剖析角度式工艺用压缩机十四例(一)

剖析角度式工艺用压缩机十四例 一 剖析角度式工艺用压缩机十四例 一 本文荟萃了工艺用角度式往复活塞压缩机范畴内 堪称经典之作的国内外实际产品 且仍极富现实指导意义 其剖视图不吝给出的无声却邃密之技术内涵 恐胜过笔者之剖析 矣 十四例中 不乏设计策划全面周到 设计理念先进合理 设计细节高招迭出 制作工 艺性与可维护性俱佳 技术参数及选用材质适合国情厂情者 大可师从之 但是 也有虽 不失为往复活塞压缩机发展史上的极致碑记 例如功率 450kW 级 W 型 功率 730kW 级扇型 却因维护性 稳定性等因素 不一定适合己方情况 总之 以实事求是的客观心态 具体 分析 批判性地吸收并应用 方能开卷有益 角度式工艺用压缩机的突出优点是结构高度紧凑 密集 相同流量 压力参数时机组 的体积最小 占地面积最少 所需厂房不高 附属设备可都布置在机身或曲轴箱底面以上 的位置 无需两层楼厂房 当然 为改善其维修的易近性 有时尚需设有操作用扶梯和平 台 角度式工艺用压缩机 以 V 型 L 型 W 型居多 其各列之间的空间 一般得到充分利 用 布置有级间冷却器 缓冲器 气液分离器 仪表 操作盘等 这样布置附属设备 各级间的各种管路必然复杂 但因这都是在地坪以上高度实施的 故可大大简化厂房的基 建和管道工程 其所得远大于所失 出于适合较大容量和减少气体外泄的考虑 角度式工艺用压缩机采取有十字头 双作 用且活塞杆以填料密封的居多 近年出现了角度式 无十字头 单作用 工艺用中小型压缩机的曲轴箱连通一级吸气 管路 能承受并密封高达 1 6MPa 2 0MPa 气压的设计 这样 尽管提高了对曲轴箱设计 铸造材质与工艺及气密性的要求 却换得了大大简化结构 无十字头 减小外形尺寸 减 少级间气体内泄 杜绝气体外泄的巨大益处 国内外众多实机的制造与运行业绩 雄辩地证实了 在功率 315kW 级以下范畴 低中 高压的广阔领域里 角度式较其它结构型式压缩机 兼具多方面优势且兼收多重实效 诸 如 压缩机组的集成化程度最高 占地面积最小 便于制造且成本最低 安装就位最简便 大大简化压缩车间厂房基建与管道工程 甚至可以因以橇装机组方式露天运行而无需厂房 零部件通用化程度最高 维护简便 吊装简单 运输成本最低 而由其结构特点所决定的 曲轴箱更便于承受并密封高达 2MPa 气压压缩介质的优异特性 杜绝了气体外泄漏 显然 其环保效应极好 安全性上佳 明显节约资源 能源 角度式压缩机的这一突出优点 为 其它结构型式的往复活塞压缩机所难以企及 1 经典的紧凑式 L 型四级压缩机 该 L 型四级空气压缩机 由德国原德马格 DEMAG 公司研发 系增压压缩机 吸气压力 0 588MPa 排气压力 21 673MPa 供气量 1080Nm h 转速 485r min 行程 200mm 轴功率 248HP 亦可压缩氮气 级在列中的分布 立列为单作用 级气缸 75 平衡段 单作用 级气缸 245 卧列为单作用第 级气缸 50 平衡段 单作用 气缸 165 第 及第 级气缸为灰铸铁 第 及第 级气缸为锻钢并压有干式气缸套 卧列之二 级缸端部设置摆动支承 单独铸制的十字头滑导 具有带走十字头摩擦热的冷却水套 滑导自成一件 就化小 了机身的尺寸 机身结构亦获简化 同时 和十字头摩擦的承压面铸造缺陷报废率陡降 装 有油雾捕集网的呼吸器设在离浓油雾区稍远的立列滑导处 有助于抑制传动机构润滑油雾 的逸出 强力曲轴由一只单列滚柱轴承和一只可调心的双列球面滚子轴承 动力输入端 支承 厚宽的平衡重由螺栓径向固紧 它使压缩机的一阶往复惯性力几近完全平衡 曲轴的非动 力输入端轴头 驱动气缸润滑用注油器以及传动机构润滑油泵 曲轴在近动力输入端的曲 柄至主轴颈段设计成渐缩锥台形 另一端雷同 从而摒弃了阶梯轴方案 更进一步增强了 曲轴刚性 曲轴通过胀紧套和飞轮联接 并由异步电动机直联驱动 冷却水系统的设计匠心独具 无需设置诸多暴露的水管 各级气缸的冷却水套 十字 头滑导的冷却水套 润滑油池蛇形冷却盘管都巧妙地串接成通畅的水系 这除了在各级气 缸体上钻出水路通孔外 还需在十字头滑导水套处钻孔 并辅以个别内置管接头 