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往复压缩机结构与工作原理
发表于:2021-12-09 10:28 分享至:

  往复式压缩机工作原理与结构 往复式压缩机 1.1 概述 1.2 多级压缩 1.3 主要热力性能指标及结构参数 1.4 主要零部件 1.5 压缩机的选型 1.1 概 述 1.1.1 总体结构 1.1.2 工作过程 1.1.3 特点及应用 1.1.4 分类及型式 1.1.5 命名规则 1.1.1 总体结构 立式压缩机 卧式压缩机 一般卧式 对动型 M 对置式 V型 L型 W型 扇型 星型 H 型 型 角度式压缩机 1.1.1 总体结构 工作腔部分: 气阀 气缸 活塞 传动部分: 连杆 曲柄 十字头 机身部分 辅助设备: 润滑系统 冷却系统 1.1.2 工作过程 1-气缸盖 2-排气阀 6-活塞环 7-冷却套 3-进气阀 8-连杆 4-气缸 5-活塞 9-曲轴 1.1.3 特点及应用 1.工作的稳定性较好; 2.机器适用性强; 3.机器的热效率较高; 4.容积式机器结构较复杂, 易损零件多; 5.气体吸入和排出是间歇 的,易引起气柱及管道的 振动 1.1.4 分类及型式 立式压缩机 卧式压缩机 一般卧式 对动型 M型 对置式 H型 V型 L型 W型 扇型 星型 角度式压缩机 其他分类方式 1.2 多级压缩 1.2.1多级压缩的定义 1.2.2 多级压缩的优点 1.2.3 级数的选择 1.2.4 压力比的分配 1.2.5 各级容积的确定 1.2.1 多级压缩的定义 所谓多级压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行, 并在每级压缩之后将气体导入中间冷却器进行冷却。 1.2.2 多级压缩的优点 ? 节省压缩气体的指示功 ? 降低排气温度 ? 提高容积系数 ? 降低活塞力 1.2.3 多级的选择 大、中型压缩机级数的选择,一般以最省功为原则。 小型移动压缩机虽然液应注意节省功的消耗,但往往重量 是主要矛盾。因此级数选择多取决于每级允许的排气温度。 在排气温度的允许范围内,尽量采用较少的级数,以利于 减轻机器的重量。对于一些特殊气体,其化学性质要求排 气温度不超过某一温度,因此级数的选择也取决于每级允 许达到的排气温度。下表是往复压缩机级数与终了压力的 一般关系。 终压 (MPa) 级数 (z) 0.5~0.6 1 0.6~3 2 1.4~15 3 3.6~40 4 15~100 5 20~100 6 80~150 7 1.2.4 压力比的分配 多级压缩过程中,常取各级压力比相等,这 样各级消耗的功相等,而压缩机的总耗能也最小。 ? 即各级压力比 i 为: ?i ? z pd ps 式中,z—压缩机级数。 对于实际气体,考虑到气体可压缩性的影响,压 力比的分配可根据功相的原理作适当的升降。 1.3 主要热力性能指标及结构参数 1.3.1 吸排气 1.3.2 容积流量 1.3.3 供气量 1.3.4 排气温度 1.3.5 功与功率 1.3.1 吸、排气压力 1. 压缩机的吸气和排气压力分别指第一吸入管道处 和末级排出接管处的气体压力。 2. 因为压缩机采取的是自动阀,气缸内压力取决于 进、排气系统的压力,所以吸、排气压力是可以 变更的。 3. 压缩机铭牌上的吸、排气压力是指额定值,实际 上只要机器强度、排气温度、原动机功率及气阀 工作许可。 4. 它们是可以在很大范围内变化的。 1.3.2 容积流量 压缩机的容积流量,通常是指单位时间内压缩 机最后一级排出的气体,换算到第一级进口状态的 压力和温度时气体容积值,单位是m?/h或m?