天然气压缩机系统设计

1、1绪论1.1引言随着科学技术的飞速发展，人类与天然气的关系越来越密切。正如大家所知道的，天 然气能源是一种十分干净，优质，方便，高效的能源。所以无论是直接燃烧，还是用来开车 或发电，都将会受到人们的欢迎。经过测定，天然气的热效应和热值不仅高于煤炭的热值， 而且也高于石油的。目前天然气消费在世界能源消费结构中的比重已达35%，成为仅次于石 油的第二大能源。天然气广泛用于商业及民用热水器，燃灶具，制冷及采暖，也用于冶金， 造纸，陶瓷，采石，玻璃等行业，还用于干燥脱水处理及废料燃烧天然气汽车的一氧化碳，碳氢化合物与氮氧化合物的排放量都大大的低于汽油，柴油 发电机的汽车，不磨损，不积碳，运营费用低，是

2、一种新型环保的汽车，未来的发展前景非 常可观。1.2天然气压缩机的国内外研究现状目前，国外天然气压缩机的主要生产厂家，主要集中在美国。以库伯公司， 艾里尔公司，和德莱赛兰公司等为代表。生产的压缩机类型按其总体结构而言， 可分为总体式和分体式两大系列。总体来看，目前国内生产的压缩机产品的供需 情况是：一般用微型压缩机和往复式活塞压缩机，这两种压缩机的生产力都大于 市场需要，快速发展的微型压缩机主要依赖于以出口为主的生产模式，工艺用的 压缩机尽管有了较快的发展，但在其技术水平和制作能力，特别是在产品的性能 稳定性，可靠性方面与国际先进水平有一定差距，不能满足国家重点工程建设的 需要。目前车用天然气

3、压缩机技术已日趋成熟，技术性能已达到国际水平，制造 和生产的水平已接近国际水平。进口及国产的同类型压缩机性能与中国产压缩机 的易损件寿命比进口的产品低，国产材料加工水平没有跟上是主要的原因。但进 口压缩机的价格要给国产的压缩机的成套价格高52%，而且配件供应有保证。因 此选用国产压缩机投资和运行维护费用比较低。2 VW-7/3天然气压缩机的特点及应用2.1天然气压缩机的构造原理：天然气加气站用压缩机，构件主要包括电机、曲轴连杆机构、气缸、活塞。 气体的压缩级数为三级或四级，连杆、气缸与活塞组成的列数为两列，同一列的 不同级的气缸之间不设置平衡段缸且采用倒级差组合结构，每一列中的气缸填料 与活塞

4、环为自润滑材料环。与现有天然气加气站用压缩机相比，不仅简化了结构，而且提高了压缩机运转的平稳性，降低了能耗，并可得到无油污染的压缩天然气。2.2天然压缩机的特点：1、采用德国曼内斯曼德马格公司技术，产品可靠性高。2、气阀、活塞环等易损件采用国外先进产品，使用寿命达8000小时以上。3、软启动，允许压缩机频繁启动和停机。4、宽范围进气，适应范围广。5、整体撬装结构，噪音低，易于城区安装，节省投资。6、西门子PLC控制系统，自动化程度高，远程控制方便。7、可以选择风冷、混冷、水冷三种冷却方式。产品可做的范围：排气量从 0.2-40m/min 排气压力从 0.2Mpa-25Mpa.3压缩机概述用来压

5、缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机，也称“压气机”或“气 泵”，一般提升压力小于0.2MPa时称作鼓风机，提升压力小于0.02MPa时称为 通风机。根据压缩气体的原理，压缩机可分为“容积式”和“动力式”两大类。 压缩机的种类和形式很多，不同压缩机的结构和特点差别很大，因而其适用的场 合、性能、造价、尺寸重量等指标也相差甚远。4压缩机的分类与命名4.1按工作原理分类按工作原理，压缩机可分为“容积式”和“动力式”两大类。容积式压缩机 直接对一可变容积工作腔中的气体经行压缩，使该部分气体的容积缩小、压力提 高，其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。容积式压缩机工作的理论基 础是反映气体基本状

6、态参数P、V、T关系的气体状态方程。动力式压缩机首先使 气体流动速度提高，即增加气体分子的动能，然后使气流速度有序降低，使动能 转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小，其特点是压缩机具有驱使气体获 得流动速度的叶轮。动力式压缩机在中国个别文献中称为“速度式”或“叶轮式” 压缩机。动力式压缩机工作的理论基础是反映流体静压与动能守恒关系的流体力 学伯努利方程。4.2按排气压力分类见表4-1,按排气压力分类时，压缩机的进气压力为大气压力或小于0.2MPa。对于进气压力高于0.2MPa的压缩机，特称为“增压压缩机”，化工厂中常用的 循环气压增机即为增压压缩机的一种。表4-1按排气压力对压缩机分类名称

7、排气表压风机通风机0.2 1.0MPa中压压缩机 1.0 10MPa高压压缩机 10100MPa超高压压缩机 100MPa资料来源：李云姜培正.过程流体机械M.北京：化学工业出版社，2008.4.3按压缩级数分类在容积式压缩机中，每经过一次工作腔压缩后，气体便进入冷却器中进行一 次冷却，这称为一级。而在动力式压缩机中，往往经过两次或两次以上叶轮压缩 后，才进入冷却器进行冷却，把每进行一次冷却的数个压缩“级”合成为一个“段”。 在日本把容积式压缩机的“级”称为“段”，中国个别地区、个别文献受此影响， 也把“级称为“段”。单级压缩机气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩；两级压缩机气体顺次通过两次工作腔或

