活塞式空气压缩机（精选十篇）
活塞式空气压缩机 篇1
摇摆活塞式无油润滑空气压缩机最早见诸于20世纪70年代[1],它以能提供不含油的清洁压缩空气为其特色,在医疗、食品、电子和装饰等行业有着广泛的应用。区别于传统的往复活塞式压缩机,摇摆活塞式压缩机的活塞与连杆采用一体结构,活塞在工作时不仅存在往复运动而且还存在摇摆运动,因此对配装在活塞上的密封环要求很高。为了实现无油润滑,密封环采用充填聚四氟乙烯(PTFE)制作。目前,摇摆活塞式空气压缩机的输出压力和排量都比较小,大多集中在压力1MPa以下、排量0.3m3/min以下,属于微小型压缩机的范畴,因此基本依赖薄片状的簧片阀来控制压缩机的进气和排气过程。
近十年来,摇摆活塞式压缩机得到了快速的发展,主要得益于密封环材质的突破[2],致使压缩机的寿命有了质的飞跃。但是,与有油润滑往复活塞式空气压缩机相比,无论在使用寿命抑或工作可靠性方面,都还存在有较大的差距。究其原因,主要是在相同参数的情况下,无油润滑压缩机的工作温度比有油润滑压缩机的工作温度要高出许多[3,4],而温度过高是导致密封环寿命下降的一个主要因素。此外,进气簧片阀和排气簧片阀容易损坏是一个长期困扰压缩机质量的老大难问题。如何提高上述易损件的寿命及可靠性成为这类压缩机亟待解决的问题。
本文通过改进现有摇摆活塞式压缩机的结构及工作方式,采用新颖的活塞侧隙进气,摒弃了进气簧片阀,让相对较冷的新鲜空气穿越并冷却密封环,使压缩机的工作可靠性和寿命明显提高,同时压缩机的体积也大为缩减。另外,采用曲轴箱作为压缩机的进气消声室,有效扩大了消声室的容积,也使得压缩机的噪声低于同级别的传统摇摆活塞压缩机和往复活塞压缩机。最后,通过采用引导块等缓冲措施,成功地化解了因采用大的曲柄连杆比λ后所激化的活塞敲缸强度,从而保障了活塞侧隙进气方案的可行性。
1 新型压缩机的结构及原理
1.1 新型压缩机的结构特点
如图1所示,新型摇摆活塞式无油润滑空气压缩机的主要零部件包括:气缸、活塞、密封环、连杆、曲轴和曲轴箱等,其中活塞的本体与连杆为一体结构,密封环被活塞盖板压紧在活塞本体上。密封环采用具有自润性的材料——充填聚四氟乙烯(PTFE)并制作成皮碗状,利用其变形补偿来适应活塞的摇摆运动。
在结构形式上,新型压缩机与现有压缩机有所不同:新型压缩机的气缸相对于曲轴的旋转轴线采用偏置结构布局,具体地说气缸往压缩行程一侧存在有一个偏置量e,这使得活塞、密封环和连杆相对于气缸轴线呈现的摆幅不再是对称分布:进气行程一侧的最大摆角β1max大于压缩行程一侧的最大摆角β2max。一方面,活塞及密封环在压缩进程时相对于气缸具有较小的摆动幅度,换言之,它的压缩运动更加接近直线运动,结果有利于减小其对气缸的侧压力,同时密封环的椭圆变形量更小,亦有利于增加其对气缸的密封性。另一方面,活塞及密封环在进气行程时相对于气缸则具有更大的摆动幅度,换句话说,活塞及密封环与气缸之间会形成较大的侧隙,而这正是本文所希望获得的结果,即利用该侧隙构成压缩机的进气通道。需要指出的是,现有的摇摆活塞式空气压缩机,其活塞的运动全部为对称摇摆运动布局,活塞对称摇摆布局意味着活塞在进气行程产生的侧隙与在压缩行程产生的侧隙是相等的,若进气行程取大的侧隙以满足进气通道截面,则压缩行程不能保证密封环对气缸的密封性,两者很难兼顾。
在结构参数上,新型压缩机也与现有压缩机有较大的差别:为了获取足够大的进气通道截面积,除了实行偏置气缸外,采用较大的曲柄连杆比λ也可以增加活塞相对气缸的摇摆侧隙。曲柄连杆比λ即曲柄半径r与连杆长度L的比值,传统摇摆活塞式无油润滑空气压缩机的λ一般在1/8~1/6之间[4,5],而某些医疗用静音摇摆活塞式无油润滑空气压缩机的λ甚至在1/10以下(相应地压缩机的体积也较大),之所以λ的数值较小,主要是让活塞及密封环相对于气缸的摆动幅度不致过大,以保障密封环对气缸的密封性和减小活塞对气缸的敲击强度。新型压缩机的λ可以达到1/5~1/4,基本与有油润滑往复活塞式空气压缩机的λ持平,由此带来的影响是:①活塞及连杆相对于气缸轴线的摆动幅度更大,与气缸偏置配合后可以获得充足的进气侧隙通道面积;②气缸的高度得到大幅度缩减,压缩机的体积更加紧凑;③活塞摆角增大导致敲缸愈发剧烈,噪声问题将更加严峻;④连杆大头轴承与活塞的距离更近,受压缩热和摩擦热的影响将更加明显。
1.2 活塞侧隙进气的工作原理
图2为活塞侧隙进气的工作原理示意图,其中
图2a、图2b、图2c和图2d给出了活塞的4个极限状态,分别对应于活塞处在压缩上止点、进气行程最大摆角β1max、进气下止点和压缩行程最大摆角β2max时的位置。
不难发现,在活塞由上止点向下止点进发的过程中,压缩机工作腔的容积逐渐增大并形成真空度,此时活塞及密封环与气缸内孔壁面之间出现侧隙,新鲜的相对较冷的空气经由曲轴箱穿越该侧隙后进入到压缩机的工作腔内;而当活塞从下止点向上止点进发时,压缩机工作腔的体积逐渐缩小,封在其内的气体受到压缩,压力开始升高,与此同时活塞及密封环与气缸内孔壁面之间的侧隙也在变小,密封环在气体压力的作用下向外胀开并贴紧气缸的内壁面形成密封。显然,活塞及密封环在压缩机进气行程及压缩行程的过程中扮演了“阀”的角色,以至于压缩机无需配置进气簧片阀也能完成换气过程。
2 活塞侧隙进气的理论分析
2.1 压缩机数学模型建立
根据压缩机的结构特点和工作原理,建立压缩机的数学模型。图3是该新型压缩机的机构简图,其中P点为活塞顶形心B处在上止点时的位置,α表示当活塞顶形心B从P点下移距离x时曲柄所转过的角度。假定气缸偏置量e小于曲柄半径r,并认为活塞直径D远大于活塞高度,亦即忽略活塞高度的影响。取连杆与活塞顶面垂直且长度为L,
则当B处在上止点P点时,曲柄OA与连杆AB共线,此时连杆杆身与气缸轴线存在一个夹角βp,此角度亦是气缸的斜顶角(减小余隙容积的需要),βp的计算式为
式中,μ为气缸偏置率,μ=e/r。
不难推导,活塞连杆对气缸轴线摇摆角β为
β=arcsin{λ[μ+sin(α-βp)]} (2)
活塞的位移x为
活塞顶形心B的移动速度v为
活塞最大摇摆侧隙δ为
进气通道截面积S为
进气通道侧隙处的气流速度vs为
活塞和连杆的摇摆角速度ωβ为
活塞和连杆的摇摆角加速度εβ为
式中,ω为曲柄OA的角速度。
容易证明,在活塞相对于气缸轴线的摆动运动中,进气行程一侧的最大摆角β1max和压缩行程一侧的最大摆角β2max分别为
β1max=arcsin[λ(1+μ)] (10)
2.2 曲柄连杆比的影响分析
图4和图5描述了典型λ值对β和εβ的影响,其中μ=0及λ=1/8对应的是典型传统摇摆活塞式压缩机,而μ=0.5及λ=1/5对应的是典型新型摇摆活塞式压缩机。
由图4和图5可知,传统型摇摆活塞压缩机活塞摇摆角β和摇摆角加速度εβ是对称分布的,而新型摇摆活塞压缩机则是不对称的,新型压缩机在进气行程{0≤α≤π+βp-arcsin[λμ/(1-λ)]}时,活塞的摇摆角β远大于传统型压缩机的活塞的摇摆角,但在压缩行程时则小于传统型压缩机的活塞的摇摆角,另外,新型压缩机在整个工作过程均大于传统型压缩机的摇摆角加速度εβ的波幅。上述特性表明:①在进气行程时新型压缩机可以获得较大的进气侧隙,但对气缸存在有较大的敲击;②在压缩行程时新型压缩机的几何特性和运动学特性与传统型摇摆活塞压缩机相近,故其密封性、敲缸强度以及对密封环有重要影响的pv值是可以接受的。
2.3 气缸偏置率的影响分析
图6描述了μ值对β1max和β2max的影响。图7为依据式(9)计算的典型μ值对活塞连杆组件摆动惯性力矩Tβ的影响,其中将活塞连杆组件简化为均质杆,μ=0和λ=1/8为传统压缩机,μ=0.5和λ=1/5为新型压缩机。
毫无疑问,β1max和β2max能反映活塞与气缸之间侧隙δ的开启幅度,应控制β1max和β2max在这样一个范围:当压缩机处在进气行程时,进气通道截面积S能满足进气要求,而当压缩机处在压缩行程时,最大侧隙δ不能超过密封环的最大外胀补偿量。由图6和图4可知,若取λ=1/5,则当气缸偏置率μ=0.4~0.6时,β1max可达16°~18°,远大于传统型压缩机,这对进气非常有利,而此时β2max可以控制在7°~9°,远小于传统型压缩机,且主要出现在下止点附近,换言之新型压缩机在压缩行程时活塞的运动将更加接近直线运动,这显然对密封环减小侧压和改善密封性有利。对于目前规格的微小型空气压缩机,上述气缸偏置率能很好地兼顾进气行程对进气的要求和压缩行程对密封的要求,此时气缸斜顶角βp不超过6°,对应在上止点产生的活塞侧隙δ完全可被密封环的外胀所补偿。另外,虽然摇摆角加速度εβ的增加会导致摇摆惯性力矩Tβ增大,但由图7发现,新型压缩机摇摆惯性力矩Tβ的数值却明显小于传统机型,毋庸置疑,这是连杆的大幅度缩短及质量的大幅度下降而减少了活塞连杆组件转动惯量的缘故。
2.4 进气侧隙气流速度影响分析
由于摇摆活塞式压缩机常采用直联电机型式,其转速较高,故进气侧隙处的气体流速vs对进气效率有较大影响。图8给出了某款新型压缩机进气侧隙处气流马赫数Ma的变化曲线,其中气流马赫数
3 新型压缩机的设计实例
3.1 活塞敲缸缓冲装置设计
新型压缩机采用气缸偏置和大数值的曲柄连杆比λ后,虽然连杆缩短和活塞连杆组件的总质量下降减小了摇摆惯性力矩Tβ,但由于存在有较大的侧隙δ,故活塞及密封环对气缸的敲击依然十分强烈。鉴此,在活塞上设置引导块以作为缓冲装置,引导块设在活塞本体上并呈凸环状,大致布置在活塞的摇摆平面上,相对于活塞顶形心B近似为球面,球面半径等于或略小于活塞半径,其外表面覆以充填聚四氟乙烯(PTFE)。当活塞摇摆与气缸形成侧隙时,引导块与气缸仍然保持接触或留有微小间隙,在活塞向气缸回摆时引导块先于活塞和密封环与气缸接触,以此获得缓冲敲缸的效果。实践证明,配置缓冲装置不仅对降低噪声有利,而且能提高密封环的寿命。
3.2 连杆的散热及隔热措施
由于采用大数值的曲柄连杆比λ,因此连杆大头轴承更加靠近活塞及密封环,故压缩热和摩擦热很容易传递到连杆大头轴承处。大量的案例表明,连杆轴承失效是导致压缩机寿命下降的一个重要因素,而高的温升则是加速轴承失效的一个主要因素,故必须采取必要的措施来强化连杆的冷却。本文对此采取两个措施:①在连杆的杆身上布置散热片;②在连杆的杆身上开设隔热孔。经试验证实,采取上述措施后,连杆大头轴承温度可以下降7℃~9℃,从而使得轴承的温度不超过75℃,这对保障轴承的工作可靠性起到了极大的作用。
3.3 曲轴箱进气消声室介绍
目前,传统型摇摆活塞式空气压缩机的曲轴箱基本上为开放式结构,进气消声器均外接在气缸盖上,消声容积十分有限。实践表明,对于小型便携式空气压缩机,进气噪声是诸多噪声源中噪声贡献值最大的一个。鉴此,本文充分利用曲轴箱空间大的特点,将其封闭起来构成压缩机的进气消声室,由此既能大幅度降低进气噪声,又可以将活塞、连杆、轴承、曲柄和平衡块等运动件封围在其内,事实上也屏蔽了上述运动件发出的机械噪声和扰动气流噪声。进气消声室由一个容纳曲柄等运动件的主腔和若干个环布在主腔周边的膨胀腔组成。试验表明,采取该项措施后压缩机的总体噪声可以下降5~6dB(A)。当然,将曲轴箱封围起来也有副作用,这就是连杆大头轴承只能依赖进气进行冷却,冷却效果稍差。
