往复活塞式压缩机简介.ppt

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1、往复活塞式压缩机简介,沈阳透平机械股份有限公司周成仁2013.11,目 录,前言（名词与术语）一、压缩机工作原理及种类二、压缩机的组成 三、压缩机主要用途四、压缩机型号说明五、压缩机主要部件结构六、压缩机气量调节方法七、压缩机主要检测控制项目八、压缩机方案计算、选型,前言（名词与术语）,压缩机：用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机。也有把压缩机称为“压气机”和“气泵”的。提升的压力小于0.2 MPa时,称为鼓风机。提升的压力小于0.02 MPa时称为通风机。,容积式压缩机：直接依靠改变气体容积来提高气体压力的压缩机，称为容积式压缩机。容积式压缩机有许多种结构型式。,按工作原理分类,按压

2、缩机工作原理分类,容积流量（进口状态）：容积流量在我国曾被称为排气量和输气量。压缩机中的容积流量是指在所要求的排气压力下，压缩机单位时间内排出的气体容积，折算到进口状态，也即第一级进气接管处的压力（P）和温度（T）时的容积值。单位：m3/min。,标准容积流量：标准容积流量也称供气量。它是指压缩机单位时间内排出的气体容积量折算到标准状态之值。标准状态有两种定义：（1）石化行业：压力1.013(bar)、温度为0；（2）空气动力行业：压力1.013(bar)、温度为15；单位：Nm3/h。,一、往复活塞式压缩机工作原理及种类,1、工作原理：应用曲柄连杆机构（曲轴、连杆、十字头）把驱动机原动力的旋

3、转运动变为活塞在气缸内的往复运动，使气缸内的容积缩小（气体的体积缩小）从而提高气体压力的。,压缩机工作原理,压缩机剖面图,2、种类：（按工作原理分：）1）按排气量范围分为：微型压缩机 气量 1 m3/min 小型压缩机 1 气量 10 m3/min 中型压缩机 10 气量 100 m3/min 大型压缩机 气量 100 m3/min,2）按排气压力范围分为：鼓 风 机 排气压力 2bar 低压压缩机 排气压力 210bar 中压压缩机 排气压力 10100bar 高压压缩机 排气压力 1001000bar 超高压压缩机 排气压力 1000以上bar,3）按气缸中心线与地面相对位置分为：立式压缩

4、机：气缸中心线与地面垂直 卧式压缩机：气缸中心线与地面平行 角度式压缩机：气缸中心线与地面形成一定角度,、立式压缩机：适用小气量 528、529、Z2.5、卧式压缩机(三种):卧式、对称平衡式、对置式卧式压缩机：气缸在曲轴一侧适用小型压缩机 P2.5对称平衡式:气缸分别布置曲轴两侧,在两个主轴承之间相对列气缸中心线夹角180度。对置式：气缸分别布置曲轴两侧，但相邻两列曲轴错角不为180度，可分为两种形式：一种是两侧气缸中心线在同一直线上。另一种是气缸中心线不在一直线。角度式：W型夹角60度、V型90度、L型90度、扇型40度。,3、活塞式压缩机特点：压力范围最广。活塞式压缩机从低压到超高压都适

5、用，目前工业上使用的最高工作压力达350MPa，实验室中使用压力则最高。效率高。由于工作原理不同，活塞式压缩机比离心式压缩机的效率高得多。而回转式压缩机由于高速气流阻力损失和气体内泄漏等原因，效率亦较低。适应性强。活塞式压缩机的排气量可在较广泛的范围内进行选择。,往复式压缩机应用范围:,排 气 压 力,入 口 流 量m3/min,300100101.00,MPa,往复式压缩机,离心和轴流式压缩机,4、活塞式压缩机的主要缺点：外形尺寸和重量较大，需要较大的基础。气流有脉动和易损件较多。5、活塞式压缩机的发展趋势：高压、高速、大容量。提高效率和延长使用期限。,二、往复活塞式压缩机的组成,1、基础件

6、（基本）部分：机身、曲轴、连杆、十字头及中体等 作用：传递动力及连接气缸2、压缩容积部分：气缸、活塞、气阀、填料等 作用：形成压缩容积及防止气体泄露,3、辅机部分：缓冲器、冷却器、分离器、过滤器、安全阀、稀油站、注油器及管路 作用：是保证压缩机正常运行所必需的。4、驱动机：电动机、气轮机及内燃机。,基础件部分,压缩容积部分,4M型布置图,三、往复活塞式压缩机主要用途,1、动力（军工）用压缩机：压缩介质：空气 提供驱动各种风动机械、风动工具，排气压力7-15 bar。用于控制仪表及自动化装置，排气压力6 bar。用于医药、油田、军工等，排气压力10400 bar。,2、煤化工用压缩机：在化学工业