/min. 1.3.3 供气量 容积流量随压缩机的进口状态而变,它不反映 压缩机所排气体的物质数量。化工工艺中适用的压 缩机由于工艺计算的需要,需将流量折算到标准状 态( 1.013 ?105 Pa, 0 ℃)时的干气容积值,此值称为 供气量或称标准容积流量(在空气动力计算中标准 温度为15℃)。 1.3.4 排气温度 ? 压缩机的排气温度时指压缩机末级排出气体的 温度,它应在末级气出气管处测得。 ? 多级压缩机末级之前各级的排气温度称为该级 的排气未温度,在相应的排气接管处测得。 1.3.5 功与功率 1.指示功: 压缩机用于压缩气体所消耗的功; 2.摩擦功: 压缩机用于克服机械摩擦所消耗的功; 3.轴功:指示功与摩擦功之和,即主轴需要的总功; 4.功率: 单位时间所消耗的功; 5.比功率: 排气压力相同的机器,单位容积流量所消耗 的功 1.6 调节方式及控制 1.气量的调节方式 ?气量的调节要求 ?气量的调节原理 ?气量调节的几种方式 2.调节系统 ? 转速调节 ? 管路调节 ? 压开进气阀调节 气量的调节要求 容积流量随时和耗气量相等,即所谓连续调 节,当不能连续调节时可采用分级调节,最简单 的情况下压缩机只有排气和不排气两种工况,称 间断调节。 调节工况经济性好,即调节时单位容积流量 功耗小; 调节系统结构简单,安全可靠,并且操作维 修方便。 (1) 转速调节 适用范围:内燃机、蒸气机以及可变转速电动 机驱动的压缩机,可比较方便地实现连续的气 量调节。 优点:气量连续;调节工况比功率消耗小,压 缩机各级压力比保持不变;压缩机上不需设专 门的调节机构等。 缺点:源动机本身性能的限制,且低于额定转 速时,经济性低。转速低时由于压缩机进气速 度降低,压缩机气阀工作可能会出现不正常。 (2) 管路调节 进气节流:在管路方面增加适当阻力使压力系 数减少,由此使气量减少。 切断进气:这种调节利用阀门关闭进气管路, 由此使容积流量为零。 进、排气管连通:排气 管经由旁通管路和旁通 阀门与进气管相连接。 调节时只要打开旁路阀, 排出的气体便又会入进 气管路中。 (3) 压开进气阀调节 利用一个压开装置,把进气阀强制地压开,使进气 阀全部地或部分地丧失正常工作能力,也即使压缩 机吸进的气体,因进气阀片不能自动关闭而在压缩 和排气行程仍回入进气管,借以达到调节气量的目 的。 全行程压开进气阀 部分行程压开进气阀 1.7 主要零部件 1.7.1 气缸组件 1.7.2 活塞组件 1.7.3 气阀组件 1.7.4 密封组件 1.7.5 曲轴-连杆机构 1.7.6 辅助系统 1.7.1 气缸组件 1.对气缸的要求 2.气缸的结构型式 3.气阀在气缸中的布置 4.气缸的工作表面、缸套 1. 对气缸的要求 ? 应具有足够的强度与刚度; ? 要求气缸内部工作面及尺寸应用必要的加工精度和 表面粗糙度,有良好的耐腐蚀性。余隙容积尽可能 小些; ? 应具有良好的冷却、润滑条件; ? 气缸上的开孔和通道,在尺寸和形状等方面要尽可 能有利于减少气体阻力损失; ? 应有利于制造和便于检修,应符合系列化、通用化、 标准化的“三化”要求,以便于互换。 ? 应力求结构简单,造价低。 2. 气缸的结构型式 单作用 ?按气缸容积的利用情况 双作用 级差式 风冷式 ?按气缸冷却方式的不同 水冷式 铸造气缸 ?按气缸制造方法的不同 锻造气缸 3. 气阀在气缸中的布置 气阀在气缸上配置三种方式: ?气缸配置在气缸盖上; ?气阀配置在气缸体上; ?气阀轴线与气缸轴线呈非正交混合配置方式。 布置气阀的主要要求: ?尽量使气阀通道面积大些,以减少气流阻力损 失; ?配置气阀力求气缸余隙要小; ?气阀安装维修方便; ?对于高压气缸,尽可能不要在气缸上开孔,以 免消弱气缸或引起应力集中。 