3.4 设计实例及其试验结果
设计了一款新型便携式摇摆活塞无油润滑空气压缩机(图9),参数为转速n=2890r/min,理论排量VH=0.21m3/min,排气压力p=0.8MPa,气缸直径D=60.8mm,曲柄半径r=12.5mm,连杆长度L=62.5mm,气缸偏置量e=6.25mm,气缸的斜顶角βp=4.75°。对同排量同转速新型摇摆活塞压缩机、传统摇摆活塞压缩机和往复式活塞压缩机作对比试验,试验采用相同空滤器且全部摇摆活塞压缩机用相同密封环。表1所示的试验结果为各个机型的平均数值。工作时数指持续供气0.8MPa无故障连续开机时间,充气时间指向标准罐充气至0.8MPa所耗费的时间。每隔24h检测一次充气时间,若超过80s也判归故障之列。表中充气时间为各机在有效工作时数内的平均充气时间。
新型摇摆活塞压缩机和传统型摇摆活塞压缩机出现故障的原因皆为活塞环磨损过度而导致充气时间超标,往复式空气压缩机则是窜机油太多导致积碳严重而影响可靠性。试验表明,新型摇摆空气压缩机与传统型摇摆空气压缩机相比,无故障工作时数提高约11%,说明其使用寿命更长,但仍然落后于有油润滑往复空气压缩机,不过差距在缩小;就充气时间而言,传统摇摆空气压缩机早期充气时间较短,但后期充气时间较长,新型空气压缩机则相对较为平缓,总体上新旧两种类型的摇摆式空气压缩机基本持平,但均比往复式空气压缩机逊色;在噪声方面,新型空气压缩机显示出较大优势,主要得益于采用曲轴箱作为进气消声室的缘故;新旧两种类型的空气压缩机的功率消耗相差甚微,且随时间演变的规律亦几乎相同,两者的功率消耗比往复式空气压缩机高出大约4%。另外,新型空气压缩机的连杆(L=62.5mm)比现有同规格传统型空气压缩机的连杆(L=123mm)短60.5mm,活塞连杆组件(不含轴承)质量由180g下降至140g,相应地整机宽度(指卧式裸机)也从之前的265mm缩短至204mm,减少了23%,因此压缩机的体积更加紧凑。
4 结论
(1)新型摇摆活塞式压缩机利用活塞与气缸形成的不对称摇摆侧隙,在进气行程时可构成进气通道,在压缩行程时能保证密封性,摒弃了易损件进气簧片阀,同时利用进气对密封环进行冷却,提高了压缩机的工作可靠性和使用寿命。
(2)气缸向压缩行程一侧实施偏置,其偏置率μ=0.4~0.6,同时辅以较大数值的曲柄连杆比(λ=1/5~1/4),可以获得较佳的活塞阀控进气进程及压缩进程的效果。
(3)在活塞上设置引导块,可以有效缓解活塞对气缸的敲击强度;在连杆上设置散热片和隔热孔,可以有效减少活塞向连杆大头轴承传递的热量;利用曲轴箱的大空间作为压缩机的进气消声室,可以大幅度降低压缩机的噪声。
参考文献
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活塞式压缩机的工作原理是什么？ 篇2
压缩机主要由机体、曲轴连杆、气缸活塞、吸排气阀等组成。
当曲轴在电机带动运转时。通过连杆带动活塞在气缸内作往复运动，并在吸、排气阀的配合下完成对制冷剂的压缩、排气、膨胀和吸气过程:
(1)压缩过程:使低压气态制冷剂经过压缩之后而成为高压气态的过程，称为压缩过程。
图5--11中当活塞运动到下端点(即活塞不能再下移的位置)时，气缸内充满了低压气态制冷剂，活塞开始沿气缸向上移动，此时吸气阀关闭，气缸内容积逐渐减少，
而在密闭的气缸内。气态制冷剂受到压缩，压力和温度会逐渐升高。当压力达到排气压力时，排气阀自动打开，开始排气。
(2)排气过程:气态制冷剂在压缩过程结束时、开始从排气阀排出，活塞继续上移，气缸内的气体压力不再升高，并不断排气.直至活塞运动到达上端点〔即活塞不能再向上移的位置)时排气过程结束。
(3)膨胀过程:当活塞到达上端点后即开始沿气缸向下移动，排气阀即自动关闭，此时残存在余隙容积内少量的高压气态制冷剂，压力下降体积增大称为膨胀过程。
活塞式压缩机故障及分析 篇3
【关键词】活塞式压缩机；设计；气阀故障；防范措施
压缩机是当前各种设备、机械广泛应用的一种高压气体压缩设备，该设备目前已经被广泛的应用到了社会生产的各个不同行业和领域之中，其压缩机的发展对于各种设备、机械的进步有着直接的联系，进而影响到了经济的发展。而活塞式压缩机中所出现的故障通常都是活塞压缩机自身气阀出现故障，当气阀出现故障之后，其压缩机整体也就无法正常的运行。下文主要针对活塞式压缩机故障以及分析进行了全面详细的阐述。
1.压缩机的概述及工作原理
压缩机自身所具有的主要功能便是对空气自身进行压缩，从而使得气体自身压力不断提高，直到达到相应的要求之后，便能够推动机械设备的相关部分运行。根据压缩机所采取压缩压力原理不同，可以直接把其分为速度式压缩机以及容积式压缩机这两个大类别。而目使用最为广泛的压缩机便是容积式压缩机，该压缩机自身所实具有主要功能实就是直接将气体压缩，该设备通常是由气体压缩活塞、气缸等两个部分组成。而根据活塞的不同也可以划分为回转活塞以及往复式活塞这两种类型。
活塞式压缩机在压缩机的圆筒形的汽缸中具有一个可以往复运动的活塞，在气缸上装有控制进气和排气的阀门。在活塞进行往复的运动时，气缸内的溶剂就会呈现周期式的变化，正是通过这种变化来实现气体的压缩、进气以及排气。
相比起其他形式的压缩机，活塞式的压缩机不管其流量的大小，都可以达到所要求的压力，并且热效率较高，气体量在进行调节的时候不会导致排气压力的大幅度改变。但是，这种活塞式的压缩机其体积比较大而且质量较重，单机的排量通常要小于500m3/min，而且其结构也较为的复杂，存在很多易损坏部件，一旦维修工作量也是相当可观的。
2.气阀的分类以及使用要求
气阀是活塞式压缩机中所存在的一个极其重要的组成部分，该部分在实际运行过程中所体现出来的性能优良与否，直接影响到了压缩机自身在运行过程中所具有的经济性。绝大多数情况下，其气阀在使用的过程中有着以下几个方面的要求：首先其气阀实自身必须要具有良好的使用寿命，其气阀在实际使用期间不能够由于其自身的阀片损坏或者说其中的弹簧被破坏就直接停止工作；气体在通过气阀的过程中，其中所涉及到的压力能量损失越小越好，只有这样这样才能够最大限度的减少动力所出现的耗损，这对于压缩机较长时间的运行来说有着极大的影响，其产生的效果也更为明显；气阀自身在运行的过程中，必须要保持极高的密封性，利用这样的方式能够最大限度的避免压缩缸中所存在的气体泄露现象；气阀在运作的过程中，其运动所导致的余隙容量应当保持在一个科学合理的范围之内，利用这一方式能够使得气缸的容积率得到提高；气阀在实际运行的过程中，其自身运动速度必须要达到一定的范围，自身的运作状态也要达到完全开启的状态，这能够极大的提升设备的使用率，同时利用该方式还能够对寿命的延长起到一定的作用。
气阀通常是由阀座、弹簧、启闭原件、升程限制器等四个部分组成的。一般来讲，气阀分为两类：一种是强制阀，一种是自动阀。所谓强制阀，其开启和闭合是由专有的机构部件控制的，与气缸内的压力的变化没有关系。自动阀，其开启和闭合则是由气缸和阀腔内的气体的压力差来控制的。强制阀其结构较为复杂，开启闭合的时间是固定的，所以使用较少，使用较多的便是自动阀。
气阀在工作时，为了能是压缩机在压缩气体的时候不会减少排气量并且不会消耗更高的功率，所以阀门应该是在关闭的状态下而不会发现漏气行为的。同时，阀门要能够灵活的启闭，这重要是因为阀门多数是由阀门两边的压力差工作的，所以阀门开启和关闭越灵活其压缩机的能耗就会越小。
3.活塞式压缩机气阀的故障分析及对策
3.1故障分析
3.1.1承受载荷大致使阀片损坏
活塞式压缩机在实际运作的过程中，其自身的阀片不仅承受着来自一个因素的力量，同样还承受着两种不同的荷载：一是其中气体压缩之后所产生的静载荷，当阀片在运作的过程中遭受到静载荷的影响之后，其阀片在这一过程中就可以发生较为严重的弯曲现象。而气缸内部所产生的巨大压力又是利用阀片来吸收的低压力气体进行压缩，那么其气缸内部就对于阀片产生了较大的作用力，而其中的脉动也在不断的变化，这促使阀片自身在运作的过程承受着来自静载荷的脉动影响，在脉动的影响之下，阀片不断承受着力量不同的影响，最终导致阀片变形或者裂缝的现象；而阀片自身所承受的第二种载荷就被称之为撞击性载荷，这种载荷存在的主要原因就是由于压缩机在实际运作的过程中，其其阀片由于没有极大的稳定性，所以会直接在升程限制器以及阀座这两个不同位置之间不断的跳动，最终持续的撞击必然会使得阀片受损。而阀片自身在出现撞击现象之后，其阀座和阀片就会触碰在一起，而没有触碰到的地方就出现了一定程度的弯曲、变形，在这样的情况下，阀片自身的寿命就会受到极大的影响，进而导致压缩机出现故障。
3.1.2气阀的弹簧发生损坏
当阀片与升程限制器发生撞击时，也会与气阀的弹簧产生撞击。压缩机其曲轴每旋转一圈，其弹簧所承受的载荷便会由其气阀完全闭合时的预压缩力转变为气阀全部开启时候的最大压缩力，这种脉动的载荷冲击，会导致弹簧成为了气阀所有组件中一个比较容易损坏的部件。同时，气阀的弹簧在使用中也会出现过送或者是过紧配合，过送配合会导致弹簧的径向跳动和轴向跳动，而过紧配合会导致弹簧被卡死或者是折断。弹簧是导致气阀阀片损坏的主要原因。
3.2对策研究
3.2.1采用聚四氟乙烯类制品填充物。
对于没有润滑油的压缩机的气阀，如果是传统的环状阀，其损坏就会比较严重，所以可以采用没有摩擦结垢的网状阀，亦或是将换向阀的升程限制器的导向金属改为填充的聚四氟乙烯类制品，气阀地步的密封台也用聚四氟乙烯制造的密封圈。与此同时，气阀的弹簧可以采用不锈钢的弹簧钢丝来制造，这些钢丝在出厂之前都会进行相应的处理来避免钢丝中那些微笑缺陷的发生，从而保证了使用性能的稳定，也增强了他们承受脉动载荷的能力。
3.2.2做好定期的检查和维护。
要定期的对气阀进行全面的检查和清晰工作，要（下转第61页）（上接第59页）在不对其强度减小的情况下对气阀的底座以及升程限制器所损伤的外表面进行修复，并且要及时的更换易损件。如果发现气阀的弹簧发生损坏，就需要对气阀其他的弹簧也进行全部的更换，这样就会使得弹簧受力能够均匀的分散的阀片上。
3.2.3要定期的检查压缩机气缸的水套以及缸平面等位置的密封状况，并且要检查中间冷却器的工作状况，及时发现问题做到及时的处理问题，从而尽可能的避免因为冷却水进入气缸而导致剧烈的冲击是阀片损坏。
4.结语
综上所述，压缩机在使用过程中所出现的故障是多种多样的，只有采取了科学合理的措施才能够避免故障的出现，并且针对各个部位所可能出现的故障加以预防，采取良好的预防手段，来使得压缩机的运作能够得到相应的保障。 [科]
【参考文献】
[1]钟华林.活塞式压缩机故障诊断技术研究[J].煤矿机械，2010（08）.