7、中，将气体压缩至高压，利于合成及聚合。1）氮氢气压缩机（氮与氢合成氨）：由煤或天然气为原料的：进气压力0.26 bar,最终排气压力314 bar(六-七级)单机:0.5万吨/年产合成氨:4M8-36/320型 氮氢气压缩机1万吨/年产合成氨:4M20-75/320型 氮氢气压缩机 2万吨/年产合成氨:4M40-148/320-BX型氮氢气压缩机4万吨/年产合成氨:6M50-340/320-BX型氮氢气压缩机,2）二氧化碳气压缩机（二氧化碳气与氨气合成尿素）：一般进气压力0.26 bar,最终排气压力152210 bar(四五级)4M40-163/152-BX 4M40-148/161-BX

8、3）甲醇装置 氢与二氧化碳合成甲醇一般进气压力0-0.2 bar,最终排气压力55 bar 国内有5-40万吨/年甲醇装置,典型压缩机有：4M25-160/53-BX 原料气压缩机4M32-190/54-BX 甲醇气压缩机4M40-340/21-BX 焦炉气压缩机4M50-367/25-BX 焦炉气压缩机6M32-325/26-BX 焦炉气压缩机6M40-447/25-BX 焦炉气压缩机6M50-640/23-BX 焦炉气压缩机焦炉气压缩机,4）煤焦油综合利用,15万吨/年煤焦油轻质化 160万吨/年煤焦油综合利用装置 装置中生产成品油（汽、柴油）有新氢、循环氢压缩机组 4M50-15.4/1

9、5-174-9.4/153.5-174-BX型 新氢、循环氢联合压缩机组 目前分析煤焦油综合利用市场很有发展、压缩机有大型化发展趋势。,5）多晶硅行业,一般进气压力2.5-5 bar,最终排气压力13.5-40 bar(12级压缩)4M40-193/2.5-13.5-BX 氢气压缩机 2D16-14.8/6-20-BX 补充氢压缩机 2D16-12.7/6-40-BX 补充氢压缩机,3、石油化工用压缩机：在石化行业，采用人工方法把氢气加热、加压后与石油反应，能使碳氢化合物的重组份裂化成碳氢化合物的轻组份。如重油的轻化、润滑油（汽、柴）加氢精制等。,1）80、100、120、140、160、20

10、0万吨/年产加氢裂化装置中：4M50-33.7/11-192-BX型 新氢压缩机 4M50-36/11-192-BX型 新氢压缩机 4M80-47.4/11-192-BX型 新氢压缩机2）40、80、100、120、330万吨/年产加氢精制装置中：4M80-36/22-93-BX型 新氢压缩机 4M80-50/11.5-93-BX型 新氢压缩机3）40、60、100万吨/年产催化重整装置中：4M40-139/2-8-50/8-25-BX型 重整压缩机 型 重整压缩机,四、往复活塞式压缩机型号说明,4M80-50/11.5-93-BX型 4：代表压缩机列数（2、4、6、8）M：代表压缩机形式（D

11、、M、L、P、DZ）80:代表压缩机承载能力（80T气体力）50：代表进口状态下的排气量m3/min11.5:代表进气压力bar(g)93:代表排气压力bar(g)BX:代表引进技术,五、往复活塞式压缩机结构特点,1、机身与中体整体式 机身与中体（滑道）为整体式。避免了由于分体结构所产生的加工、装配误差，保证了机身与中体的几何精度要求，同时也提高了机器的刚性和强度，加大了机器的承载能力，机器运转安全、平稳性有了可靠的保证。一个机身单元为2D型，两个机身组成为4M型，三个机身组成6M型。,机身与中体整体式,2D型机身,机身与中体整体式,4M型机身,6M机身,2、曲轴曲轴无油孔（采用反向注油方式）