各级冷却器的布置 不仅充分利用了立 卧列之间宽敞的空间 更最大限度地免除了 外露的气管路 一级气缸排气口法兰 右向 联接一级冷却器入口 一级冷却器由上 下叠 置的两只列管式冷却器串联而成 一级冷却器排气管向下后左接二级气缸吸气口法兰 支 承在曲轴箱凸肩和二级气缸端部的硕大焊接水箱 内置第 级蛇形冷却盘管 第 级冷却器后 均设气瓶式液气分离器 轻型操作扶梯斜搭在第 级冷却器顶部 挂有巴氏合金的十字头以螺纹和活塞杆紧固 第 级活塞皆为组合式 锻钢连杆 为圆截面 第 级吸 排气阀皆单独布置而未采取同心组合气阀方案 有助于降低阀 隙流速 减少功率消耗 以及排气对进气的加热 2 独联体工艺用 L 型 302B 5 70 型中压空压机组 302 5 70 是在 302 10 8 型动力用空压机组的传动件基础上变型而得 其 吸气绝对压力 0 099MPa 0 102MPa 排气绝对压力 6 865MPa 容积流量 5m min 轴功率 64kW 活塞行程 125mm 转速 735r min 四级压缩 立列为 平 级 卧列为 平 级 各级气缸直径为 320 180 95 65mm 驱 动用法兰电动机额定功率 75kW 级活塞为焊接结构 级活塞采用下部阴螺纹旋入活塞杆上部阳螺纹的设计 从而 完成了 平 级活塞组件的固结 冷却水套使各必要部位都获得良好的冷却 曲轴的 旋转方向 显然是把卧列十字头向下压 强刚性机身具有多重功效 首先 提供了 级冷却器壳体的作用 同时使 级排气在 灰铸铁机身罩壳内 通过 级冷却器后流入 级气缸吸气气套 有必要指出 铸铁材质屏 蔽气流噪声的作用 优于钢板 第二 提供了配套低压异步法兰电动机定子与机身稳固联 接的充分条件 法兰电动机这种驱动方式 决定了机身承受 倾覆力矩 而不外传至橇 座或混凝土基础上 第三 将两列气缸及传动部件组合在一起 实现了一般的机身之通常 功能 第四 提供了近法兰电动机侧的压缩机主轴承承载力强的充分条件 法兰电动机自 身没有独立轴承 其转子悬臂支撑于曲轴的外伸段 法兰电动机驱动压缩机这样的机组结构 造成了压缩介质难免和电动机方的强电部件 亲密接触 因此 法兰电动机驱动最适于空气压缩机 且系中小功率范畴 并使得机组的 紧凑程度达到极致 法兰电动机的传动效率达到 100 和皮带传动 联轴器直联传动相比 皆明显节能 有效地降低了节能认证标识考核的 机组输入比功率 法兰电动机的驱动方式 既消除了常规电动机固有的两只轴承的机械损失 又消除了 常规直联传动必然存在的因电动机轴 空压机轴对中欠精准 而产生的附加功率损失 为避免运转时刮蹭和获得电动机的高效率 法兰电动机转子与定子间的气隙 要求间 隙小而且均匀 这就首先要从设计上确保定子 转子的强刚性 再严格管控机械加工各环 节 至于法兰电动机的装配 定位 自当高度精准 谨慎有加 当下 中等功率 PET 吹瓶 用气缸无油润滑空压机组中 法兰电动机转子 定子间的气隙值 国际领先水准为 0 5mm 法兰电动机是异步电动机 其轴向流入环境空气 径向排出热风 至于法兰电动机的 防护等级 国内外皆是 IP23 此防护等级 自当和法兰电动机驱动之空压机组运行环境相 适应 显而易见 空压机转速较高时 其曲轴动力输入段上悬臂安装的法兰电动机转子质量 能够较轻 利于控制实际气隙 众多实机证明 法兰电动机驱动之空压机转速 多取 8 极 电动机之异步转速 即 735r min 左右 有采用 6 极电动机异步转速的 而尚未见取 10 极 电动机异步转速者 3 德国比泽尔公司半封闭制冷压缩机 半封闭式制冷压缩机的机体和电动机外壳连成一体 电机转子直接装在曲轴的悬臂部 位 不需要轴封和联轴器 因此结构更紧凑 密封性好 吸入气体流过电机冷却了绕组 从而提高了电机的出力 它的内部结构和开启式相仿 除曲轴 机体外 零部件通用 但 润滑油泵必须正 反转均可正常供油 同时要防止吸气带回的润滑油因压差而滞留在电机 腔内 由于电机绕组和制冷剂直接接触 因此 仅适用于氟利昂制冷系统 并对电机的绝 缘层和系统的清洁 干燥提出较高的要求 如图 3 所示 德国比泽尔公司的半封闭制冷压缩机适用于多种制冷工质 R22 R134a 用特殊 Ester 