8、叶轮压缩；多级压缩机气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应通过几次便是几 级压缩机。4.4按功率大小分类压缩机按功率大小分类见表4-2。表4-2压缩机按功率大小分类名称功率/kW一般配用电源/V小型压缩机 5220中型压缩机5 450380大型压缩机N4503000 或 6000资料来源：李云 姜培正.过程流体机械M.北京：化学工业出版社，2008.4.5压缩机分类命名压缩机按结构或工作特征分类和命名见表4-3.表4-3压缩机按结构或工作特征分类和命名按工作原理按工作腔中运动件或气流工作特 征按工作腔中运动件结构 特征容积式往复式活塞式柱塞式隔膜式回转式双螺杆（螺杆）式单螺杆式涡旋式罗茨式划片

9、（旋叶）式滚动活塞（转子）式螺旋叶片式单齿转子式液环（液体活塞）式三角转子（汪科尔）式动力式离心式叶轮（透平）式轴流式漩涡式喷射式喷射泵资料来源：李云姜培正.过程流体机械M.北京：化学工业出版社，2008.4.6压缩机的用途压缩机的用途极为广泛，遍布工农业、交通运输业、国防甚至生活的各个领 域。按照气体被压缩的目的，大致可区分为如下四类。4.6.1动力用压缩机利用压缩空气驱动各种工具和器械已经应用的非常广泛，如风镐、风钻、气 力扳手、造型机、车辆制动、仪表控制等。纺织工业中利用压缩空气吹送纬线以 替代梭子，食品和制药工业用压缩空气搅拌浆液，中大型发动机用压缩空气启动， 高压空气爆破采煤，鱼雷发

10、射，潜艇沉浮等，这些场合军需用到不同压力的压缩 空气，具有安全、可靠、方便、洁净等优点。4.6.2化工工艺用压缩机在化学工业中将气体压力提高有利于化学反应的进行，提高反应速度和产 率，并可相应减小设备尺寸，降低工程造价。如化肥生产中的合成氨工艺要使氢 气和氮气早15100MPa的压力下反应，尿素生产需要在21MPa下使二氧化碳和 氨气产生化学反应，而由乙烯聚合生产塑料的工艺则需要高达280MPa的压力， 石油加氢精炼则需要732MPa的压力。4.6.3制冷和气体分离用压缩机制冷设备中需要提高制冷剂的压力，以将其冷却成液态，这需要压缩机提供 约1.512MPa的压力。在气体分离工业（如空气），需

11、要用压缩机先将混合气 体提高压力，然后进行冷却和膨胀降温并变成液态，最后利用不同组分沸点差将 其蒸发分离。4.6.4气体输送用压缩机气体输送有输送管道和瓶装输送两种方式。气量大时由管道输送，此时压缩 气体的目的是提高其体压力以克服流动过程中的管道阻力，并使较小的管径输送 尽可能多的气体，如天然气的管道输送需要110MPa的压力。气量小时用容器 装运，因容器一般体积有限所以为装运更多的气体，往往将充气压力定得高一些， 如天然气汽车加气子站气体转运槽车的运输压力是20MPa，而燃料电池汽车车载 氢气瓶的充装压力是3570MPa。5活塞式压缩机简介活塞式压缩机的工作是气缸、气阀和在气缸中作往复运动的

12、活塞所构成的工 作容积不断变化来完成。如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量 损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分 为吸气、压缩和压缩过程、排气过程。5.1活塞式压缩机分类按压缩级数分类，有单级压缩和两级压缩。单级压缩机是指压缩过程中制冷 剂蒸气由低压至高压只经过一次压缩。而所谓的两级压缩机，压缩过程中制冷剂 蒸气由低压至高压要连续经过两次压缩。按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。其制冷剂蒸气仅在活塞 的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机制冷剂 蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次

13、。 所以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压 缩机的结构较复杂，因而目前大都是采用单作用压缩机。按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类，有直流式和逆流式。所谓直流式是指制 冷剂蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个方向进行，而逆流式，吸气与排气时制 冷剂蒸气的运动方向是相反的。从理论分析来看，直流式与逆流式相比，由于蒸 气在气缸中温度及比容的变化较少，故直流式性能较好。但是由于直流式压缩机 的进汽阀需装在活塞上，这样便相对增加了活塞的长度和重量，因而功的消耗就 增加、检修也麻烦，所以目前生产的压缩机大都采用逆流式。按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、V型、W型和S

14、型 压缩机等。立式压缩机气缸中心线呈垂直位置而卧式压缩机气缸中心线是水平 的。V型、W型和S型是高速、多缸、现代型压缩机，其速度一般为9601440 转/分，气缸数目多为2、4、6、8四种，其中，字母表示气缸的排列形式。活塞式制冷压缩机，根据其结构特征，还可分为开启式、半封闭式和全封闭 式三种。虽然构造各异，但它们之间也有许多共同之处，只是其结构特征不同。开启式制冷压缩机的结构特征在于：压缩机的动力输入轴伸出机体外，通过 联轴器或皮带轮与电动机联结，并在伸出处用轴封装置密封。目前，氨压缩机和 容量较大的氟利昂压缩机都采用这种结构形式。半封闭式制冷压缩机的结构特点是：压缩机与电动机共用一主轴，并