[2]谢俊锋.活塞式压缩机常见故障及处理方法[J].氮肥技术，2010（05）.
大型活塞式压缩机的安装 篇4
(1) 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》 (GB50231-2009) ;
(2) 《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》 (GB50274-2010) ;
(3) 《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》 (GB50275-2010) 。
2 安装前的准备工作
(1) 施工技术准备。施工技术力量、技术资料、机具、现场等的准备。
(2) 基础验收。大型活塞式压缩机安装前必须检查基础, 基础几何尺寸要正确, 地脚螺栓的安装应符合要求, 验收后办理交接。
(3) 开箱检验。对机组零部件、材料、配件等要开箱检验。机组开箱检验后要做好记录并由建设单位、监理、制造厂和施工单位四方共同签证。
3 安装工作
(1) 机身中体。先要进行机身试漏检验。用煤油注入机身箱内, 到润滑油的最高油面位置, 经2~4h, 不应有渗漏现象。机身的纵向和横向的水平偏差在长度上不大于0.05mm/m。多列压缩机各列的中心线应相互平行, 其平行度偏差在长度上不大于0.1mm/m。对于采用悬挂或半悬挂电机的压缩机机身的水平度误差, 考虑到曲轴挠度的影响, 允许在靠近电动机端处轴承侧低0.03mm。对于大型压缩机, 在安装时, 为了保证机体有足够的刚性, 应在每个地脚螺栓两旁放置一组垫铁, 在主轴承及滑道下部也应放置垫铁, 其余部分所放的各组垫铁的中心距离应在300~400mm之间。为了减少各层垫铁的积累间隙及防止移动, 每组垫铁不得超过4层, 垫铁由不同厚度的钢板或铸铁制成, 其尺寸为150 mm×200 mm (或80 mm×160mm) , 每组垫铁的总厚度为70~80mm。为防止松动, 在灌浆前应分别把各组垫铁用点焊焊牢。装置垫铁的底面应铲平, 并用水平仪测量, 以保证平直。
(2) 轴承、曲轴。对于厚壁轴瓦应进行研刮。轴颈与对开轴瓦的下瓦承受负荷部分有90°~120°的弧面接触, 接触点的总面积不得小于该接触弧面面积的60%~80%;对四开式轴瓦, 轴颈与下瓦和侧瓦接触点的总面积不得小于该瓦面积的70%, 接触点要均匀分布。对于薄壁轴瓦, 原则上不允许刮研。轴瓦与轴颈间的径向和轴向间隙应符合规定。曲轴的水平度偏差在长度上不大于0.1mm/m。曲轴中心线与机体十字头滑道中心线的垂直度偏差在长度上不大于0.1mm/m。曲轴的曲臂差 (即曲轴旋转一圈, 两曲臂间之差值) 在安装时, 应不大于10-4S (其中S为行程) , 装上电动机后运转时, 允许不大于3×10-4S。
(3) 气缸。卧式气缸找中心, 常采用校水平找正法;激光找正法;整体安装法三种方法。对于一列中串联2只以下气缸的安装, 一般采用校水平找正法。对于一列中串联3只以上气缸的安装, 现主要采用激光找正法, 其精密度可达0.005mm。对于L形、V形、W形等中、小型压缩机, 常采用整体安装法, 其安装的正确度靠结合面的定位凸肩来保证。最后, 当活塞装入气缸后, 应测量活塞体与气缸内壁的间隙均匀度, 检查气缸中心是否对中。气缸体和气缸盖应按规定进行水压试验, 不得渗漏。气缸的中心线应与机体十字头滑道中心线相重合。找正时, 允许气缸向前端高0.05mm/m。当检查活塞与气缸的径向间隙时, 其间隙应均匀分布。
(4) 连杆、十字头。分别研刮连杆大头轴瓦和小头衬套瓦, 使其与轴柄销和十字头销接触的面积为各自面积的70%, 接触点应均匀分布。连杆大头轴瓦、小头衬套与相配合零件的径向间隙和轴向间隙应符合规定。刮研十字头滑履, 使其与机体十字头滑道接触点的总面积为滑履面积的60%, 接触点应均匀分布。十字头滑履与机体十字头滑道的径向间隙应符合规定。
(5) 活塞组件。活塞环应先在气缸内或专用工具内做漏光检查或用塞尺检查, 应符合规定。活塞环与活塞环两侧的间隙和活塞环装入气缸后的锁口间隙应符合规定。活塞环在压紧时, 能全部沉入活塞环槽内, 并有0.30~0.50mm的间隙。同组活塞环锁口的位置应相互错开。所有锁口位置应与气阀口错开。用软铅条从气阀孔伸入气缸内, 测量气缸前后端的余隙, 应符合规定。铅条的压扁度不应超过铅条直径的1/3。
(6) 填料。填料各处间隙应符合规定。填料应与活塞杆进行配研, 其接触点的总面积不少于接触面的70%, 且要均匀分布。填料内的油、水、气管路应畅通。
(7) 气阀。气阀用煤油进行气密性试验, 在5min内允许有不连续的滴状渗漏, 但其值不得超过规定数值。气阀弹簧的弹力应均匀, 阀片和弹簧应无卡住和歪斜现象。
(8) 润滑系统。油管不允许有急弯、折扭和压扁现象。润滑系统的管路、阀门、过滤器和油冷却器等应分别进行气密性试验和强度试验。油管与其供油润滑处相连接时, 须是润滑油内无气泡后方可进行。循环润滑系统回油管应有3/1000的坡度, 以使油能顺利地流回油箱。
(9) 附属设备。所有附属设备均应按规定压力进行强度及气密性试验。
4 试运行
在大型活塞式压缩机安装完成后, 应对其进行试运行, 即无负荷试运行和负荷试运行。在压缩机试运行过程中, 如发现问题, 应采取相关措施消除, 直至润滑情况、温度正常, 振动和声音无异常, 无松动现象。
5 结语
大型活塞式压缩机的安装要符合安装技术规范和要求, 这样才能够保证安装质量, 从而保证其良好运行, 提高经济与社会效益。
参考文献
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最后的活塞式对抗 篇5
萨尔瓦多和洪都拉斯是中美洲的两个“香蕉共和国”。平日里，除了香蕉和足球，人们很难想起世界上还有这么两个国家。1969年7月，两国还真为了香蕉和足球打了一场中美洲国家历史上最大的战争，史称“足球战争”。
萨尔瓦多的经济发达一点，人口也多一点：洪都拉斯的人口略少于萨尔瓦多，但面积要大上六倍。美国的联合水果公司和标准水果公司在洪都拉斯有大片的香蕉园，很多萨尔瓦多人为了工作机会，合法地或非法地移民洪都拉斯，在那里安家立业。到1969年，人口只有300万的萨尔瓦多，竟有27万人在洪都拉斯，一些先富起来的萨尔瓦多人也喜欢招摇过市，给人口只有270万的洪都拉斯造成了不小的社会压力。洪都拉斯的土地改革有意无意地忽略了已经在洪都拉斯土地上耕耘的萨尔瓦多移民，萨尔瓦多则有意无意地显现将萨尔瓦多移民在洪都拉斯的地盘囊括进版图的野心。两国为了边界争端和非法移民问题，关系已经十分紧张。
1970年世界杯足球赛的北美外围赛中，洪都拉斯队在主场先胜一局，萨尔瓦多球迷抱怨在洪都拉斯受到粗暴对待。第二回合在萨尔瓦多踢，萨尔瓦多获胜。这一次，萨尔瓦多球迷也对洪都拉斯球迷不客气，洪都拉斯的国旗、国歌也受到了嘲弄。决胜局使双方已经很大的火气终于达到了爆发的临界点。决胜局在中立的墨西哥城举行，萨尔瓦多队获得胜利。洪都拉斯当局和民间的反移民武装民兵立刻开始了大面积的殴打、驱逐萨尔瓦多移民和抢掠财产的暴力行动，这触发了萨尔瓦多的强烈反应。
最严重的冲突发生在7月3日，当天洪都拉斯1架从新奥科特佩克起飞的DC-3运输机在靠近边界区域飞行时，遭到萨尔瓦多一侧地面防空火力的攻击，当时这架飞机距离边界还有8千米之遥。受到攻击后，洪都拉斯空军的2架T-28A“特洛伊”教练机立刻从首都特古西加尔巴的唐古汀（Tocontin）国际机场紧急飞往出事地点。但当这两架T-28A飞临出事区域上空时，萨尔瓦多的地面高炮再次对他们实施攻击。由于事先被告知不能越境攻击，这两架T-28A标定完萨方高炮位置后就返航了。同一天晚些时候，萨尔瓦多空军的1架PA-28“切罗基人”侵入洪都拉斯领空实施侦察，2架T-28A前往拦截并迫使其降落在洪都拉斯境内，其飞行员以间谍罪被判刑。洪都拉斯方面的这些做法也给萨尔瓦多方面以发动战争的口实。虽然两国领空由于边界没有划定而比较模糊，往往一方在本国领空内飞行，另一方就会立刻抗议说侵入了己方领空。但萨尔瓦多方面首先开火却是不争的事实。当然，这只是发动进攻前的试探行动，以测试洪都拉斯方面的反应。
在美洲组织调解失败后，萨尔瓦多于1969年7月14日黄昏发动了闪电式的突然袭击，意图一举夺取边境的一些重镇和通向内陆的交通要道，迫使洪都拉斯同意对萨尔瓦多有利的协议，甚至扶植一个亲萨尔瓦多的政府，“足球战争”就这样打响了。
萨尔瓦多的地面部队有四个步兵营，一个炮兵营。洪都拉斯的地面部队有三个步兵营，六个边防营，一个工兵营，两个75毫米野炮连。双方空军的主力作战飞机都是第二次世界大战时的古董。萨尔瓦多空军的主力是12架P-51D“野马”战斗机和6架F-4U“海盗”战斗机，1架B-26轰炸机，4架兼作轰炸机用的C-47运输机。洪都拉斯的主力是14架F4U“海盗”战斗机和6架C-47运输机。“海盗”毕竟是舰载战斗机的底子，低速性能好于“野马”，因此既适合空战，又适合对地攻击。萨尔瓦多空军对仅有的几架“海盗”也非常器重。萨尔瓦多的“海盗”是早期型号，只装备机枪，发动机功率较小，机械增压器也大多不堪使用，大大影响了高空、高速性能（相对活塞式发动机而言）。洪都拉斯的“海盗”是后期型号，发动机功率较大，有的还装备航炮，性能优于萨尔瓦多的“海盗”。
相比而言，双方的“野马”和“海盗”被当作对地攻击的主力，而C-47由于具备较好的导航和夜间飞行能力，则被用作“战略轰炸”的主力，炸弹由机内地板上用于移动货物的滚柱移到机舱门口，靠人力直接推出去，命中率可想而知。出于这样那样的原因，萨尔瓦多空军仅有的一架B-26没有怎么投入战斗。双方都动用了经过武装的教练机，以弥补战斗机数量的不足。赛斯纳（“杜丘飞机”）和农用飞机也投入了战斗，用于联络、观察、救援、骚扰等任务。有趣的是，部分萨尔瓦多的教练机土法上马，安装了60毫米和81毫米迫击炮，用于对地攻击。迫击炮上天，这一定是世界战争史上独一无二的。萨尔瓦多在兵力装备上不占优势，但萨尔瓦多军队训练比较有素，并占有先发制人的主动权。双方都没有雷达预警和指挥系统，基本就是地面观察哨预警，战斗机升空后目视搜索、攻击，和二战早期的空战形式一样。