4. 气缸的工作表面、缸套 工作表面(镜面):与活塞外圆相配合的气缸(或缸套) 的内壁表面。 薄壁缸套:气缸的工作表面经过使用若干时间候,由于磨 损的结果,常因间隙过大或表面粗糙等原因不能继续使用。 因此,可将工作表面再次加工或压入一个圆桶型的薄壁缸 套。 缸套分类 干式缸套:不直接与冷却水接触的缸套。 湿式缸套:直接与冷却水接触的缸套。 1.7.2 活塞组件 活塞组件包括活塞、活塞环、活塞 杆等。它们在气缸中作往复运动, 与气缸一起构成压缩容积。 1.活塞 2.活塞杆 3.活塞环 活 塞 活 塞 杆 1.活塞杆的作用: 连接活塞和十字头,传递作用于活塞上的力并带动活塞 运动。 2.对活塞杆的主要要求: ? 活塞杆要有足够的强度,刚度和稳定性。 ? 耐磨性好并有较高的加工精度和表面粗糙度要求。 ? 在结构上尽量减少应力集中的影响。 ? 保证连接可靠,防止松动。 活塞杆的结构设计要便于活塞的拆装。 活 塞 环 活 塞 环 1.7.3 气阀组件 气缸的作用时控制气缸中的气体吸入和排出。 1.气阀的结构 2.对气阀的要求 3.气阀的种类 4.环状阀的构造及工作过程 5.气阀的材料 6.气阀的制造工艺要求 对气阀的要求 气阀的作用是控制气缸中的气体吸入和排 出。压缩机上的气阀都是自动气阀,即气阀的 启闭不是用专门的控制机构而是靠气阀两侧的 压力差来自动实现及时启闭的。 对气阀的主要要求是: ?气阀开闭及时,关闭时严密不漏气; ?气流通过气阀时,阻力损失小; ?气阀使用寿命长; ?气阀形成的余隙容积小; ?结构简单,互换性好。 气阀的种类 阀 型 1 环 状 阀 2 网 状 阀 3 碟 形 阀 机构 特征 阀片 呈环 状 阀片 呈网 状 优点 形状简单,应力集中部位少, 抗疲劳好。加简单,成本低, 材料可套用,坏一环换一环, 经济性好 阀片动作一致,阻力比环状 阀小有缓冲片无导向部分磨 损弹簧力适应阀片启闭的需 要 缺点 各环动作不易一致, 阻力大,无缓冲片, 寿命差,导向部位 易磨损 形状复杂,易引起 应力集中,结构复 杂,加工困难,阀 片上有一点坏,全 部报废,经济性差 适用场合 用于大、中、小 气量,高低压压 缩机。不宜用于 无油润滑 同环状阀,但适 用于无油润滑 阀片 呈碟 形 结构强度高,圆弧形密封口, 流通面积小,不使 阻力损失小,加工简便 用大气量,运动件 质量大,影响及时 启闭 用于高压或超高 压压缩机,小型 压缩机 4 条 状 阀 阀片 呈条 状 阀片本身有弹性不需要弹簧, 阀片材料及制造要 运动质量小,升程低应高速 求高 要求 使用较小 阀 机构特 型 征 5 直 流 阀 6 塑 料 阀 阀片安 装方与 气流方 向一致 阀片材 料用尼 龙,填 充聚四 氟乙烯 优点 通道面积大,流向不变, 阻力小。阀片轻,有利于 及时启阀 缺点 阀片厚度小,受压 低,寿命差 适用场合 用于低压高速压 缩机 阀片轻,有利于及时启闭, 强度低,热变形大 耐温性差 冲击力小,寿命长。升程 大,阻力小,密封形好, 可节省高强度合金钢 在高压级上可省去较大的 锻造缸头,余隙容积小 结构复杂,吸气阀 温度高。降低了加 热系数 目前吸气阀用的 多 7 吸排气 组 阀组合 合 在一起 阀 小形压缩机的高 压或超高压压缩 机 8 环状阀 多 片多层 层 结构 环 状 阀 节省气阀安装面积 余隙容积大 用于大型低压安 装面积受到限制 的地方 环状阀的构造及工作过程 环状阀的构造 化妆阀工作过程 气阀运动曲线及分析 环状阀的构造 1-阀座 3-弹簧 2-阀片 4-升程限制器 气阀的材料 ?阀座和升程限制器均受冲击载荷,阀座还承 受阀两侧的气体压力差。要求材料耐冲击并有 足够强度。