15、共同组 装于同一机壳内，但机壳为可拆式，其上开有各种工作孔用盖板密封。全封闭式制冷压缩机的结构特点在于：压缩机与其驱动电动机共用一个主 轴，二者组装在一个焊接成型的密封罩壳中。这种压缩机结构紧凑，密封性好， 使用方便，振动小、噪音小，广泛使用在小型自动化制冷和空调装置中。5.2活塞式压缩机工作原理压缩机就是产生气体压力能的机器。它在国民经济各部门中已成为必不可少 的关键设备。目前，需要高压的场合，多采用活塞式压缩机。如渤西油田陆上终 端处理场所用的稳定气体压缩机为两列对称式活塞压缩机。活塞式压缩机种类繁多，结构复杂，但基本结构大致相同：主要由机身，曲 轴，连杆，活塞，汽缸和吸气阀，排气阀，十字

16、头，滑道，活塞杆和填料函组成。压缩机运转时，电动机带动曲轴作旋转运动，通过连杆使活塞作往复运动， 曲轴旋转一周，活塞往复运动一次，气缸内相继实现吸气，压缩，排气的过程， 即完成一个工作循环。吸气过程当活塞向左运动时，气缸内的工作容积逐渐增大而压力逐 渐降低，当压力降至稍低于进气管中压力时，进气管中气体便顶开吸气阀进入气 缸，直到活塞达到最左边位置(又称内止点)时，工作容积最大，吸气阀开始关 闭。压缩过程 当活塞向右运动时，气缸内工作容积缩小，而气体压力逐 渐增大。由于吸气阀有止逆作用，故汽缸中气体不能倒流到进气管中。同时，因 排气管中气体又高于气缸内部的压力，气缸内气体无法从排气管流出，而排气

17、管 中的气体因排气阀的止逆作用，也不能进入气缸内。此时，气缸内的气体量保持 一致，随着活塞的右移，气体压力不断升高。（3）排气过程当活塞右移到一定位置时，气缸内的气体压力升高到稍高 于排气管中的气体压力，气体便顶开排气阀进入排气管中，直到活塞运动到最右 端（又叫外止点）为止。排气阀关闭，活塞再次左移，上述过程重复出现5.3活塞式压缩机的特点：活塞式压缩机的主要优点：（1）适用压力范围广可用于低压（包括真空中），中压，高压和超高压。（2）效率高其效率高于回转式压缩机和速度式压缩机，大型活塞式压缩机的热效率在 80%以上。（3）适应性强排气量范围较广，在较小排气量下也能保持较高的效率，而且排气量受

18、排气 压力波动的影响很小，此外气体密度对压缩机性能的影响不太显著，故机器的通 用性好。活塞式压缩机的主要缺点：（1）结构较复杂，易损件较多，维护，检修和安装都比较麻烦（2）由于往复惯性力的限制，转速较低，当需要较大排气量时，其机体庞 大，并需要大型设备基础，因此，当排气量较大时，不宜采用活塞式压缩机。（3）排气不连续，造成气流脉动，严重时产生气流脉动共振。会造成管网 或机件的损坏。（4）一般气缸内要用润滑油，使气体带油。若对气体质量要求过高，压缩 后气体的净化要求繁重。5.4压缩机工作过程5.4.1吸气过程当活塞向左运动时，气缸内的工作容积逐渐增大而压力逐渐降低，当压力降 至稍低于进气管中压力

19、时，进气管中气体便顶开吸气阀进入气缸，直到活塞达到 最左边位置（又称内止点）时，工作容积最大，吸气阀开始关闭。5.4.2压缩过程活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸中被 压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排 气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。5.4.3排气过程活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气阀开启， 气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止 点。此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。至此， 压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。

20、此后，活塞又 向下运动，重复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。这就是活塞式制冷压 缩机的理想工作过程与原理。5.5活塞式压缩机产品型号表示方法每一台压缩机的基本型式都用一定的符号表示。这些符号亦称为型号，单级 产品型号主要由气缸数目、所用制冷剂的种类、气缸布置形式与气缸直径四个方 面的内容组成。5.6活塞式压缩机基本构造活塞式压缩机主要由机体、曲轴、连杆、十字头、活塞组、填料函、 阀门、轴封、油泵、能量调节装置、油循环系统等部件组成。5.6.1机体机体：包括汽缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸 成一个整体。它是支承汽缸套、曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零

21、 部件之间具有正确的相对位置的本体。汽缸采用汽缸套结构，安装在汽缸体上的 缸套座孔中，便于当汽缸套磨损时维修或更换。因而结构简单，检修方便。5.6.2曲轴曲轴：曲轴是活塞式制冷压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。 其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。曲轴在 运动时，承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载，工作条件恶劣，要求 具有足够的强度和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般采用40、45 或50号优质碳素钢锻造，但现在已广泛采用球墨铸铁（如QT50-1.5与QT60 2等）铸造。5.6.3连杆连杆：连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动