为了避免洪都拉斯空军组织反击，萨尔瓦多空军的首战选在黄昏时分。开战伊始，萨尔瓦多力图一举将洪都拉斯空军主力摧毁与地面，空军倾巢出动，连萨尔瓦多航空俱乐部的十几架喷洒农药的农用飞机和一架教练机也出动了。这些民用飞机的使命是骚扰。当洪都拉斯北方军区司令打电话要辖内的空军基地做好战斗准备，防止萨尔瓦多空军随时可能出现的空袭时，电话里的回答是：“上校先生，炸弹正在往我们头上掉下来！”幸好洪都拉斯空军已经有所准备，事先将地面的飞机疏散，空袭没有造成太大的损失。
尽管仓促应战，洪都拉斯空军还是立即反击，出动了一架C-47轰炸萨尔瓦多的主要空军基地伊罗班哥（llopango）机场。这架C-47先飞到太平洋海岸，然后靠罗盘和地图导航至目标上空，投放了14枚50千克炸弹，声称受到地面防空火力的猛烈射击。然而，萨尔瓦多军方说，伊罗班哥机场的人没有听到任何飞机飞过，机场周围也没有炸弹落下。离机场55千米开外的山谷里，倒是有人听到响声，看来那架C-47跑偏了，炸弹全丢到热带丛林里只“听个响”了，而且还差点没人听到。
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萨尔瓦多空军躲得了初一、躲不过十五。第二天凌晨，洪都拉斯空军开始组织更大规模的反击。科林德莱斯少校率领4架“海盗”战斗机，挂上炸弹，放下起落架，冒充萨尔瓦多的“海盗”战斗机，在太阳刚刚升起时，接近伊罗班哥机场的跑道。这招成功了。但是洪都拉斯飞行员的水平或者运气太臭，只有科林德莱斯的一颗炸弹命中了一辆运水的卡车，损坏了一个停机窝棚，其他炸弹不是不响，就是扔到不知道哪里去了。好在他们在攻击完毕后，没有立刻返航，而是转而用航炮和火箭攻击20千米外的储油设施和炼油厂，造成多处大火，严重影响了萨尔瓦多军队的燃料供应，对日后阻滞萨尔瓦多陆军的继续推进起到很大作用。
萨尔瓦多空军当然也没有停止攻击，其中1架“海盗”和2架“野马”在攻击洪都拉斯首都特古西加尔巴附近的唐古汀机场后准备离去时，洪都拉斯的赫尔南德斯上校驾1架“海盗”升空，单机闯阵，果断攻击落单的后2架萨尔瓦多的“野马”，在成功地进入后方的有利射击阵位后，赫尔南德斯遗憾地发现航炮打不响，只好恨恨地退出战斗。这一方面显示了赫尔南德斯上校的精湛的技艺和英勇的气概，另一方面也暴露了萨尔瓦多飞行员的无能。双机之间没有起码的互相掩护，受到突然袭击后也缺乏迅速反应，否则赫尔南德斯没有这么容易想打就打、想溜就溜。萨尔瓦多空军的伊纳尔多·科特兹上尉驾驶“海盗”还没有来得及开溜，一架临时装备7.62毫米机枪的洪都拉斯T-28教练机赶到了，把科特兹的“海盗”打伤，科特兹的腿也负了伤。按照萨尔瓦多的说法，科特兹按下心中的余悸，毅然甩掉敌机，不顾掉队的危险，转而向洪都拉斯总统府攻击，英勇地投下一颗炸弹，可惜是臭子儿，没炸响。在受到地面炮火猛烈的攻击受并伤后，英勇机智地把人民的宝贵财产安全地飞回了伟大的祖国。
萨尔瓦多空军同时继续使用C-47作“战略轰炸”，并在C-47上加装12.7毫米重机枪，用作压制地面火力和近距空中支援。2架萨尔瓦多C-47在到达战区时，恰好遇到已经在空中巡逻的4架洪都拉斯的“海盗”式战斗机，立刻受到攻击，其中一架C-47左机翼受伤，左发动机也中弹起火，幸好这几个洪都拉斯飞行员的射击技术不高，弹药打光了也没有把萨尔瓦多的C-47打下来，后者侥幸捡了一条命，慌乱中抛弃所有不必要的重量，靠右发动机勉强飞回基地，在着陆过程中打了一个180。的地转，还好没有起火。这C-47也真是结实，修修补补，后来又上天了，不过这已经是战后的事了。
这一天，洪都拉斯空军声称击落1架C-47，1架“野马”，萨尔瓦多则矢口否认，战后清点的结果也表明，洪都拉斯对自己的战果太过乐观了。
萨尔瓦多的桑托斯上尉就没有那么幸运了。由于燃料紧缺，战场距离不远，“野马”的机动性也不足，萨尔瓦多的“野马”一般不满载燃料起飞，一来避免着陆时必须抛空多余的燃料，二来可减小翼载荷、提高灵活性。但是在空袭阿卡胡特拉港时，桑托斯上尉的座机燃料用尽，被迫在中立的邻国危地马拉降落，被人家按国际惯例连人带机一起扣留，直到战后才归还。
由于萨尔瓦多空军缺乏合格的飞行员，即使将预备役飞行员全部转入空军也无济于事，因此不得不从国外高薪雇佣了5名经验丰富的飞行员。这些雇佣兵在战争中的表现也备受指责，他们在空中会尽可能避免与敌军交火。根据一名萨尔瓦多飞行员的说法，他们会将驾驶的P-51爬升到F4U无法到达的高度，而让本该由其保护的萨尔瓦多战机独自面对敌人。有资料称，萨尔瓦多空军司令特别助理阿切尔·巴尔多奇也是雇佣的飞行员，他曾亲自驾驶自己购买的P-51参加战斗。
在地面上，洪都拉斯军队就不行了，在边境上几个地方放了几枪就开溜，萨尔瓦多军队长驱直入，占领了若干边境重镇，和通往内地的泛美公路沿线。不过，萨尔瓦多军队的挺进没有多久就被迫停止，燃料、弹药、补给跟不上了。
7月16日，萨尔瓦多空军继续出击，但一大早，2架准备起飞的“野马”就自己在跑道上发生相撞，机翼卡着机翼，两架飞机就地转了小半个圈，机翼、螺旋桨和发动机的缸体都受到了损坏，虽然后来修好了，但已经是战后了。
与此同时，部分洪都拉斯的边境据点还没有失守，为了抵御萨尔瓦多方面的进攻，洪都拉斯把“荣誉卫队营”的1000多人用C-47空运进去，空军的2架AT-6C也首次投入战斗，他们协同5架F4U-5N、2架T-28A和1架C-47轰炸了埃尔阿玛提诺的萨尔瓦多目标，这是开战以来洪都拉斯空军发动的规模最大的一次空战，不过最后还是没有守住。洪都拉斯空军照例宣称已经给萨尔瓦多空军决定性的打击，萨尔瓦多空军照例否认，战后的清点也证明萨尔瓦多空军这一天确实没有任何损失。
整个战争期间，洪都拉斯的空军是一个亮点。在遭到突然袭击后，迅速反击，并基本控制了战区的制空权。7月17日，这是洪都拉斯空军永远纪念的日子，因为这一天，费尔南多·索托少校击落了3架敌机，成为中美洲国家历史上第一个也是唯一一个曾经击落敌机的飞行员。已经借调民航和退入预备役的索托上尉，因为击落3架敌机，成为洪都拉斯的民族英雄，几十年后，还在电视上喋喋不休当年的英雄业绩。索托少校击落的第一架飞机是1架“野马”战斗机，这是战争史上最后一架在实战中被击落的“野马”式战斗机。飞行员瓦莱拉上尉如何丧命有不同说法，有说他在跳伞时已经重伤不治，有说他跳伞落地后被击毙，也有说他是随座机坠毁丧命的。索托上尉击落的第二架敌机是“海盗”战斗机，飞行员阿玛亚上尉安全跳伞。
在这天的第四次出击中，索托上尉把勇敢但倒霉的科特兹上尉的“海盗”打了个空中开花，科特兹当场丧命。这是战争史上最后一架在实战中被击落的活塞式战斗机。当时，萨尔瓦多空军的塞尔瓦多·科兹纳上尉和伊纳尔多·科特兹上尉各驾驶一架“海盗”从伊罗班哥机场起飞，前往埃尔阿玛提诺，保护那里的一座重要桥梁。等他们到达目的地时盘旋了几圈，并没有发现敌军踪迹，于是决定返航。巧的是，索托少校当时也在附近寻找萨尔瓦多的105毫米火炮的阵地，正好发现了那两家准备返航的“海盗”。此时他所处的高度是1700米，为了不被萨方发现，索托没有使用无线电，希望利用F4U的速度优势，在洪都拉斯领空内实施拦截，而萨尔瓦多的两名飞行员则对此浑然不觉。
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眼看敌机已经飞出洪都拉斯领空，自信的索托少校决定继续追踪，又追了10分钟左右，索托终于进入了科兹纳座机后方的攻击位置，但己方的僚机还没有跟过来，索托决定抓住这个机会放手一搏。由于已经进入了萨尔瓦多领空，两名飞行员便放松了警惕。这时，索托的几个点射很快将科兹纳的座机打成重伤，翼根处被20毫米机炮的炮弹击中并引起大火，飞机很快失控，向地面栽去，科兹纳上尉立刻跳伞逃生，逃过一劫。身边的机炮声让科特兹发现了尾随的敌军飞机，他迅速调转方向与索托展开缠斗。科特兹是萨尔瓦多空军中飞行技术最好的飞行员之一，索托也非等闲之辈，两人在空中周旋起来。
又经过了数分钟的缠斗，索托看准机会咬住了这架“海盗”的尾部，20毫米机炮炮弹击中了这架飞机的机翼、座舱等重要位置，科特兹的背部也被弹片击伤，已经没有力气从坠向地面的飞机中爬出来了。随后，科特兹的座机在空中发生爆炸，飞行员当场丧生。时至今日，在当时碎片坠落的敌方仍然保留着科特兹上尉的靴子和手枪，以供后人纪念。科特兹上尉同样是萨尔瓦多民众心目中的英雄。
这时，萨尔瓦多空军只剩下2架“海盗”、5架“野马”
（第6架被扣留在危地马拉）和1架B-26可以投入作战了。萨尔瓦多在国际上紧急寻求补充的“野马”式战斗机，因为“野马”比“海盗”容易获取，但5架“野马”直到19日才到达，第6架被美国海关以文件不全为名而扣留了。
在地面上，洪都拉斯部队也伏击了一支冒进的萨尔瓦多部队，成功地阻止了对方的推进，但最后弹药打光，没有能够把对方赶回去。
7月18日，形势终于开始对洪都拉斯有利。洪都拉斯军队开始向萨尔瓦多境内挺进，包抄萨尔瓦多军队的后路。洪都拉斯军队没有遇到什么抵抗，但在迅速挺进不久，美洲国家组织的调停开始生效，洪都拉斯军队于当晚21：30停止前进，22：00撤离萨尔瓦多。但萨尔瓦多军队拒绝离开占领的1600平方千米洪都拉斯土地，几架C-47仍在冒着巨大的风险为己方前线部队运送补给和弹药，最后在美洲国家组织的施压下，直到8月5日才从洪都拉斯境内撤出。
1980年10月30日，两国签署了盼望了11年的和约，以将领土争端交付国际法庭审理。
洪都拉斯在战后立即从委内瑞拉购买了4架F-86K“佩刀”战斗机，在70年代中，又购买了18架赛斯纳A-37，作教练机和对地攻击使用，同时购买了21架达索“超神秘”B2战斗机。萨尔瓦多的“野马”和“海盗”一直服役到70年代中，终于为12架富尔加“教师”式教练机、18架达索MD45“暴风”式战斗机所取代。至此，两国空军都进入了喷气时代。萨尔瓦多剩余的“野马”和“海盗”也出售给美国的私人收藏家，总算是老有所终。
这场时光倒流战争的结果是两千多人丧生，其中大部分是洪都拉斯平民。十几万萨尔瓦多移民背井离乡，随萨尔瓦多军队回到萨尔瓦多，加剧了萨尔瓦多的就业和社会问题。萨尔瓦多军人在不久的大选中当政，向日后的独裁和人权悲剧走出了第一步。萨尔瓦多和洪都拉斯要十多年后才恢复正常关系。
战争结束三十年后的1997年，洪都拉斯的空军英雄索托（此时已是上校军衔）前往危地马拉参加一个国际性航空会议。会议结束后，索托上校乘机经停萨尔瓦多返回洪都拉斯。在萨尔瓦多转机时，他碰到了昔日的对手——科兹纳上尉。两人先是像老朋友一样平静地谈起了以前的往事，随后就天南海北的聊了起来。两位历经沧桑的老人都已经放下了，没有人会为以前的事纠缠不休。“度尽余波兄弟在，相逢一笑泯恩仇”，所有的恩恩怨怨都会随着时间归于平静。