12、并带连接法兰盘（与曲轴整体式）。曲轴无油孔避免了由于加工油孔所产生的应力集中现象（曲轴断裂均发生在油孔处），彻底杜绝了曲轴断裂的发生。曲轴整体的法兰盘结构（无联轴器）不但提高了曲轴的刚性和强度同时也提高了几何精度，安装精度大大提高，从而保证了机器的平稳可靠运行。,曲轴图,2D型曲轴,曲轴图,4M型曲轴,6M曲轴图,曲轴与电机连接,曲轴与电机的连接：采用刚性直联，曲轴的法兰与电机轴的法兰是通过连接螺栓连接，连接螺栓的紧固靠液压紧固工具来实现的（150MPa手动液压泵），扭矩是靠两法兰面的摩擦力传递的，如果机器发生意外事故（超载、各种保护失效的话）连接螺栓即被剪断，可以保护重要部件等（曲轴、电机等

13、）避免损坏。,曲轴与电机连接,4M型曲轴与电机连接,3、连杆连杆为35号钢，连杆大头瓦盖连接螺栓的紧固，是靠液压紧固工具来实现的（150MPa手动高压泵），可以精确的保证螺栓弹性变形量，彻底解决了紧固力矩不够（过大）这一普遍难题，不但连接安全可靠，同时也杜绝了连杆螺栓断裂事故的发生。,连杆组件,连杆,连杆大头瓦及小头套,4、十字头（见图PM1）十字头为组合式，十字头带调整垫片的可拆卸滑履，滑履为20号钢外挂轴承合金，十字头与滑道的中心高的调整靠拆卸垫片来实现的（非受力侧拆卸垫片，在制造厂进行），保证了十字头与滑道轴心线的重合，提高压缩机运转平稳、可靠性。,十字头组件,十字头,5、气缸部件,气缸

14、形式按石化标准必须为卧式，进排气口按上进下出布置。作用形式可分为双作用、单作用、级差及串缸式等。气缸根据压力、介质组份要求，可设计为铸铁、铸钢及锻钢。,气缸零件图,一进一出铸铁缸 二进二出铸钢缸 一进一出锻钢缸,四进四出气缸 二进二出气缸,气缸结构形式简图,6、活塞部件（见图21-00、21-00g、23-00）活塞杆与十字头连接靠液压紧固工具实现（非螺纹连接），由于无螺纹避免了加工螺纹产生的应力集中现象，保证了活塞杆与十字头连接的可靠性，同时也杜绝了活塞杆断裂事故的发生。活塞杆与活塞的连接靠电加热来实现的，通过加热连接活塞部分的活塞杆，保证了其弹性变形量，锁紧螺母即可。操作简单可靠，彻底解决

15、了螺纹紧固力矩不够（过大）这一普遍存在的难题。,活塞部件图,活塞部件,活塞与十字头连接部分,活塞体、活塞螺母,活塞杆,活塞杆与十字头的连接,十字头与活塞杆的连接部分,十字头与活塞杆的连接,7、中间接筒部件,8、填料,填料是阻止气缸内气体自活塞杆与气缸之间泄露的组件。多采用强制水冷却、可设计有油（无油）润滑结构，根据介质情况可设有漏气回收、充氮保护等。密封环多为切向环、径向环并带有拉紧弹簧和定位销组合结构。,填料剖面图,填料组件,接筒的中间填料,带压差的闭式吸气阀,带压差的开式吸气阀,闭式排气阀,开式排气阀,六、压缩机气量调节方式,1、回路调节（0-100%）2、顶开吸气阀调节（0、25、50、

16、75、100%）3、固定余隙腔调节（85%-90%）4、HydrCOM气量无级调节系统（30-100%）5、电机变频（50-100%）,回路调节,顶开吸气阀结构,固定余隙容积调节,固定余隙容积,HydroCOM系统的基本配置图，它主要由中间接口单元CIU、液压油站HU、液压执行器HA、TDC传感器及相关附件等组成,电机变频调节,采用电机变频调节压缩机气量节能。压缩机气量、轴功率的大小随转速而变化，转速下降，气量及轴功率明显下降。电机转速调节的大小对压缩机飞轮矩有一定影响，一般调节范围在100-50%左右。电机变频调节要求电机功率不能太大，因直接影响电频设备的造价。,七、压缩机主要检测控制项目,