22、转化为活塞的往 复运动，并把动力传递给活塞对汽体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连 杆大头轴瓦和连杆螺栓。连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸 铁（如QT40-10）铸造，杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。连杆小头通过活塞销与活塞相连，销孔中加衬套以提高耐磨、耐冲击能力。 连杆小头衬套常用锡磷青铜ZQSn10-1做成整体筒状，外圆面车有环槽并钻有油 孔，内表面开有轴向油槽。连杆大头与曲轴连接。连杆大头一般做成剖分式，以便于装拆和检修。为了 改善连杆大头与曲柄销之间的磨损状况，大头孔内一般均装有轴承合金轴瓦即连 杆大头轴瓦。连杆大头轴瓦分薄壁和厚壁两种

23、，系列制冷压缩机都采用薄壁轴瓦。 轴瓦的上瓦与连杆油孔相应的地方也开有油孔。连杆螺栓用于连接剖分式连杆大头与大头盖。连杆螺栓是曲柄连杆机构中受 力严重的零件，它不仅受反复的拉伸且受振动和冲击作用，很容易松脱和断裂， 以致引起严重事故。所以对连杆螺栓的设计、加工、装配均有严格要求。连杆螺 栓常用40Cr、45Cr钢等制造，且采用细牙螺纹，其安装时要求有一定的预紧力， 以免在载荷变化时连杆大头上下瓦和曲柄销之间松动敲击，加速机器零件的损 坏。5.6.4十字头十字头是连接摆动的连杆和往复运动的活塞的零件，具有导向和传力作用。十字头由十字头体，滑板，十字头销等部分组成，按十字头体与滑板的连接 方式，可

24、分为整体式和可拆式。十字头与活塞的连接常用螺纹连接和法兰连接的形式，各种连接方式都应采 用防松措施，以保证连接的可靠性。十字头与螺栓小头的连接，是用十字头销来实现的。十字头销分为浮动式和 固定式两种。十字头的润滑油一般通过导轨的下方加入，经十字头体的油路达到十字头销 与滑板，滑板上开有油槽，以利润滑。有时润滑油从连杆大头通过油孔到小头， 以便润滑十字头销。5.6.5气阀气阀的作用是控制气缸内的气体吸进和排出。靠气阀两侧的压力差来自动实 现及时启闭。它由阀座，升程限制器，阀片，弹簧及螺栓螺母所组成。汽阀是压 缩机的一个重要部件，属于易损件。它的质量及工作的好坏直接影响压缩机的输 汽量、功率损耗和

25、运转的可靠性。汽阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上下往复运动一次，吸、排气阀各启闭一次，从而控制压缩机并使其完成吸气、压缩、排气 等四个工作过程。由于阀门启闭工作频繁且对压缩机的性能影响很大，因此气阀 需满足如下要求：气体流过阀门时的流动阻力要小，要有足够的通道截面，通道 表面应光滑，启闭及时、关闭严密，坚韧、耐磨。吸气阀与排气阀的结构基本相 同，只是在组装时阀座与升程限制器互相倒置。吸气阀升程控制器靠近气缸里侧， 排气阀则是阀座靠近气缸里侧。此外排气阀所用弹簧应比吸气阀所用的弹性力稍 大。现以吸气阀为例说明气阀的工作过程。在吸气过程中，当缸中的压力低于吸 气管中的压力，且两者压力差所产生的压力足

26、以克服弹簧压紧力及阀片，弹簧的 惯性力时，阀片被顶开，气体开始进入气缸，吸气过程开始。随后，阀片继续开 启并贴到升程限制器上，气体继续进入缸内，直到活塞接近止点位置时，活塞速 度急剧下降，气流速度也随之降低，于是气体对阀片的推力减小，当弹簧力大于 气体推力及阀片，弹簧的惯性力时，弹簧随即把阀片推回阀座上，即吸气阀关闭， 吸气过程结束。可见，吸气阀是在阀片两侧压力差开启，在弹簧力作用下关闭的， 排气阀工作原理也是如此。5.6.6活塞组活塞组：活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下，在 汽缸内作往复直线运动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸 气、压缩、排气等过程。活

27、塞活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列制冷压缩机的活塞均采用 筒形结构，它由顶部、环部和裙部三部分组成。活塞顶部组成封闭汽缸的工作面。 活塞环部的外圆上开有安装活塞环的环槽，环槽的深度略大于活塞环的径向厚 度，使活塞环有一定的活动余地。活塞裙部在汽缸中起导向作用并承受侧压力。活塞的材料一般为铝合金或铸铁。灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较 广，但由于铸铁活塞的质量大且导热性能差，因此，近年来系列制冷压缩机的活 塞都采用铝合金活塞。铝合金活塞的优点是质量轻、导热性能好，表面经阳极处 理后具有良好的耐磨性。但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低、耐磨性差也差。活塞销活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件

28、，在工作时承受复杂的 交变载荷。活塞销的损坏将会造成严重的事故，故要求其有足够的强度、耐磨性 和抗疲劳、抗冲击的性能。因此，活塞销通常用20号钢、20Cr钢或45号钢制 造。活塞环 活塞环包括汽环和油环。汽环的主要作用是使活塞和汽缸壁之间 形成密封，防止被压缩蒸气从活塞和汽缸壁之间的间隙中泄漏。为了减少压缩汽 体从环的锁口泄漏，多道汽环安装时锁口应相互错开。油环的作用是布油和刮去汽缸壁上多余的润滑油。汽环可装一至三道，油环通常只装一道且装在汽环的下 面，常见的油环断面形状有斜面式和槽式两种，斜面式油环安装时斜面应向上。 轴封轴封轴封的作用在于防止制冷剂蒸汽沿曲轴伸出端向外泄漏，或者是 当曲轴箱