今天，萨尔瓦多和洪都拉斯还是香蕉照种，足球照踢，除此之外，人们还是想不大起这两个曾经为了香蕉和足球打过一仗的国家。
活塞式压缩机的研究进展 篇6
关键词：活塞式压缩机,结构优化,故障诊断,系统控制,研究进展
引言
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。压缩机主要为压缩气体提供动力, 也可以用于制冷和气体分离[1,2]。自20世纪70年代石油化工大发展之后, 形成了与之配套的专用压缩机, 如大化肥专用压缩机、乙烯工业用“三机”等[3]。但是, 随着国民经济的快速发展, 其年能源消耗量也在快速增加。因此, 有关压缩机的运行、控制、故障诊断以及控制的研究得到了广泛关注。
近些年来, 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; 不断开发在变工况条件下运行的新型气阀[4,5,6,7], 提高气阀寿命[8]; 在产品设计上, 应用热力学、动力学理论[9], 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[9,10,11,12,13,14,15,16,17,18], 实现优化节能运行和联机运行[6,19,20]。这方面的工作也得到了很多企业的重视[19]。此外, 许多压缩机业内人士也都实现了PLC在活塞式压缩机中的控制和节能的应用[21]。
文中对活塞式压缩机的分类、新结构[22]以及气阀结构的优化进行介绍。然后, 对压缩机易疲劳部件进行结构优化介绍, 并结合电子技术的发展阐述压缩机的故障诊断系统、排气量调节系统和压缩机结构设计系统。最后, 针对压缩机在特殊领域的运用进行举例介绍[23,24]。
1 活塞式压缩机分类
为了研究和应用的方便, 一般将活塞式压缩机按照以下4种方式进行分类。
1. 1 按压缩机的气缸位置分类
1) 卧式压缩机: 气缸均为横卧;
2) 立式压缩机: 气缸均为竖立布置;
3) 角式压缩机: 气缸布置成L型、V型、W型和星型等不同角度。
1. 2 按压缩机气缸级数分类
1) 单级压缩机: 气体在气缸内进行一次压缩;
2) 双级压缩机: 气体在气缸内进行两次压缩;
3) 多级压缩机: 气体在气缸内进行多次压缩。
1. 3 按气缸的排列方法分类
1) 串联式压缩机: 几个气缸依次排列于同一根轴上的多段压缩机;
2) 并列式压缩机: 几个气缸平行排列于数根轴上的多级压缩机;
3) 复式压缩机: 由串联和并联式共同组成多段压缩机;
4) 对称平衡式压缩机: 气缸横卧排列在曲轴轴颈互成180°的曲轴两侧, 布置成H型, 其惯性力基本能平衡。
1. 4 按活塞的压缩动作分类
1) 单作用压缩机: 气体只在活塞的一侧进行压缩, 又称单动压缩机;
2) 双作用压缩机: 气体在活塞的两侧均能进行压缩, 又称复动或多动压缩机;
3) 多缸单作用压缩机: 利用活塞的一面进行压缩, 而有多个气缸的压缩机;
4) 多缸双作用压缩机: 利用活塞的两面进行压缩, 而有多个气缸的压缩机。
2 活塞式压缩机新结构
2. 1 新型压缩结构
往复式压缩机, 其结构简单, 但密封性能影响其使用寿命; 螺杆式和涡旋式压缩机其性能突出, 但其结构复杂, 加工成本高; 滚动转子式和滑片式压缩机其结构不对称, 在转动中容易引起振动; 离心式压缩机噪声大, 不适合家用制冷设备。田明航、冯毅[22]针对以上考虑, 自行设计了一种压缩机气缸结构, 具有结构简单、加工方便、可实现气体连续压缩等特点。
此压缩机结构主体部分包括气缸上盖和气缸下盖两部分, 如图1所示。这两部分分别由气缸侧台、气体压缩区、轴孔、气缸推板、排气孔、吸气孔、气缸侧壁和旋转轴组成。气缸上盖与下盖的装配方式如图1 ( c) 所示, 上盖的轴与下盖的轴孔配合, 上盖与下盖贴紧, 使其压缩气缸内保持密封。
此压缩机分为I、II、III、IV 4个压缩缸, 如图2所示。
田明航、冯毅[22]还对压缩机进行了气缸容积计算、动力系统设计和受力分析与设计计算实例。最终得到结论: 与活塞式压缩机相比, 该新型局部旋转式压缩机动力系统的曲轴在相同条件下受力明显要小于活塞式压缩机, 所以由电动机带动的曲轴必然消耗的能量就少。该局部旋转式压缩机结构简单, 省掉了吸气阀, 有利于提高使用寿命及运行的可靠性。
2. 2 压缩机气阀结构
一般活塞式压缩机气阀分进、排气阀2种, 均为单向阀, 由弹簧、阀片、阀座及升程限制器组成 ( 见图3) , 是控制整个压缩机气缸内气体流动的关键通道。
气阀是活塞式压缩机主要的易损件之一。一般情况下, 气阀出现问题的主要原因是气阀配件的损坏, 特别是阀片和弹簧经常由于过度的磨损或是受到其他物质的腐蚀而出现损坏。
魏敬国、史利民、张勇[4]对气阀的性能进行了研究。分别作了气阀开启角随工况的变化、气阀开启角随工作介质的变化和影响弹簧力因素的研究 ( 见图4、图5) 。
图4中弹簧力为定值, 当压缩气体工况改变, 气阀的开启角会随之发生改变。图5中弹簧力为定值, 随过程指数k的降低, 气阀开启角减小。
魏敬国、史利民、张勇[4]最后得出结论: 当气阀在不同的工况下运行时, 选择随压缩气体推力和介质变化的可调弹簧力阀片, 不仅能够保证气阀按时打开与关闭, 而且避免了阀片与阀座之间严重撞击造成的应力增加, 提高了阀片的寿命。
和露霞[5]针对气阀常出现的问题提出了改进气阀结构的设计方法, 其主要思路是: 气阀的设计不仅要选择合适的结构, 而且对于零件的设计和组装也要格外注意。金江明[6]对气阀的结构进行了设计计算、动力模拟仿真和阀片碰撞有限元分析。覃凤敏[7]对气阀各部分结构进行了设计并对气阀作了强度校核。
3 压缩机系统控制和故障诊断
3. 1 压缩机排气量调节
压缩机的额定排气量由设计时所确定, 然而在实际生产中由于工艺流程的变化, 原料种类的变更, 以及市场需求的变化都需要对活塞式压缩机的排气量在一定范围内进行无级调节。
面对传统调节方法所遇到的瓶颈, 美国西南研究中心曾对往复式压缩机的气量调节方式进行调查, 其中总结了几种今后可能采用的气量调节方式。
1) 线性电机驱动。
这种压缩机可以通过对线性电机线圈的电磁控制来改变活塞的行程, 从而调节排气量 ( 见图6) 。但是, 目前线性电机的性能参数还达不到大型往复压缩机的要求。
2) 大余隙容积调节。
现在的补助余隙气量调节装置的相对余隙容积通常在16% ~ 63% 。西南研究中心验证了大余隙容积 ( 250% 相对余隙) 工况下往复压缩机气量调节的实现。结果表明: 在大余隙容积工况下, 压缩机在满负荷运转时的高效率得到了较好的保持, 可以适应大多数情况下的气量调节需求。
3) 相位压缩机。
这种压缩机的气缸内有2个活塞, 通过改变2个曲轴的相对旋转相位, 可以调整压缩机工程过程中气缸最小容积的大小, 从而获得不同的排气量, 如图7所示。
4) PID调节。
饶恕[10]采用PID调节技术设计了基于PLC控制的往复式压缩机分时调节系统。他首先对压缩机的工作原理做了深度的了解, 并对压缩机做了节能分析, 也总结了常用的和已有的调节排气量方法和调节技术。在上述基础上, 设计了一套气量分时调节系统并为其匹配了控制系统。
无级调节系统总体设计如图8所示, 该系统主要由液压执行机构和控制、监控系统组成。
根据控制系统需要, PLC控制器主要是通过液压系统对压缩机4个气缸的进气阀卸荷装置进行控制。压缩机PLC控制系统的基本结构框图如图9所示, 由上位机控制PLC使液压系统按需要控制气缸工作。
饶恕[10]的设计目的是借鉴当今工业控制领域已广泛应用的PLC控制技术, 将其应用到压缩机气量调节技术中, 寻求一种PLC与调节技术有机结合的新的自动智能型调节技术。
5) 其他调节方法。
武炳[11]总结了常用的气量调节方法, 并做了气量调节过程的CFD模拟, 设计了无级气量调节系统。金江明[6]设计了气量调节系统, 还做了阀片碰撞有限元分析。最后分析得到: 安装有气量无级调节系统的压缩机节能效果明显。
压缩机气量调节系统会反作用于压缩机动力学。叶林[9]进行了活塞压缩机气量调节工况下的动力学分析。首先进行了压缩机无级气量调节理论分析和数值模拟。最终, 全面分析了调节系统中的液压装置常见故障, 并给出了解决方案, 确定了一种能够准确反映气量无级调节状态下, 压缩机热力循环全过程的模拟方法。
3. 2 压缩机系统的故障诊断
活塞式压缩机种类繁多、结构形式及使用条件各异, 在不同的场合下, 会出现不同的故障。一旦压缩机发生故障, 将导致设备的整体瘫痪, 将会给企业带来重大的经济损失。同时, 由于石油企业的生产环境大都是高温高压、易燃易爆, 压缩机故障的发生, 将直接造成人员伤亡。因此, 对往复压缩机各个部分状态进行监测, 对于控制设备事故、保证现场人员安全具有重要的意义。往复式压缩机诊断的主要内容如图10所示。
杨汉宝[12]搭建了1套可变刚度实验台 ( 见图11) , 可使往复压缩机处于安装在不同刚度的基座上, 从而模拟不同支撑刚度条件对往复压缩机的实际工作状态的影响。同时, 通过加入人工破坏的各类工作部件, 模拟往复压缩机常见故障, 并使用往复压缩机状态监测系统, 对往复压缩机运行状态实时监测, 提取各类故障特征。通过该实验台, 一方面, 可以研究支撑刚度对往复压缩机工作状态的影响; 另一方面, 可通过故障模拟实验, 获得往复压缩机常见故障特征与故障数据, 为深入研究往复压缩机故障机理打好基础。
杨汉宝[12]对往复压缩机各类常见故障进行了模拟, 通过往复压缩机在线监测系统实吋提取故障特征, 建立了故障与故障特征对照表, 为深入往复压缩机故障机理研究、机组现场故障诊断、诊断方法优化提供了丰富的数据。
王宇[13]研究了曲轴、活塞杆的失效形式, 并建立了故障诊断系统。苗刚[14]首先对压缩机做了振动分析, 又利用时频和经典信号获取故障特征, 运用傅里叶变换和局域波法来进行故障分析。李芳[15]总结了小波分析法和声发射技术以及线性回归法在故障诊断中的运用。
国内石油石化现场大部分往复压缩机安装了在线监测系统, 通过该系统对机组运行状态的监测和故障诊断, 确实发现了机组的早期故障, 保障了生产的顺利进行。
3. 3 活塞杆疲劳破坏与故障诊断