17、1、进气温度、压力测量2、排气温度、压力测量3、填料函温度测量4、活塞杆下沉的测量 5、机身振动的测量,八、压缩机方案计算、选型,1、压缩机方案计算的主要参数 进气压力：MPa（a）/（g）排气压力：MPa（a）/（g）进气温度：流量：标态流量 Nm3/h或进口流量 m3/min 排气（供气）温度：（是否提供后冷却器）气体组分%：气缸、填料润滑形式：有油润滑还是无油润滑 布置要求（单层/双层）防爆区域要求：,2、压缩机设计规定及要求,容积流量：一般不允许有负偏差按API标准：制造厂设计流量=所需流量0.97按设计方或用户要求,排气温度：,压缩介质平均分子量12的：压缩机排气温度135压缩介质平

18、均分子量12的：压缩机排气温度150,主要动力参数要求,在所有操作工况及所有操作工况下的安全阀起跳时：最大气体力机组许用气体力最大综合活塞力机组许用综合活塞力反向角40,活塞的平均速度：,活塞的平均速度与压缩机转速、行程关系 Cm=N.S/30 式中：Cm活塞平均速度（米/秒）N 压缩机转速（转/分）S 活塞行程（米）当压缩机气缸、填料为无油润滑时：一般活塞平均速度3.6当压缩机气缸、填料为有油润滑时：一般活塞平均速度在范围内,驱动机功率的选择：一般要求,电动机驱动：电机功率=压缩机轴功率乘与以1.1倍（圆整），并大于安全阀起跳时的轴功率。汽轮机驱动：汽轮机功率=压缩机轴功率乘与以1.3倍（圆

19、整），并大于安全阀起跳时的轴功率。,3、压缩机方案的选择,压缩机的结构方案由下列因素组成：压缩机的形式、级数和列数、气缸作用形式及排列。选择压缩机结构方案时，是根据压缩机的用途，运转条件，排气量和排气压力，驱动方式，占地面积及制造厂的生产可能性等条件，综合考虑制订合适的方案。,压缩机的形式：,在石化行业采用的压缩机：对称平衡型（对动式）和对置式压缩机 即：P型、2D型、4M型、6M型P型为小型压缩机用量较小 D、M型压缩机广泛使用。,2D型压缩机外形图,4M型压缩机外形图,6M型压缩机外形图,压缩机级数,选择压缩机级数时一般遵循的原则：各级排气温度均满足使用条件、压缩机轴功率小、机器结构简单成

20、本低。级数选择还要考虑压缩机的容量、压力和工作特点，合理的选择级数是非常重要的。目前国内压缩机级数范围：1-7级。,压缩机列数,列数的选择是根据级数、气缸数量、气缸大小和气缸作用形式而定。列数多气缸密封填料多，泄漏点增加。列数少占地面积也小、列数多占地面积大。目前国内压缩机列数范围：1-7列。,压缩机的布置形式,压缩机整体撬装式（小型压缩机）压缩机主机、主电机、缓冲器、油站均布置在撬体上。压缩机单层布置压缩机双层布置 压缩机主机布置楼上，油站、辅机（冷却器、分离器）布置在楼下。,润滑油系统,润滑油系统是为压缩机组提供润滑油。主要由油泵、油箱、油过滤器、油冷却器、仪表盘以及安全装置构成，材料可选

21、用碳钢或不锈钢。其中油冷却器配置形式可选单个或双联，油泵、油过滤器等均为双联配置。,油站无油箱,油站有油箱,气缸、填料注油系统,气缸和填料润滑系统采用单点单柱塞机械式高压注油器润滑。注油器的各点注油量具有可视流动看窗,注油器具有预注油功能,并预留4个备用点，各点注油量应在0150%范围内能手动可调。注油器油箱的容积至少应适合于正常注油量的30小时的耗量。油箱装有液位计，液位计上注明最高及最低操作液位。全部管子及管件为不锈钢，注油管线采用卡套联接，不得焊接。,控制系统,针对用户的不同要求或工业流程进行控制系统设计、软件设计、集成制造、共有四种形式。-就地一次仪表及就地仪表盘控制-往复压缩机机组控制系统-往复压缩机机组集成控制系统-多台往复压缩机机组集中控制,工艺管线振动控制技术,气流脉动模拟分析采用声学模拟技术，提供10阶谐波分析条件。数学模型涵盖压缩机的所有主机、辅机和管线元件。可进行多机并联工况、多操作条件工况的组合计算分析，确定最佳配置方案。脉动抑制装置的计算与配置。管线的机械响应分析，提供管线的模态及在动态力作用下的动力载荷、循环应力和振动幅值，综合评定管线系统的安全性。,三维模型,再见,