29、内压力低于大气压时，防止外界空气漏入。因此，轴封应具有良好的密 封性和安全可靠性、且结构简单、装拆方便、并具有一定的使用寿命。轴封装置主要有机械式和填料式两种。目前常用的机械式轴封主要有摩擦环 式和波纹管式。其中，国产系列活塞式制冷压缩机大都采用摩擦环式轴封，这种 轴封由活动环（摩擦环）、固定环、弹簧及弹簧座、压圈和两个0”形耐油橡胶圈 所组成。活动环槽内嵌一橡胶密封圈并与活动环一同套装在轴上，在弹簧力和压 圈的作用下，活动环与橡胶圈一同被压紧在轴上且使活动环紧贴在固定环上。工 作时弹簧座与弹簧、轴上橡胶密封圈及活动环随同曲轴一起转动，固定环及其上 的橡胶圈则固定不动。故工作时活动环和固定环作

30、相对运动，紧贴的摩擦面起防 止制冷剂往外泄漏的密封作用，轴上橡胶圈用来密封轴与活动环之间的间隙，固 定环上的耐油橡胶密封圈起防止轴封室内润滑油外泄的作用。5.6.7填料函填料函是阻止气缸内压缩介质沿活塞杆表面泄漏的密封装置，通常用一组密 封填料来实现密封。对填料的基本要求是密封性能好，耐磨损。常用的金属填料 有两种：平面填料和锥面填料。为了减少摩擦热，有的填料函设有冷却水道。填料函中每个密封室主要由密封盒，挡气环，密封环和“项链”式弹簧组成。 密封盒用来安放密封环和挡气环。密封盒的两个端面必须研磨，以保证密封盒与 密封环之间的径向密封。密封环在密封涵中起主要密封作用，其密封原理与活塞 环相同。

31、挡气环为三瓣环，其外部也有弹簧紧固。挡气环作用是挡住密封环切口 间隙构成气体轴向泄漏通道。安装时，挡气环应靠近气缸一侧，切不可与密封环 装反，否则起不到密封作用。两环接口应相互错开并用销钉定位。为使密封圈能 自动的抱住活塞杆，密封环，挡气环应装在密封盒内并应有适当的轴向间隙。5.6.8能量调节装置能量调节装置：在制冷系统中，随着冷间热负荷的变化，其耗冷量亦有变化， 因此压缩机的制冷量亦应作必要的调整。压缩机制冷量的调节是由能量调节装置 来实现的，所谓压缩机的能量调节装置实际上就是排气量调节装置。它的作用有 二，一是实现压缩机的空载启动或在较小负荷状态下启动，二是调节压缩机的制 冷量。压缩机排气

32、量的调节方法有：1顶开部分汽缸的吸气阀片；2。改变压缩 机的转速；3。用旁通阀使部分缸的排气旁通回吸气腔，这种方法用于顺流式压 缩机；4。改变附加余隙容积的大小。顶开汽缸吸气阀片的调节方法是一种广泛 应用的调节方法，国产系列活塞式制冷压缩机，均采用顶开部分汽缸吸气阀片的 输气量调节装置，顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调节装置的原理很简单，即用顶杆将部分汽 缸的吸气阀片顶起，使之常开，使活塞在压缩过程中，压力不能升高，吸入蒸汽 又通过吸气阀排回吸气侧，故该汽缸无排气量，从而达到调节输气量的目的即能 量调节。顶开吸气阀片能量调节装置可分为执行机构、传动机构和油分配机构三部 分，主要由油分配阀、油缸、

33、油活塞、拉杆、转动环、顶杆和弹簧等部件组成。 拉杆上有两个凸圆，分别嵌在两个汽缸套外部的转动环中。若不向油缸中供油， 由于油活塞左侧弹簧的作用，油活塞处于油缸的右端位置，汽缸套外部的顶杆都 是处在转动环斜槽的最高位置，将吸汽阀片顶开，于是该汽缸卸载。当压力油经 油分配阀向油缸供油时，因油压的作用，克服弹簧力使油活塞及拉杆向左移动， 并通过拉杆上的凸圆使转动环转动一定角度，相应地使顶杆在顶杆弹簧作用放下 而下滑到斜槽的最低处，这时吸汽阀片在重力和弹簧力作用下降落在阀座上并可 以自由启闭，则该汽缸处于工作状态。压缩机起动时，由于机器尚未转动，油压为零，因而全部汽缸的吸汽阀片都 被顶杆顶开，汽缸不起

34、压缩作用，从而实现了空载启动。6相关数据计算6.1已知的参数和压缩机主要结构参数的选取套管气的主要成分是天然气，所以一些参数可按天然气来查由VW-7/3型可 知，本次设计的是V式、无油润滑压缩机。其已知参数为：相对湿度甲=0 . 8绝热指数k = L32第一级吸气温度Tsi = 293k第二级吸气温度T2 =303k额定排气量Qd=7m3/min额定进气压Ps1 = 1X105 Pa额定排气压7d = 3 X105 Pa在进行热力计算前先要选定主要结构参数，包括转速n和行程S。转数和行 程的选取对机器的尺寸、重量、制造难易和成本有重大影响，并且还直接影响机 器的效率、寿命和动力性。本次设计中已

