的振动。4.1往复式压缩机的常见故障及机理往复式压缩机故障按机理可分成两大类：一类是流体性质的,属于机器热力性能故障；另一类是机械性质的,属于机械功能故障。引起故障的原因不同,确定故障所采集的信号和使用的方法也应有所不同。往复式压缩机热力性能的故障及机理常见往复式压缩机热力性能故障类型及起因如下所示：排气量不足：气阀泄漏、活塞组件泄漏、填料漏气、管路连接法兰垫片破损等；压力不正常：压力表失常、吸气压力低、气阀泄漏、油路堵塞、水压不正常等；温度异常：气缸拉伤、水路故障、填料函故障、形位超差、气阀泄漏等。根据相关的生产经验可以看出,导致往复式压缩机热力故障的主要原因主要包括填料函和气阀等易损件的故障。填料函的故障能够使排气量减少、压比失控等。根据相关资料可知,气阀故障占往复式压缩机故障总数的55％,气阀故障将导致压比失控、排气温度增加、排气量减少等,甚至可拉毛气缸引起往复式压缩机机组报废。在实际工业应用过程中,现场操作人员通常依据它来进行故障诊断。往复式压缩机机械功能的故障及机理常见往复式压缩机机械性能故障类型及起因如下所示：异常振动：间隙过大、管路气流脉动、联接松动、过度磨损等；异常响声：活塞故障、间隙超差、联接松动等；过热：气缸过热、轴承过热、活塞杆过热、十字头过热等。在生产过程中典型的机械故障有阀片碎裂、十字头及活塞杆断裂、活塞环断裂、汽缸开裂、汽缸和汽缸盖破裂、曲轴断裂、连杆断裂和变形、连杆螺栓断裂、活塞卡住与开裂、机身断裂和烧瓦、电机故障等。根据现场应用可知,气阀故障的诊断在往复式压缩机故障诊断中是非常关键的,然而活塞杆断裂、裂纹事故也较常见。因为运动件比较多,大多数还是机械性能故障。4.2往复式压缩机的故障诊断的关键技术往复式压缩机采用曲柄连扦传动机构,运行中产生强烈的变向冲击和变载冲击,以及活塞对缸套的横向撞击,各气阀的阀门不断产生落座冲击,加之滚动轴承、管道、地基等各部位的振动,混叠交织,彼此干扰,振动频率结构十分复杂,给确诊故障带来了一定的困难。因此,应该掌握实施监测诊断的技术要点,从而能够获得较好的诊断效果。合理布置测点监测点是采集诊断信息的主要位置,对准确地监测噪声源是非常关键的,通常情况下应该符合以下基本要求：可以充分地获取能够体现往复式压缩机状态的真实信息,应尽可能靠近被监测的部位；每个部位的测点要与周围其它干扰源隔离性好,且尽量避开信号传递途中的分界面；适宜安放探头或传感器；能安全操作。由于我国目前设计生产往复式压缩机,尚未充分考虑实施诊断的适检性问题,在现场选择测点时往往遇到种种不便·需根据上述原则妥善处理。L型往复式压缩机的振动常用测点有：轴承部位；十字头滑块部位；活塞、缸套部位；气阀部位,地脚及地脚螺栓部位、电动机、排气管<地脚螺栓可代表地基>。每次监测诊断,可根据监测的目的,测试所有的点,或选测若干点,还能够添加其它的测点,从而能够获取充分的诊断信息。常用的诊断手段振动测试振动测试分析是诊断往复式压缩机最基本、最有效的手段,往复式压缩机各运动副的磨损．连接件的松动,配合精度的改变,通常情况下均可以通过振动信号和相应的参数获得比较充分的反映。对振动信号作多方面分析能够得到体现往复式压缩机状态的大量诊断信息。温度监测往复式压缩机的许多零部件,在强烈的冲击和摩擦条件下工作,所以温度也是体现其某些位置状态变化的敏感系数。尤其对监测十字头滑块、活塞等部位的润滑、磨损及配合情况,以及反映冷却系统、气阀部件的工作状态都是比较有效的。铁谱分析铁谱分析用于监测往复式压缩机曲轴箱运动副的磨损情况,属于一种非常理想的辅助手段。然而,当包括了多个同种材质的摩擦副有磨损故障的情况下,利用铁谱分析无法精确地区别故障的位置。所以,其能当作一种辅助方式和其余技术进行配合。4.3实施状态判别根据获得的状态信息,需要判别往复式压缩机所处的状态,即是否存在故障以及故障的原因、部位和程度。根据我们的现场诊断经验,对往复式压缩机采用相对标准、类比标准和综合判别法对其进行状态判别,是简便有效的。相对标准判别法用往复式压缩机在"良好"状态下的振动值作为"初始值",按照实际测试获得的振值可以达到初始值的倍数来判别往复式压缩机的工作状态。类比标准判别法对同型号、同规格的往复式压缩机,在相同的工况条件下,把相同部位测得的参数值或各种图谱进行比较,从两者