活塞杆疲劳破坏是往复式压缩机破坏的主要形式之一。由于引起活塞杆疲劳失效的应力远小于静态断裂估算出来的应力, 在没有明显征兆的情况下, 活塞杆发生突然断裂给工程应用带来很大的威胁。因此, 进行活塞杆疲劳问题的研究及活塞杆疲劳寿命的估算具有深刻的现实意义。
孔浩源[8]列举实例进行了断裂活塞杆的失效分析。文中进行失效分析的断裂活塞杆基本情况如表1、图12, 图13所示。
对于活塞杆的疲劳失效分析, 试验指导思想及试验方案如下:
1) 宏观观测及扫描电镜观测活塞杆断口;
2) 取样试验活塞杆力学性能;
3) 取样试验活塞杆硬度性能;
4) 取样测试活塞杆化学成分;
5) 测量活塞杆断裂处实际尺寸;
6) 测量活塞杆表面粗糖度。
最后通过6个方面的试验数据和照片分析, 得到不同因素对活塞杆疲劳破坏的影响程度, 掌握影响活塞杆疲劳破坏的内在机理。
孔浩源[8]选取了几种常见的对疲劳寿命估算的模型, 对这些模型分别做了疲劳寿命估算。通过对这些模型的疲劳寿命估算, 分别得到了不同的估算结果, 同时还对不同的估算模型做了适用性分析。
4 压缩机 CAD 系统开发与研究
随着用户对产品质量要求的提高和计算机的普及, 从事往复式压缩机设计、研发人员越来越希望拥有专业设计软件来辅助进行压缩机的设计及技术改造。为适应这种需要, 进行计算机辅助设计 ( CAD) 系统就引起了专业技术人员的关注。
王西来[16]介绍了常规手动计算的内容与其工作量的大小。在手动计算中, 首先需要根据相应原则进行总体方案的选择, 并通过对比, 证明设计方案的优越性。设计方案确定之后, 进行热力学和动力学计算。最后再进行具体零件的设计和校核。
王西来[16]以所开发的基于Visual C + + 环境下的往复式压缩机CAD系统为例, 介绍系统的结构与功能。该压缩机CAD系统由4个主要模块组成, 分别是总体方案选取模块、热动力学计算模块、主要零件计算及校核模块、三维参数化设计模块。用户通过在界面输入要求的进气压力、排气压力、排气量等基本参数, 在不必了解计算机软、硬件方面知识的基础上, 只需按照提示就能够方便完成选型设计、热动力计算、基础部件的计算及校核、三维造型设计等设计工作。CAD系统工作流程、CAD系统结构图和三维模型的参数化设计实现过程如图14、图15和图16所示。
压缩机CAD系统的开发克服了传统压缩机选型设计周期长、精度差等弊端, 构建了在现有压缩机产品为实例, 采用继承和重用经验知识的快速成型法原理对压缩机进行总体方案的选择、评价, 确定适合要求的机器型式。
孙奕鸣[17]通过对压缩机各个部件的详细计算和原理摸索, 设计了压缩机辅助设计和优化计算模型。最后, 他进行了实例求证, 以福建清流氨盛有限公司的压缩机为例, 说明了压缩机使用设计系统前后发生的变化, 如表2所示。
王刚[18]阐述了数学模拟和微机数据采集系统的研发。他首先对压缩机各个部件进行数学模型模拟, 多次改变输入数据, 通过反馈回来的模拟数据从而确定压缩机的优化结构。该系统为压缩机的优化设计提供了大量的数据基础和理论依据。
5 CO2压缩机
目前, 环境污染和能源短缺已经成为人类社会发展面临的主要问题。一些破坏臭氧层、引起温室效应的制冷剂生产和使用已受到很大限制。科学家们认为人类活动导致地球大气层中的温室气体不断增多是导致全球变暖的主要原因, 而在促使气候变暖方面作用最大的温室气体是CO2。
作为自然工质, CO2无毒、不可燃, ODP = 0, GWP = 1, 单位容积制冷量大; 利用CO2作为制冷剂, 可以回收部分排向大气的温室气体, 故认为
CO2是目前最有前途的天然替代制冷剂。随着CO2跨临界循环技术在汽车空调等领域的不断推广, CO2压缩机也得到了不同程度发展。
侯秀娟[23]对CO2压缩机进行了性能研究。她首先做了连杆运动特性分析, 在对连杆做了受力分析之后, 建立了连杆模型。活塞连杆机构优化设计流程图如图17所示。
通过建立活塞压缩机曲柄连杆机构的数学模型, 并利用ANSYS有限元软件进行数值模拟, 得到以下结论:
1) CO2压缩机压缩过程中, 连杆明显被压缩, 且连杆小头存在最大的位移变化量, 最大应力、应变发生在小头和轴瓦连接处; 排气过程中, 连杆明显被拉伸, 连杆小头存在最大的位移变化量, 连杆大头连接螺栓处存在最大应力及最大应变。
2) 对于CO2活塞压缩机的曲柄连杆小头, 可以通过改变局部尺寸或改变连接处的过渡圆角减小应力集中; 对于曲柄连杆大头, 可以选择较大弹性模量的连接螺栓, 提高连杆大头强度。
李敏霞、马一太[2]等也对CO2跨临界循环制冷压缩机的研究进展进行阐述。刘华[24]对往复式CO2压缩机进行了缺点总结并做了原因分析, 最后也提出了优化改造措施。
6 结语
压缩机在国民经济贡献中占据重要地位, 其研究发展既是该行业的光荣使命, 也是国家战略的重要组成部分。近年来, 国家宏观调控手段加大, 注重效率与质量的规划相继出台, 压缩机节能产品的推广细则也陆续发布, 预计未来一段时间我国压缩机数量将持续增长, 具备技术优势、节能优势的企业将不断增多。
压缩机的结构优化对于资源紧张和倡导自主知识产权的现代社会有着深刻的影响意义。技术的革新不仅可以节省能源和延长安全使用的期限, 也可以为民族的振兴赚取更多的筹码。同时, 在计算机和电子技术高度发达的今天, 压缩机实现智能系统匹配和模拟设计也是时代发展的必然产物。压缩机的安全生产和结构优化将成为未来发展的主题。
往复活塞式压缩机故障机理分析 篇7
1 往复式压缩机的结构
该往复式压缩机为两级压缩, 主要由传动机构和气缸组成。传动机构主要是指运动部件, 包括原动机、曲轴、连杆、活塞等, 其作用是连接基础部件与气缸部分以传递动力。
压缩机的原动机为压缩机提供能量, 该压缩机原动机为电动机。电动机与压缩机采用三角皮带连接传动, 这样能减少震动提高传动效率。曲轴是压缩机的重要工作部件之一, 它负担传递全部驱动扭力。十字头连接连杆与活塞杆, 连杆是将曲轴的旋转运动通过十字头转化为活塞的往复运动, 同时将作用在活塞上的推力传给曲轴。活塞在汽社内往复直线运动, 活塞的头部切有装活塞环的槽, 用于安装密封环和刮油环, 从而起到密封的作用, 活塞杆的尾部装有填料函, 填料函组件作用是阻止气缸内气体沿气缸与运动着的活塞杆外圆面的间隙向外泄露。机体又称机身或曲轴箱, 是安装曲轴, 缸体等部件的基础零件。气缸是活塞式压缩机中形成压缩溶剂的主要部件, 包括缸体和缸盖。进气阀和排气阀是控制气缸吸气和排气过程的部件, 目前压缩机主要采用的是随管路压力变化而自行开闭的自动缸。中间冷却系统是保证分级压缩达到节省功率消耗的关键。
2 往复式压缩机的工作原理
往复式压缩机工作时, 其电动机带动曲轴旋转, 通过十字头变成活塞的往复运动。十字头带动活塞杆, 使活塞杆在气缸内随之作往复运动。活塞在汽缸内每做一次往复运动, 压缩机就完成一次循环运动, 一次循环包括膨胀、吸入、压缩、排气四个过程。电机不断旋转使压缩气体不断吸入、排出。 (如图1)
A—B是膨胀过程:在A点排气完毕后, 活塞位于气缸左止点, 排气阀关闭, 曲轴旋转角度为0度。此时压力为排气压力Pd, 气缸头端余隙内残留的余隙气体膨胀, 在曲轴旋转的带动下, 活塞向右运动的同时, 气体在膨胀的过程中压力减小, 即曲线A-B段所示, 活塞运动到B点时, 缸内气体与缸外气体达到平衡状态, 膨胀过程完毕。
B—C是吸气过程:缸头端气体力减小到足以使吸气阀打开的状态, 达到吸气压力Ps, 从B点开始, 吸气腔内气体进入缸体, 曲轴继续转动, 活塞也随之右行到右止点C, 到达C点时, 缸头端的容积达到最大, 缸头端内充满气体, 吸气完成。
C—D是压缩过程:曲轴继续转动, 活塞由右止点C向左运动, 这时吸气阀关闭, 随着活塞继续向左运动, 缸头端内的气体受到压缩体积减小, 压力相应增大。直到活塞运动到D点, 缸头端内的气体压力达到排气压力Pd, 为最大气体压力。
D—A是排气过程:到达D点后, 伴随着活塞向右移动, 气体压力增大, 排气阀在气体压力的作用下被顶开, 气体不断进入排气腔内, 从而被排出。当活塞运动到左止点A时, 缸头端的容积达到最小, 但是不是零, 因为缸头端内还残留一部分气体, 此时气体压力是排气压力Pd。
压缩机做一次往复运动的四个过程中, 压缩过程与膨胀过程都是热力过程, 吸气和排气过程不属于热力过程范畴。因为在压缩与膨胀时, 气体的质量没有发生变化, 只是气体的状态和参数改变了, 属于等温过程、绝热过程或者多变过程。而吸气和排气过程气体的质量发生了变化, 所以是一个质量迁移过程。
3 往复式压缩机常见故障分析
DF-5/10-40型往复式压缩机运行过程中的故障多样且复杂:一类是流体性质的故障, 属于机器热力性能故障, 主要表征为压缩机工作时排气不足, 排气压力温度及级间压力温度的异常。一类是机械性能故障, 主要表征为往复式压缩机的过热, 振动等。往复式压缩机故障多发的部位主要是下列三部分: (1) 动力传递部分——曲轴、连杆、十字头、活塞杆部件故障。 (2) 缸体部件——进气阀、排气阀、气社、填料、活塞环等部位的故障。 (3) 辅助部分——主要是中间冷却器的故障。
(1) 吸排气阀漏气往复式压缩机中, 气阀的故障率最高, 通常往复式压:缩机有60%以上的故障发生在气阀上。气阀一旦发生故障, 会影响到压缩机的产气量, 增加功率损耗, 降低可靠性。气阀主要由弹簧、陶片、阀座、升程限制器组成;阀片在两边压差的作用下开启, 在弹賛作用力下关闭, 是气阀的关键部件;弹賛是为了缓冲闽片与阀盖的撞击。
(2) 活塞组件及气缸故障此部分故障占重大事故的25%左右, 填料函属于压缩机的密封元件, 由一系列密封环组成, 它一方面阻止外界气流沿活塞杆进入缸体内, 同时也限制气缸内的气体顺着活塞杆向缸外泄漏进入大气。填料函泄漏会使压缩机的生产能力下降, 排气量减少。活塞杆可能会由于疲劳扩展导致断裂, 而损坏活塞和气缸, 带来人员伤亡和生产设施设备损坏等。
活塞式压缩机液击现象浅析 篇8
制冷压缩机是蒸气压缩式制冷装置的一个重要设备, 它是造成制冷系统内高、低压差, 维持制冷剂流动的动力部件。活塞式压缩机又称为往复式压缩机, 是应用曲柄连杆机构, 带动活塞在汽缸内作往复运动而进行气体压缩的, 它具有良好的使用性能和能量指标, 目前应用最广。压缩机的工作腔是汽缸。活塞在汽缸内作上下往复运动, 从而完成了压缩、排汽、膨胀、吸汽等过程。