35、知额定排气量为7m3/min等于1,额定排气压为0.3MPa，根 据郁永章活塞式压缩机可知此压缩机为微型中压压缩机。由活塞式压缩机 设计可查得微型和小型压缩机的转数n=10003000转/分，在次设计中取n=750 转/分。S _在常压进气时，一般当转数高于500转/分时，Di 0.320.45。6.2热力计算6.2,1活塞式压缩机级的确定由额定排气压力和额定进气压力（均是表压）可知其总压力比为P 2_P10.301卜表是目前所使用的从常压进气的一些压缩机的级数，这些压缩机基本上具有较好的性能和较好的效率，可供设计选型参考。表6.1压缩机级的确定终压（表压）MPa0.310.661.4 153

36、.6 4015 10080 150级数1234567资料来源:已知终压为0.3MPa,根据表2.1可初步选定该压缩机的级数Z=2.6.2.2压力比的分配理论推导表明，对于理想气体，各级回冷完全时，按等压力比分配总压力比 e t，等温指小效率最高。对于实际气体，各级消耗相等时，等温指小效率最高， 故按各级功耗相等的原则分配压力比。已知总压力监_ 3，按等压力比分配如下:与=& = （3 _ 1.73一般第一级的压力比取小一些以保证第一级有较高的容积系数，所以取勺=1.7，则 e2 = 2.056.2.3初步确定各级名义压力由第一级进气压力和压力比可求得第一级排气压力Pl1： PI1=P1 X七即

37、PI1=0.1 xl.7 =0.17第一级排气压力即是第二级的吸气压力，具体如下表：表6.2各级吸气压力级次III吸气压力/Mpa0.10.17排气压力/Mpa0.170.3压力比1.72.05资料来源：计算6.2.4各级的排气温度取压缩过程指数n = 1.1一 1Td =醇 n n一111一1Td 1 = Ts卢1 n = 293 x 1.7 1 = 309k n-11 1-1Td2 = Ts2s2 n = 303 x2.05 1 = 325.5k6.2.5确定各级容积效率(1)确定各级容积系数取各级相对余隙容积和膨胀指数如下。a1 = 0.12m = 1.16得人=1一叫（漩1一1） =

38、1 - 0.12（1.71.16 -1） = 0.930a = 0. 14m =1. 2孔2 = 1 -a2（sm2 -1） = 1 - 0.14（2.05亡-1） = 0.885（2）选取压力系数人 1 = 0.96 人 2 = 0. 9 9（3）选取温度系数人 1 = 0.97 人 2 = 0. 96（4）选取泄露系数人广 0.85匕2 = 0. 9R（5）确定容积效率门=人力力力V V p t l于是可得：门=0.930 x 0.96 x 0.96 x 0.85 = 0.729七 2 = 0.885 x 0.99 x 0.97 x 0.90 = 0.7656.2.6确定析水系数七第一级无

39、水析出，故x91 = 1。而各级进口温度下的饱和蒸汽压Psa查文献得 Psa2 = 4241 PaPsa1 = 2337 Pa、P1 一吧1 亦 105一O 或 x 1.7 = 1.01 平2p - p 2 1 1.7 x105 - 42416.2.7确定各级行程容积=乌=7= 0.01280m3S1 顷750 X 0.729= d T 二=二_12L = 0.00750游s 2 n P2 T n 27501.7 X105 293 0.7656.2.8确定各级气缸直径，行程和实际行程容积已知转速n=750转/分，取行程S=100mm,得活塞的平均速度v = sn / 30 = = 2.5m /

40、 s m30取活塞杆直径d=30mm,得第一级气缸直径气=(虬 +牛=0.286根据气缸直径标准，圆整为290mm实际行程容积为：= (D2 -空)ks = (0.2902 - 0032) x3.14x 0.1 = 0.02627m3 TOC o 1-5 h z si 122活塞有效面积为：,兀 兀.3.143.14A =-D 2 d 2 = X 0.2902- X 0.032 = 0.131m3 p1 2 1 424同理，可得第二级气缸的直径：八：2Vd2：2 X 0.00750 0.032D2 =寸+ 万=V 3 14 0 1 + = 0.220m根据气缸直径标准，圆整为220mm。实际行

41、程容积为：2 = (D 2 - d2)- s = (0.2202 - 2) x 3.14 x 0.1 = 0.01506m3活塞有效面积为：A =-D 2 - -d2 =业X0.2202 邑X0.032 = 0.0753m2 p2 2 2 424考虑到圆整值与计算值之间的差值，这里采用维持压力比不变，调整相对余隙容积的方法，利用下式计算容积系数：人，=X -pVV Ap而A =匕于是得新的容积系数：人=0.909人=0.88 p sv1v 2a=工 1Sm 1a = 0.0802再通过下式计算新的相对余隙：结果得：a = 0.05816.2.9计算活塞力计算实际吸排气压力，各级进、排气相对压力