阀座和升程限制器的材料可根据气 体性质的不同和承受压力差的不同而选择相应 的材料。 ?阀片材料应具有强度高、耐性好、耐磨、耐 腐蚀性能。 ?气阀弹簧一般采用碳素弹簧钢,合金弹簧钢 及不锈钢等材料。 气阀的制造工艺要求 用灰铸铁或合金铸铁制造的低压阀 阀座,密封表面应有特别细密的金相组 织。用优质碳素钢或合金钢30CrMnSi制 造的中压与高压阀座,密封表面要进行 调质或表面硬化处理,硬度达HRC30-35。 阀座密封面应进行研磨,表面粗糙度及 Ra值不得高于0.4μm。 1.7.4 密封组件 简 介 平面填料 填料密封整体结构 密封室的结构 填料密封材料 密封组件简介 ?为了密封活塞杆穿出气缸处的间隙,通常用一组 密封填料来实现密封。填料是压缩机中易损件之一。 压缩机中极少采用软质填料,常用的填料有金属或 金属与硬质填充塑料。 ?对填料的要求是:密封性好,耐磨性好,使用寿 命长结构简单,成本低,标准化,通用程度高。 ?活塞杆与气缸间隙采用填料密封,其密封原理是 靠气体压力使填料紧抱活塞杆,阻止气体泄漏。 ?根据密封前后气体的压力差,常用的填料有适用 于低压的平面而填料和适用于高压的锥形填料。 填料密封整体结构 1-密封盒 2-闭锁环 3-密封圈 4-镯形弹簧 填料密封整体结构 1-密封盒 2-闭锁环 3-密封圈 4-镯形弹簧 填料密封整体结构 1-密封盒 2-闭锁环 3-密封圈 4-镯形弹簧 填料密封整体结构 1-密封盒 2-闭锁环 3-密封圈 4-镯形弹簧 密封室的结构 填料密封材料 平面填料一般采用铸铁HT200,特殊情况用锡青 AZQSn8-12,轴承合金ZChSnSb11-6以及高铅青 铜等。在无油润滑压缩机中,密封圈可选用填 充聚四氟乙烯,由于这种材料导热性差,并有 冷流性,密封圈的端面及内圆面应有较高的表 面粗糙度要求,端面应研磨,Ra值为0.2μm。 密封圈的两端面应平行平面度在100mm长度不得 大于0.02mm,内孔圆度不大于直径公之半。 1.7.5 曲柄-连杆机构 作用及组成 曲柄 连杆 十字头 (1) 作用及组成 ?压缩机的曲柄连杆机构不仅要将驱动的回转运 动转换为活塞的往复直线运动,而且是传递动 力的机构。 ?曲柄连杆机构包括曲轴、连杆、是字头等组件。 ?要求它们应具有足够的强度、刚度、耐磨性号、 结构简单、轻便、便于制造,拆装和维修。 (2) 曲 柄 ?压缩机中所用的曲柄有两种:曲柄轴和曲拐轴。曲轴主 要包括主轴颈、曲柄和曲拐等部分。 曲柄轴的结构特点是仅在曲拐销的一端有曲柄,曲拐销的 另一端为开式,连杆的大头可从此端套入。因此,曲柄轴 采用悬臂式支承。 ?曲拐简称曲轴。其特点是:曲拐销的两端均有曲柄。曲 轴一般用40或45优质碳素钢锻造或用稀土球墨铸铁锻造而 成。 ?常用的表面处理方法是:表面淬火和氮化。 3. 连 杆 ?连杆是连接曲轴与十字头(或活塞)的部件。连杆 包括连杆、大头和小头三部分。连杆按其大头的结构 型式,可分为开式连杆和闭式连杆。 ?开式连杆的大头为剖分式,通过连杆螺栓将连杆体 与大头盖连接把紧,使大头孔与曲拐销配合。 ?闭式两那的大头为整体结构,连杆大头瓦与曲拐销 的配合是靠调整斜块来实现的。 ?连杆材料一般采用35号。40号及45号优质碳素钢或 球墨铸铁。高转速压缩机可采用40Cr,30CrMo等优质 合金钢。 4.十字头 ?十字头是连接连杆和活塞杆的部件,是将回转运动转化 为往复直线运动的关节。 ?对十字头的基本要求是:有足够的强度、刚度、耐磨损 重量轻、工作可靠。 ?十字头由十字头体、滑板、十字头销等组成。 ?按十字头体与滑板的连接方式,可分为整体式和可拆式 两种。 ?十字头与连杆小头的连接方式可分为开式和闭式两种。 ?十字头与活塞杆的连接主要有螺纹连接、连接器连接以 及法兰连接等。