当液态制冷剂或润滑油进入压缩机气缸时会造成敲缸从而损坏吸气阀片, 在制冷工程中, 俗称湿冲程、敲缸、冲缸等, 它是制冷系统运行中, 危害最大的一种常见故障, 轻者压缩机阀片被击碎, 重者将连杆、活塞、曲轴撞击扭曲变形甚至击裂气缸盖, 学术上称为液击现象。产生液击的主要原因是液态物质进入气缸, 避免液体进入气缸就可以防止液击的发生。
2 液击的判断方法
判别液击时, 必须要了解压缩机的正常工作状态。压缩机正常工作时, 电机运转会发出轻微的“嗡嗡”的电流振动声, 吸、排气阀片发出清晰均匀的起落声, 而汽缸、曲轴箱、轴承等部分不应有敲击声和异常杂音;油压应保持在规定值范围内 (无卸载装置的压缩机的油压应比吸气压力高0.05-0.15MPa, 带有卸载装置的压缩机的油压应比吸气压力高0.15-0.3 Mpa) ;又因为制冷压缩机的吸气温度常低于环境温度, 所以制冷压缩机上部表面有时会“结露”。在生产实践中, 通过观察压缩机的运转状态和系统的各项技术参数, 可判断是否产生液击。
2.1 听“声音”
听压缩机内部的声音可使用长柄螺丝刀等工具。若在机器运行中, 发现运转声沉闷, 阀片起落声音不正常及有轻微的敲击气缸的声音, 说明压缩机已经出现液击的苗头, 如出现“当当当”声, 是压缩机液击声, 即有大量制冷剂湿蒸气或冷冻机油进入气缸。此时除异常冲击 (敲击或撞击) 声, 会伴随着强烈摇摆振动, 说明液击正在进行之中。
2.2 看“现象”
在运行过程中, 通过观测若发现:
a.吸气、排气温度下降较快;
b.润滑油的油位过高;
c.蒸发器结霜严重或结冰, 低压压力过低;
d.压缩机工作时发出异常的声音并伴随着振动;
e.压缩机的曲轴箱和汽缸外壁结霜, 气液分离器的霜一直不溶化, 而且低压管部分也结霜。
机器出现以上现象, 那就意味着系统中带湿制冷剂气体已经进入了压缩机, 很有可能造成压缩机的液击。液击是压缩机运行过程的常见故障。发生液击, 表明制冷系统在设计、施工和日常维护中一定存在问题, 需要加以改正。认真观察、分析系统, 找到引起液击的原因。在液击发生后, 不能简单地只维修故障压缩机或更换一台新压缩机, 如不从根源上防止液击, 会使液击再次发生。
3 液击的危害
制冷压缩机的湿冲程 (即液击) 是严重的操作事故, 危害性很大:
3.1 吸、排气阀片断裂是液击的典型特征之一。当液体进入汽缸后, 吸收大量热量, 使压缩机的阀片遇冷变脆, 如液体的冲击力过大, 吸、排气阀片会产生裂纹而损坏;
3.2 由于汽缸壁结霜, 压缩机的运动部件产生不均匀收缩, 会导致卡缸或拉毛现象;
3.3 液击会引起油压波动过大或润滑油泡沫化而使压缩机供油中断, 造成主轴和轴承损坏;
3.4 液击瞬间产生的高压具有很大的破环性, 除连杆弯曲甚至断裂外, 其他压缩受力件 (阀板、阀板垫、曲轴、活塞、活塞销等) 也会有变形或损坏, 严重时, 会冻裂曲轴箱里的油冷却器管道, 甚至将气缸盖顶坏, 造成毁机或人员伤亡事故。
4 液击原因分析
引起压缩机液击的原因主要有以下几种:
4.1 回液。
回液是系统运行时蒸发器中的液态制冷剂通过吸气管路回到压缩机造成的液击故障。对于使用毛细管的小制冷系统, 制冷剂加液量过大会引起回液;对于使用膨胀阀的系统若选型过大、感温包安装方法不正确等都可能造成回液;蒸发器结霜严重或风扇发生故障时, 未蒸发的液体也会引起回液。
4.2 长时间停用后再开机。
在使用氟利昂的制冷系统中, 氟利昂可部分溶解于润滑油。压缩机停用一段时间后, 冷车启动, 当压缩机吸气时, 吸气侧压力突然下降, 由于没有排出缸内的积液, 溶解在油中的工质突然挥发出来, 使油起泡、油会随着工质-起吸入压缩机中而引起液击。
4.3 气缸润滑油过量。
气缸如果注油太多, 油位太高, 高速旋转的曲轴和连杆大头导致润滑油大量飞溅。飞溅的润滑油窜入进气道, 进入气缸, 就可能引起液击。在大型制冷系统安装调试时, 尤其要解决回油不好的问题, 注意化霜后润滑油突然大量返回压缩机可能造成的液击现象, 在维护机器时不要盲目地补充润滑油。
1、汽缸2、活塞3、连杆4、曲柄5、排气阀6、吸气阀7、曲柄箱
4.4 设计和操作不当引起的液击。
设计的蒸发器蒸发面积过小, 与压缩机的制冷量不匹配或表面霜层过厚, 传热量减少, 是引起液击的原因之一。另在机组刚起动运行时, 压缩机的吸入阀开得过快, 节流阀开启过大, 也会产生湿压缩。
5 预防与处理
液击“是制冷压缩机最严重的故障之一, 必须防止发生。压缩机在运行时, 操作人员要经常观察吸气温度和曲轴箱温度, 如发现异常应及时调整。为了防止压缩机产生“液击”, 一般采取下列措施。
5.1 改进压缩机的回油路径, 在电机腔与曲轴箱之间增设回油泵, 停机后即切断通路, 使制冷剂无法进入曲轴腔。
5.2 在回气管路上安装气液分离器, 保证进入压缩机的是气态制冷剂。在设计时选用合理的过热度, 让制冷剂在蒸发器内蒸发完全。
5.3 安装曲轴箱加热器, 采用抽空停机控制。长时间停机不用, 启动前用油加热器对润滑油加热, 降低溶于润滑油中的制冷剂含量, 可大大减少启动时产生的泡沫。对于大型制冷系统, 停机前使用压缩机抽干蒸发器中液态制冷剂 (称为抽空停机) , 是避免液击的有效措施。
若由于操作不当或其他原因, 压缩机发生严重液击, 应立即停机, 处理完进入汽缸内的液体后才能重新开机运行。如压缩机发生的液击不太严重, 可进行以下调节:a.迅速关小 (或关闭) 压缩机的吸气阀, 同时关小 (或关闭) 供液阀;b.卸载, 将能量调节装置手柄打到最小位置, 只留一组汽缸工作;c.调整油压和油温, 保持油压, 避免油温过低。待压缩机运转声音正常, 霜层融化后, 逐渐开大吸气阀, 并逐渐加载, 恢复正常工作。
6 结论
液击现象是严重危害制冷系统正常运转的故障之一, 了解故障发生的原因, 掌握故障判别方法, 采用合理的措施, 可预防并减少液击现象带来的损害。
摘要：压缩机是不能压缩液体的。液击是液态制冷剂或润滑油进入压缩机气缸时受到压缩, 造成敲缸从而损坏吸气阀片的现象。产生液击的主要原因一般是设计、施工和日常维护不当造成。加强系统设计, 合理安装气液分离器等辅助设备, 正确维护机器, 避免液体进入气缸, 是防止液击的发生的可行措施。
往复活塞式压缩机节能降耗技术探究 篇9
往复活塞式压缩机主要应用于小氮肥制造行业, 在制作氮肥中20%左右的能耗是往复活塞式压缩机运作造成的, 因此降低往复活塞式压缩机的能耗可有效降低小氮肥行业的成本, 促进其发展。本文围绕往复活塞式压缩机节能降耗技术为研究中心, 在保障压缩机安全、稳定运作的前提下, 提出了有效的降耗措施。
1 往复活塞式压缩机功率计算方式分析
往复活塞式压缩机功率的计算公式如式 (1) , 其中Li为往复活塞式压缩机的总功率;PS为往复活塞式压缩机气缸的吸气压力;Pd为往复活塞式压缩机气缸的排气压力;Vh为往复活塞式压缩机的气缸行程的容积;λV为往复活塞式压缩机中的容积系数;ε为往复活塞式压缩机中压力比的具体数值;k表示气体的具体绝热指数。
2 往复活塞式压缩机技能降耗的技术探究
2.1 气体性质的影响
往复活塞式压缩机技能降耗技术的探究中, 首先需充分考虑气体性质。在往复活塞式压缩机的具体活塞行程和气缸大小都基本确定后, 探究往复活塞式压缩机的气体性质可有效研究出降低往复活塞式压缩机能耗的措施。气体的绝热系数是气体性质的主要表现, 在往复活塞式压缩机的使用中, 气体的绝缘系数越高, 能实现越高的往复活塞式压缩机减耗;同时, 气体的组成成分和各成分的比重也会对往复活塞式压缩机的能耗产生很大的影响, 如以天然气为例, 若天然气的摩尔质量增加, 往复活塞式压缩机的能耗也会相应的降低, 进而实现节能降耗;最后, 往复活塞式压缩机气体本身的压缩系数和导热系数也会在很大程度上对往复活塞式压缩机的能耗造成很大影响[1]。
2.2 工作参数的影响
往复活塞式压缩机工作参数对往复活塞式压缩机的能耗影响可从往复活塞式压缩机的功率公式具体的分析。首先, 要充分考虑往复活塞式压缩机进入气体的温度。一般情况往复活塞式压缩机的进入与气体温度不能高于50℃, 在这个前提下升高进入气体的温度可有效降低往复活塞式压缩机的能耗;其次, 要充分考虑往复活塞式压缩机排气时的温度, 正常情况下, 往复活塞式压缩机要拥有较高的工作效率, 进气温度应该在50℃以下, 在这个前提下逐渐提升排气温度, 会使往复活塞式压缩机的工作效率也逐渐提升, 进而实现往复活塞式压缩机的节能降耗;对于往复活塞式压缩机进气时的压力也要充分的考虑, 根据不同机型、不同用途切实考虑最佳的进气排气压力。压缩机设计时压力比的分配是事先设定的, 并以此为基础进行后期设计计算。使用时如果进口或出口压力有所变化, 则会导致总压缩比变化, 其原设计各级压缩比也产生变化。使用时可通过级间余隙的调整或回路调整对压缩比进行调整, 但要注意对工艺参数、部件强度和动平衡性能的影响。在对往复活塞式压缩机进行节能降耗的措施研究中需对以上各参数予以充分考虑, 综合采取最优化的工作参数, 实现往复活塞式压缩机有效的节能降耗[2]。
3 具体的复活塞式压缩机技能降耗措施
3.1 取消注油器, 采用无润滑油填料进行密封
对复活塞式压缩机进行填料密封的元件注油器属于往复活塞式压缩机中极易损坏的元件之一。元件注油器密封处理的效果及其使用寿命严重影响着往复活塞式压缩机的运行经济效益和运行安全、稳定。取消现有的往复活塞式压缩机注油器的使用, 而使用无润滑油的填料进行密封可有效地提升往复活塞式压缩机的工作效率, 达到节能降耗的目的。例如, L3.3型的标准往复活塞式压缩机以12个注油点计算, 根据统计采用无润滑油填料密封的往复活塞式压缩机运行一年至少可节约用油1250kg, 同时还节约了注油器的采购费用。采用无润滑油填料进行密封具备以下具体的特点: (1) 无润滑油填料密封材料在往复活塞式压缩机的使用中, 会使往复活塞式压缩机内的气体不带油, 实现级间冷却器无堵塞, 进而降低往复活塞式压缩机的阻力损失, 实现往复活塞式压缩机的节能降耗; (2) 采用无润滑油填料密封, 可使往复活塞式压缩机的二级气体温度不经过降温措施直接进入变化系统, 减少往复活塞式压缩机运行的冷却水和热量的使用, 进而达到节能降耗的目的; (3) 采用无润滑填料密封, 可使往复活塞式压缩机运行的合成、变换媒介不受油污的污染, 提高其使用寿命, 进而减少这方面的资金投入, 实现往复活塞式压缩机运行的消耗降低; (4) 有效减少对往复活塞式压缩机设备及损耗, 进而减少往复活塞式压缩机的维修次数, 更具相关数据统计, 一年大约可以节省10万元左右的维修经费[3]。