42、损失取值，各级进、排气 压力和实际压力比第一级吸气压力Ps1 = 0.1Mpa排气压力Pd 1 = 0-17Mpa，查相关资料和图表 选取第一级进气压力损失和排气压力损失分别为*1=0.05如1=0.075则实际压力及压力比为：P = (1-0.05) X1X105 = 0.095MpaP = (1+ 0.075) X1.7 X105 = 0.1828Mpas = 4.19 1第二级吸气压力Ps2 = 0.37Mpa排气压力Pd2 = 1.5Mpa查相关资料和图表 选取进气压力损失和排气压力损失分别为旦2 = 0但 弓2 = 0.055则实际压力及 压力比为：P = (1-0.03) X1.7

43、 X105 = 0.1649Mpa s 2P = (1+ 0.055) x3x 105 = 0.3165Mpas = 4.41 2具体如下表：表6.3各级进排气压力和实际压力比级次公称压力/Mpa压力损失实际压力/ Mpa实际压力比spsp dSsSdpspdI0.10.170.050.0750.0950.39784.19II0.170.30.030.0550.35891.5834.41资料来源：计算器计算活塞力的计算首先计算盖侧和轴侧活塞的工作面积见表2.4；止点气体力计算见表2.5 表6.4盖侧和轴侧活塞工作面积级次盖盖侧/ Dc 4I0.066II0.038资料来源：计算器计算表6.5止

44、点气体力计算列次内止点外止点IIIFw1 = PS1Ac1 = 627NFw 2 = Ps2 Ac 2 = 626NFc1 = P Ac1 = 1206NFc 2 = Pd2 Ac2 = 1202N资料来源excel计算6.2.10计算轴功率并选配电机各级指示功率为N = -1 n(1-8 )X PV 二s (1+5 )j -1可 60sj 巧 sj sj n 1 j o jj1111.11N = x750(1 0.05)x0.739x0.95xl0 5 x0.02627 1.7(1+ 0.125) 1.1 1 = 14.628KW i1 601.1 111111-1N2 = 60 x750(

45、1 0.03)x0.778x3.589xl0 5x0.0l5062.05(1+ 0.085) 1.1 1 = 42.278KW总的指示功率为N N = N + N = 14.628 + 42.278 = 57.0KWj=1取机械效率气=0.85，所以轴功率为N =义=旦=67.06KWz 门 0.85取电机功率余度为10%则电机功率取75KW7动力计算7.1已知条件和数据根据第一部分热力计算的结果，得出所用数据如下所示：活塞行程：s = 100mm转 速：n = 750转/分7.2压缩机各级汽缸气体力指示图设计的压缩机为单缸作用两级压缩机，各级汽缸参数及力学情况已知，则相 应一些部分可以简化，

46、作汽缸的动力计算。现用作图法作汽缸示功图。动力计算基本数据：表7.1盖侧活塞力级数吸气排气I627N1206NII626N1202N资料来源excel计算相对余隙容积= 0-058 %= 0.08。绝热指数k=1.327.3作图法绘制综合活塞力图（1）将设计示功图展开在横坐标为2s的综合活塞力图上，纵坐标与设计示 功图中的力的比例尺相同。（2）按勃列克斯近似作图法在展开的设计示功图下方作两个半圆找出行程 S与曲柄销转角a的关系，转角每等份取15。（3）列出一级往复惯性力数值表 ,一1曲柄半径与连杆长度比：查资料取x = 5曲轴旋转角速度：=竺=3.14 X 750 =78.5 s-13030曲

47、柄销旋转半径：r = 0.5s = 50 mm由热力计算数据可知最大活塞力为1.206kN，取P = 4kN由公式m =代入数据p max g 2 （1 + 人）mp max牝 11kg4000TT50X10-3 x 78.52 1 + 5 J往复质量mp在运动时产生的往复惯性力I为:（2-3）I = mr2 (cosa + 人 cos2a )=3389（cosa + 人 cos2a） .尤一 现将查得（cos 2a +人cos a）与和I的值如表3.2所小r表7.2 一级往复惯性力数值表a ocos a + 人 cos 2aIX ra o01.2004066.80360151.1393860

48、.10.041345300.9663273.80.159330450.7072396.00.343315600.4001355.60.575300750.086291.50.83428590-0.200-677.81.100270105-0.432-1464.01.352255120-0.600-2033.41.575240135-0.707-2396.01.757225150-0.766-2595.91.891210165-0.793-2687.51.973195180-0.800-2711.22.000180（单位：N mm）资料来源：excel计算列出二级往复惯性力数值表 ,一1曲柄半径

49、与连杆长度比：查资料取x = 5曲轴旋转角速度：=竺=3.14 * 750 = 78.5 s-13030曲柄销旋转半径：r = 0.5s = 50 mm由热力计算数据可知最大活塞力为1.202kN，取P = 3kN 由公式咯max =疝危代5据mp max3000TT50 x 10-3 x 78.52 1 + 5 J=8kg往复质量mp在运动时产生的往复惯性力I为:I = mr2 (cosa + 人 cos2a )(2-3)=2465(cosa + 人 cos2a ) .尤一 现将查得(cos 2a +人cos a)与 和I的值如表3.3所小 r表7.3二级往复惯性力数值表a ocos a +

50、 人 cos 2aIXra o01.2002958.00360151.1392807.60.041345300.9662381.20.159330450.7071742.80.343315600.400986.00.575300750.086211.90.83428590-0.200-493.01.100270105-0.432-1064.91.352255120-0.600-1479.01.575240135-0.707-1742.81.757225150-0.766-1888.21.891210165-0.793-1954.71.973195180-0.800-1972.02.000180