润滑油 R502 和 R12 供空调 中温和低温冷却之用 采用了 特殊高效阀板 特殊抗磨损传动部件 以及加大铁芯的电动机 4 原无锡压缩机厂 VF 1 25 200 型简移式空气压缩机组 图 4 此机组由高度紧凑的风冷式高压空压机 电动机 压缩空气干燥器和简易走行机构组 成 机组轻便 仅 1t 主要供压缩空气充瓶用 该机容积流量 1 25m min 最高排气压力 19 6MPa 含风扇之轴功率 27kW 单曲拐 V 型 气缸中心线 75o 夹角布置和两列均采用级差式筒形活塞 为惯性力平衡 列的气体力平衡和结构的紧凑 提供了理想的前提条件 故转速得以高达 1470r min 主 机外形尺寸小 580mm 650mm 675mm 质量轻 含飞轮 带轮仅 160kg 行程 55mm 四 级压缩 各级气缸直径 125mm 105mm 40mm 20mm 左列为第 级 右列为第 级 级分置于两列的各一处环形空间 40mm 125mm 及 22mm 125mm 级则分 置于两列的各一处 105mm 125mm 环形空间 各级活塞材质 级铸铝合金 级锻铝 级锻造 40Cr 钢 级活塞都以 球面自动调心结构浮动联接 级筒形级差活塞 各级活塞除了设有活塞密封环外 还设 有上 下共两道 导向活塞环 各级导向活塞环严格的内圆柱面公差 使其同时起到为 活塞导向和密封气体的双重作用 故而较活塞密封环更易磨损 需注意在磨损超限后及时 更换 级活塞裙部 两处 均装有一道刮油环 级活塞为组合式 利于环的装拆 压紧 其环槽间隔圈用的活塞头 以弹性圆柱销防松 因活塞销运动于气缸有压区域 故其两端 设置气密垫片 以防压缩空气泄漏 有必要指出 活塞组件运动直线性 对于无十字头压缩机更为困难 因其运动没有获 得十字头的导向作用 全靠活塞 气缸自身 就无十字头 小型高压级差活塞压缩机来说 活塞组件的运动是否为精确直线性 乃成败关键所在 为不大的压缩容积由活塞环实施密 封 其相对泄漏周边长 密封压差又大 假如活塞运动直线性过差 则必将导致气体泄漏 量达到不允许的程度 VF 1 25 200 型空压机在气缸中心线方向极有限的长度内 布置了各级导向活塞环和 活塞密封环 这两类环协同工作 解决了活塞组件运动的精确直线性和密封这两大问题 级气缸为灰铸铁制 级气缸为球墨铸铁制 各级气缸均铸出环形风冷散 热片 气缸各结合面均置有青壳纸或纯铜垫片 并可借以调整各级气缸的线性余隙 45 锻钢制连杆为圆截面 大头剖分 以连杆螺栓联接 杆身钻有油孔 45 锻钢制曲轴 配有平衡重 以两只单列圆锥滚子轴承支承 曲轴钻有润滑油通路 轴头驱动转子油泵 曲轴动力输入端以飞轮 弹性轴销 冷却风扇 主动大带轮和电动机直联 级吸气阀组件尺寸相同 采用一对左右旋向的开口波形弹簧片 开口错开 阀 片升程 2mm 级排气阀组件尺寸也相同 但改用大直径圆柱形螺旋弹簧 细钢丝直径 阀片升程 1 8mm 级为同心组合气阀 尺寸略有不同 外圈吸气 设有一对左右旋向的开口波形 弹簧片 阀片升程 0 7mm 内圈排气 采用大直径圆柱形螺旋弹簧 阀片升程 1mm 级冷却器都由纯铜管轧制翅片后绕制组合 置于压缩机 V 形缺口的侧方 并覆 以导流罩 由安装在飞轮上方的高速轴流风扇吹拂冷却 风扇带轮由电动机轴头处的大带 轮增速驱动 运动机构为压力 飞溅润滑 级气缸为油飞溅润滑 级气缸则由气流携带的 油雾润滑 该机所供的净化压缩空气 是这样获得的 第 级冷却器后的高压空气 自切向进入 油水分离器 然后气流折返向上同时流速降低 遂使大部分悬浮状油水微粒分离 下降 继而被金属丝网附着凝聚下沉 来自油水分离器的业已经过初步净化的高压气 再进入硅 胶干燥器作进一步处理 达到每 1m 空气 折算到压缩机吸气状态 含水量不超过 0 1g 5 原重庆气体压缩机厂扇型高压无基础空压机组 该 WP4330 型无基础空压机组 图 5 系以三只减振器支撑 无基础运行 以法兰联接 的电动机同轴线直联驱动空压机 空压机为扇型 4 列 4 级 单作用 风冷式 额定排气压力 30MPa 公称容积流量 0 483m min 5 轴功率 15kW 5 活塞 行程 50mm 转速 1450r