3.2 减少回路气量
减少往复活塞式压缩机的回路气量也是实现往复活塞式压缩机节能降耗的有效措施之一。在往复活塞式压缩机的生产运行中常常会因为工艺技术的暂时改变或运行事故, 使往复活塞式压缩机发生闭路循环或产量减少, 这导致大量往复活塞式压缩机的能耗浪费。以常规的L型往复活塞式压缩机为例, 较高的台时产量可达到0.8t, 较低时只有0.5t, 除机器本身的质量问题外, 往复活塞式压缩机的回路控制阀的频繁使用也是一个很大的原因, 回路气量过大致使往复活塞式压缩机的产量降低, 因此减少、降低往复活塞式压缩机的回路气量时有效实现往复活塞式压缩机节能降耗的措施之一[4]。
3.3 适当提升一级进气压力
往复活塞式压缩机的排气量影响着往复活塞式压缩机的工作效率, 而其一级进气压力又影响着往复活塞式压缩机的排气量, 经过诸多的往复活塞式压缩机实践证明, 适当地提高一级进气压力可有效提升往复活塞式压缩机的工作效率。在往复活塞式压缩机中压缩气体的功耗会随着一级进气压力的增加而降低, 然而如果一级进气压力过高, 会导致活塞力大大增加, 轴功率也大大增加会导致电机的储备容量降低, 如果在此状态下往复活塞式压缩机长期运作, 可能导致电机的烧损。另一方面如果往复活塞式压缩机的一级进气压力过高, 超过了往复活塞式压缩机内活塞的密封能力, 会导致往复活塞式压缩机发生较大的内漏, 进而减少往复活塞式压缩机的排气量。因此在提高往复活塞式压缩机一级进气压力时需要综合考虑, 合理适当提升一级进气压力, 保障往复活塞式压缩机的良好运作状况, 又减少往复活塞式压缩机的能耗[5]。
3.4 减少压缩机各级之间的压力降
往复活塞式压缩机的各级之间存在着一定的降压现象, 降压现象会增加往复活塞式压缩机的能耗, 因此减少往复活塞式压缩机各级之间的压力降可有效提升往复活塞式压缩机的工作效率, 实现往复活塞式压缩机的节能降耗。在往复活塞式压缩机中, 由于油分离器、各类控制阀、和工艺配管间会形成的系统封闭, 造成往复活塞式压缩机的降压现象, 因此需要从这些设备间入手, 采取有效的措施, 控制降压现象, 提高往复活塞式压缩机的工作效率[6]。
3.5 对往复活塞式压缩机的最终压力进行严格的控制
根据往复活塞式压缩机的功率公式可知, 最终压力的增加直接导致耗电量的增加。详细计算表明, 如果最终压力提升1kg/cm2, 往复活塞式压缩机的能耗会增加0.6%。如在目前国内氮肥生产行业普遍使用的往复活塞式压缩机的最后总压力多采用150、200、320、600kg/cm2, 另如在国内合成橡胶生产行业中使用的往复活塞式压缩机的最后总压力多采用16、20kg/cm2。具体在实际生产可通过降低系统和管路的阻力实现往复活塞式压缩机最终压力的降低, 控制在合理的范围内, 在保障往复活塞式压缩机正常运行的基础上, 实现往复活塞式压缩机的能耗降低[7]。
4 结语
往复活塞式压缩机成功的节能降耗可有效帮助小氮肥行业降低成本, 提高经济效益, 同时对国家的环境改善也有较大作用。在探究往复活塞式压缩机节能降耗的有效措施时需要结合往复活塞式压缩机功率的计算公式进行, 同时注重气体性质和工作参数对往复活塞式压缩机运作的影响。经分析, 取消注油器、采用无润滑油填料进行密封、减少回路气量、适当提升一级进气压力、对压缩机各级之间的压力降进行减少和对往复活塞式压缩机的最终压力进行严格的控制等措施, 可有效降低往复活塞式压缩机的能耗, 值得在实际应用中推广。
参考文献
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活塞式空气压缩机 篇10
众所周知, 城市的燃气输配都是靠压缩机来完成的。和离心式、罗茨式等压缩机类型相比较, 活塞式压缩机具有效率高、排气压力高等优点在众多行业尤其是煤气行业被广泛使用。可是在实际的应用中, 多种因素会导致活塞式煤气压缩机故障率较高, 严重影响了它的正常使用, 会给企业生产和居民的日常生活带来很多麻烦, 所以我们要时刻注意压缩机的运转情况, 在发生故障之前就排除故障, 使得压缩机能够长周期满负荷稳定运行。
二、活塞式煤气压缩机的常见故障及原因
1. 在不同时期中, 压缩机的生产能力不同
经过长期的使用活塞式煤气压缩机, 我们会或多或少的发现在温度较高的夏季, 压缩机的生产能力比温度较低的冬季要低一些。究其原因, 这和进入压缩机气体的温度有着很大的关系。众所周知, 如果气体的温度越高, 它的密度就会越小, 压缩机消耗的功也会越多, 这就直接导致了压缩机生产能力的下降。其次就是由于气体在被压缩的过程中, 会产生大量的热量, 如果气缸的冷却性不好, 也会影响压缩机的生产能力。
2. 压缩机的排气量不足, 排气压力达不到要求
压缩机的工作就是使被压缩气体达到生产要求, 但在实际生产中, 压缩机的压力下降是最为常见的问题, 造成这种情况的主要原因如下:1.由于空气滤清器长期使用导致堵塞, 或者是吸气管长度较大, 这些都会增大吸气的阻力;2.活塞和气缸等零件磨损严重, 超出规定的界限, 气缸间隙的增大将直接造成大量气体泄漏;3.压缩机没有按照规定的方法进行安装, 每一款压缩机都会有对应的工作温度、海拔高度等指标, 如果选取的压缩机不合适, 将会大大影响工作效率。
3. 压缩机时常发生断裂、破裂事故
压缩机时常发生断裂的地方包括曲轴轴径和曲臂过渡处、连杆螺丝以及活塞杆等处。曲轴断裂的原因主要包括:1.在制造存在缺陷, 曲臂圆角的热处理未处理好或加工不规则;2.用户为了增加产量使压缩机长期超负荷运转。连杆螺丝断裂的原因包括:1.连杆螺丝使用时间过长, 产生了塑形变形;2.螺钉头和端面存在微小歪斜, 导致接触应力分布不均匀。活塞杆的十字头连接处以及紧固活塞处都是主要容易出现断裂的部位, 导致这种事故的原因主要有设计、制造过程中存在缺陷, 还有就是压缩机在运转过程中出现不稳定的情况。
压缩机的气缸和缸盖容易发生破裂事故。主要原因包括:1.有进、排气阀的零件掉进了活塞腔中;2.曲轴变形, 导致活塞在气缸中的移动不同心。
4. 压缩机的附属设备时常出现故障
压缩机的附属设备主要包括冷却器、滤清器、储气罐以及供油系统等等。冷却器的冷却效果不好是比较常见的故障, 原因主要包括:1.冷却器的管子存在破裂或在接口处密封不严;2.冷却水的质量不好, 存在大量污垢和悬浮物等等。空气滤清器的主要故障是由于较长时间没清洗, 使得空气流通不好, 必然导致作用丧失。润滑油供给系统精确度下降, 会造成气缸的润滑油过多或过少;3.很多气体没有经过很好地过滤就被送入气缸中, 会堵塞气流通道, 这些甚至会造成压缩机气缸爆炸的事故发生。
三、活塞式煤气压缩机的常见故障的解决措施
1. 采取措施降低煤气温度, 提高压缩机工作效率
首先要定期采用化学清洗法清洗冷却器以确保冷却效果;要尽量使循环水的温度低, 尤其是夏季, 由于气温很高, 冷却效果会大打折扣, 所以要采取增加水量以及供给新鲜的冷水等方法提高冷却效果。除此之外, 还要充分考虑压缩机的工作负荷、当地的气候条件以及煤气的洁净度等因素, 由于同一种润滑油在不同的温度下粘度不同, 所以在不同的季节应选取不同种类的润滑油, 这样才能减少压缩机的磨损程度。
2. 压缩机气缸出现故障的应对措施
当气缸出现破裂甚至爆炸等大的故障之前通常会有一些小的故障, 其中最常见就是气缸部分出现异常的响声, 根据以往经验, 造成这种现象的原因主要包括:缸内有积水造成水锤现象;止点太小, 造成金属冲击;螺母或者活塞杆松动等等。如果遇到这种情况, 应该在第一时间切断机器的电源, 由于气缸等部件的工作环境是高温高压, 所以要等温度冷却下来之后再进行全面检查, 首先必须要解决好漏水问题, 然后查看紧固螺母、活塞环等各个零部件是否正常, 出现问题的零部件要及时维修或更换。如果气缸出现破裂故障, 就要等到气缸冷却后由专业的维修技术人员到现场进行检查分析, 在找到事故发生原因之前决不允许开机生产。
3. 压缩机活塞杆出现故障的应对措施
压缩机的活塞杆在出现断裂等故障之前同样会有一些小的故障, 振动过大就是最常见的现象之一, 导致这种现象发生一般是由于导向环或十字头已经磨损的十分严重, 所以当压缩机在工作的时候出现了振动过大甚至断裂的情况, 应立即使压缩机停止工作, 待到压缩机的温度降低到一定程度后, 由专业技术人员认真检查活塞杆的导向环以及十字头等位置, 应及时更换这些易磨损的零部件, 如果活塞杆发生断裂, 应更换新的活塞杆。
4. 压缩机附属设备出现故障的应对措施
压缩机附属设备易出现故障的有供水系统以及供油系统等。供水系统经常出现的故障有水压太低以及排水温度过高等, 严重影响正常生产。如果出现水压过低的情况, 应检查供水阀的开度太小或者排水阀的开度太大;如果出现排水温度过高的情况, 应该立即加大供水量以及降低进气温度等等。供油系统常出现的故障包括油压过低以及油温过高等情况, 对于油压过低的问题, 应首先确保油压表能够正常工作, 然后是检查油泵的齿轮是否磨损严重以及使用的液压油是否合适;对于油温过高的问题, 应检查油泵及油冷却器是否出现故障。
5. 公司领导要加强对工作人员技术培训
为了减少人为操作失误所导致的压缩机事故, 加强工人的技术培训势在必行。首先公司领导要重视此项工作, 建立小型的技术培训班, 也可以建立公平公正的赏罚机制, 对那些技术熟练、失误率低的员工要进行必要的物质奖励, 对那些工作态度不端正, 存在问题较多的员工要进行严格的教育批评, 给予一定的处罚。除此之外, 还可以定期举行“职工技能比武大会”, 对那些成绩突出的工人也要进行表扬奖励, 只有这样才能激发起员工的积极性, 都会努力提高自己的技能水平。
四、结束语
只要我们熟悉并掌握了活塞式压缩机常见故障的产生原因, 这样就给压缩机的维护和保养工作带来了极大的便利, 不仅会大大减少维修人员的维修时间, 还会很大程度上提高压缩机的工作效率, 从根本上减少压缩机故障以及事故的产生, 同时也能为企业节约大量购买机器的资金, 所以从企业领导到基层员工, 每个人都应该积极了解这方面的知识, 保证企业的生产顺利进行。
参考文献
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