51、（单位：N mm）资料来源：excel计算（4）计算往复摩擦力fs查资料知， TOC o 1-5 h z 1,（-1）X 60 HYPERLINK l bookmark160 o Current Document f = 0.65 x N （2-4）1(-1)x 60fs1=0.65 x N HYPERLINK l bookmark186 o Current Document 门2 sn=0.65 x 14628 x0.85、-1 X 602 x 100 x 750 x 10-3=671N1(-1) x 60fs 2=0.65 x N 122snr 1 ” =0.65 x 42278 x2 X

52、100 x 750=1939N表7.x 60X 10-34综合活塞力a o第一级活塞力第二级活塞力综合活塞力06570.8672513295.8156364.16574.612938.7305777.86148.2119264549005509.810409.8603859.647538612.6752795.53978.96774.4901826.232745100.210510402702.13742.1120470.622882758.61351082024.22132.2150-91.91878.81786.9165-183.51812.31628.8180-207.217951587

53、.8195-183.51812.31628.8210-91.91878.81786.92251082024.22132.2240470.622882758.625510402702.13742.12701826.232745100.22852795.53978.96774.43003859.647538612.631549005509.810409.83305777.86148.2119263456364.16574.612938.73606570.8672513295.8-1000 07000600050004000300020001000第二级活塞力转角系列1值力塞活综合活塞力转角系列17

54、.4切向力图7.4.1第一级切向力曲线的绘制确定飞轮矩之前，需作出压缩机各列的切向力图.先求出各个曲柄转角处的 切向力值，然后以曲柄转角为横坐标作出的切向力曲线称为切向力图.用作图法 求得的综合活塞力通常是以行程为等分的，而切向力图是以角度为等分的，因此, 在求得各点的切向力之前，需将综合活塞力图上的位移转换成相应的转角，然后 在综合活塞力图上取得作用在曲柄销上的连杆力Pc (Pc分解成切向力T和径向 力 Rx）。sin（以+。）T = Pt cos PR = P cos（以+ p ） x t cosP式中：5代表活塞力按曲柄转角a求得的综合活塞力乘以因子sin(a + P)/cos P ,即

55、得转角时的 切向力值,其值可按资料活塞式压缩机设计表3-4取出。作切向力图 以纵 坐标表示切向力T ,其比例尺与活塞综合力相同，横坐标为0按圆周长的展开得 到的平滑线.取240mm表示100兀.由于存在旋转摩擦力F的影响，可得：.N 1 x 60F =（0.3 0.4） 157.0 x=0.35 x顷 Jm兀Sn-1 x1000 x 6010.85 ）3.14 x 0.1x 750=897N选取比例尺：力比例尺：mT =100N/mm长度比例：mi=L3】mm/mmF = 897 = 8.97将横坐标向下移动相当于 100的距离和总切向力曲线以移动后的新横 坐标为计算依据。按上公式计算各点切向

56、力，然后根据叠加值绘制第一级总切向力图。第一级 切向力和综合活塞力如表3.5.表7.5综合活塞力和切向力值asin (a + P ) cos P综合活塞力sin (a + P )PxRcos P0013295.80.00150.308812938.73995.47300.5870119267000.56450.808110409.88412.16600.95398612.68215.56751.01866774.46900.40901.00005100.25100.201050.91493742.13423.651200.77812758.62146.471350.60602132.21292

57、.111500.41291786.9737.811650.20871628.8339.931800.00001587.80.00195-0.20871628.8-339.93210-0.41291786.9-737.81225-0.60602132.2-1292.11240-0.77812758.6-2146.47255-0.91493742.1-3423.65270-1.00005100.2-5100.20285-1.01686774.4-6900.40300-0.95398612.6-8215.56315-0.808110409.8-8412.16330-0.587011926-7000.

58、56345-0.308812938.7-3995.47360-0.000013295.80.00（单位：N mm）资料来源：excel计算7.4.2第二级切向力曲线的绘制按中公式计算各点切向力，然后根据叠加值绘制第二级总切向力图。第二 级切向力和综合活塞力如表3.6表7.6综合活塞力和切向力值asin (a + P ) cos P综合活塞力sin (a + P )P xt cos P00104920.00150.308810341.63193.49300.58709915.25820.22450.80819276.87496.58600.953985208127.23751.01867745.

59、97889.97901.000070417041.001050.91496469.15918.581200.778160554711.391350.60605791.23509.471500.41295645.82331.151650.20875579.31164.391800.000055620195-0.20875579.31164.39210-0.41295645.82331.15225-0.60605791.23509.47240-0.778160554711.39255-0.91496469.15918.58270-1.000070417041.00285-1.01687745.97

60、889.97300-0.953985208127.23315-0.80819276.87496.58330-0.58709915.25820.22345-0.308810341.63193.49360-0.0000104920（单位：N mm）资料来源：excel计算7.4.3总切向力曲线的绘制将第一级和第二级的切向力叠加如表3.7表7.7总切向力值I切向力值II切向力值总切向力值00.00000.000.0000153995.473193.497188.96307000.565820.2212820.78458412.167496.5815908.74608215.568127.231634