往复压缩机结构与工作原理

往复式压缩机工作原理与结构CNG管理部王少杰往复式压缩机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命名规则立式压缩机卧式压缩机一般卧式对动型对置式M型H型角度式压缩机V型L型W型扇型星型1.1.1总体结构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3-进气阀4-气缸5-活塞6-活塞环7-冷却套8-连杆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立式压缩机卧式压缩机一般卧式对动型对置式M型H型角度式压缩机V型L型W型扇型星型其他分类方式1.1.4分类及型式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)0.5~0.60.6~31.4~153.6~4015~10020~10080~150级数(z)12345671.2.4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。即各级压力比为：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。idzispp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m³/h或m³/min.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(℃)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℃）。1.3.3供气量51.01310,0Pa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按气缸容积的利用情况按气缸冷却方式的不同按气缸制造方法的不同单作用双作用级差式风冷式水冷式铸造气缸锻造气缸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。气阀的种类阀型机构特征优点缺点适用场合1环状阀阀片呈环状形状简单，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，导向部位易磨损用于大、中、小气量，高低压压缩机。不宜用于无油润滑2网状阀阀片呈网状阀片动作一致，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，经济性差同环状阀，但适用于无油润滑3碟形阀阀片呈碟形结构强度高，圆弧形密封口，阻力损失小，加工简便流通面积小，不使用大气量，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，运动质量小，升程低应高速要求阀片材料及制造要求高使用较小阀型机构特征优点缺点适用场合5直流阀阀片安装方与气流方向一致通道面积大，流向不变，阻力小。阀片轻，有利于及时启阀阀片厚度小，受压低，寿命差用于低压高速压缩机6塑料阀阀片材料用尼龙，填充聚四氟乙烯阀片轻，有利于及时启闭，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强度低，热变形大耐温性差目前吸气阀用的多7组合阀吸排气阀组合在一起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。降低了加热系数小形压缩机的高压或超高压压缩机8多层环状阀环状阀片多层结构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2-阀片3-弹簧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