天然气压缩机

机械/可燃气体压缩机本章主要介绍活塞式压缩机的总体结构、活塞式压缩机的组成部件、压缩机的润滑、冷却和气量调节、天然气压缩机的主要系统、天然气压缩机的操作说明。第一节概述1.1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厂所用的稳定气压缩机为两列对称式活塞式压缩机，图1所示。图1活塞式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。图2所示为有十字头的活塞式压缩机简图。压缩机主要由机身、曲轴、连杆、活塞、气缸和吸、排气阀、十字头、滑道、活塞杆和填料函等组成。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。(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时，进气管中气体便顶开吸气阀进入气缸，直到活塞达到昀左位置（又称内止点）时，工作容积为昀大，吸气阀开始关闭。(2)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，故气缸内的气体不能倒流到进气管中。同时，因排气管中的气体压力又高于气缸内部的压力，气缸内的气体无法从排气阀流出，而排气管中的气体因排气阀的止逆作1用，也不能进入气缸内。此时，气缸内的气体量保持一定，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的位置时，气缸内气体压力升高到稍高于排气管中气体压力，气体便顶开排气阀进入排气管中，直至活塞运动到昀右位置（又称外止点）为止。排气阀关闭，活塞再次左移，上述过程重复出现。图2活塞式压缩机机构简图1．2活塞式压缩机的特点活塞式压缩机的主要优点是：①适用压力范围广可用于低压（包括真空）、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绝热效率在80%以上。③适应性较强排气量范围较广，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是：①结构较复杂，易损件较多，维护、检修和安装均较麻烦。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，笨重并需大型基础，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。若对气体质量要求较高，压缩后气体的净化任务繁重。1．3活塞式压缩机的分类活塞式压缩机可根据它的主要技术特性及结构特性进行分类。按生产能力分为：微型、小型、中型、大型压缩机；按排气压力分为：低压、中压、高压、超高压压缩机；按气缸中心线布置分为：立式、卧式、角式、对称平衡式、对置式压缩机；按级数分为：单级、双级、多级压缩机；按气缸工作容积情况分为：单作用、双作用、级差式压缩机。此外，还可以按压缩机的列数（即连杆数）分为单列、双列和多列压缩机；按冷却方式的不同分为风冷式和水冷式压缩机；按所处理介质的不同分为空气压缩机、氮氢气压缩机、二氧化碳压缩机等。2第二节压缩机的压缩循环2．1理论压缩循环图3理论压缩循环压缩机的理论压缩循环可用p-V图（p为气体压力；V为气缸容积，它等于气缸截面积F和活塞行程S的乘积）表示，如图所示。直线4-1表示吸气过程，因吸气过程气体压力p1不变，故为平行于V轴的直线，V1为气缸的进气容积。曲线1-2表示压缩过程，气体在气缸内容积由V1压缩至V2，压力由p1上升到p2，气体状态发生了变化，是一个热力过程。直线2-3表示排气过程，因排气压力p2不变，故为一平行于V的直线。直线3-4表示排气结束，下一个循环开始，气缸内气体压力由排气压力p2急剧下降至吸气压力p1。曲线4-1-2-3-4就表示压缩机的一个理论循环，所围成的面积为该理论循环所消耗的功，它是吸气、压缩和排气过程做功的总和。2．2示功图为了了解压缩机的实际压缩循环，可用示功仪来测量气缸内气体压力随活塞行程变化的关系，得到压缩机的实际循环指示图，如图所示。由于图中曲线包围的面积表示功耗的大小，故又称为示功图。图中a-b线为实际压缩过程线；b-c线为吸气过程线；p线为排气过程线；c-d线为膨胀过程线；d-a第三节多级压缩若气体经一次压缩即达到排气汽缸中，气体进行1、p2分别为名义吸气压力和名义排气压力。与理论循环相比，实际压缩循环有余隙存在，气体不能排净。所以实际压缩循环比理论压缩循环多了一个余隙气体的膨胀过程c-d。由于气阀阻力及热交换的影响，吸气过程、压缩过程和排气过程曲线也发生了变化。图4示功图图5二级压缩流程压力，这样的压缩过程称为单级压缩。在几个串联几次压缩逐步提高到排气压力，并且气体经每次压缩后，都被引入中间冷却器进行等压冷却，这样的压缩过程称为多级压缩。图5所示为二级压缩流程图。3第四节活塞式压缩机的总体结构气缸轴线在空间的位置，压缩机可分为立式、卧式、角式三大类。6所示。4。2卧式压缩机构特点是汽缸轴线水平布置，传动机构中带有十字头。又分为下面7所示。这种压缩机汽缸都在曲轴一侧。目前一般卧式机型已逐渐被淘汰，仅在小型高型压缩机的汽缸分布在曲轴两侧，相对列的曲拐角为，相对列活塞对动运动（即相对列活塞总是相向运动或相背运动）。由于相对列往复运动质量为对动运动，若电机配置据电机位置的不同，对称平衡型压缩机又有H型和M型之分。电机配置在曲轴一端则为对称平衡M则为如图9所示。它的基本结构与对称平衡类似，但相对列的曲拐角不等于，各列往复置是压缩机型式的基本特征。根据气缸轴线在空间的位4．1立式压缩机此类压缩机的基本结构特点是汽缸轴线在空间呈直立布置，如图此类压缩机的基本结几种。⑴一般卧式压缩机如图压的场合中采用。⑵对称平衡型压缩机如图8所示。这种类°180若各列往复运动质量相等，则往复惯性力可以完全平衡。图6立式压缩机图7卧式在曲轴一端，根若型压缩机，如右图所示。若电机配置在列与列中间，对称平衡H型压缩机，如左图所示图8对称平衡型压缩机（3）对置式压缩机°1804运动具有一般卧式压缩机的优点外，列数多时能获得较好的动力平衡，而且本结构特点是各列汽缸轴线呈一定夹角布置。按汽缸轴线夹角布置形式，V型、W型、L型等，分别如图10所示。它们的特点介于立式和卧式压缩机4．4卧式压缩机的KOA压缩机为例介绍活塞式压缩机的基本结构。图11是美国Dresser-Rand公司柄销与连杆大头相连，小头与十字头销相连。活塞杆与十字头相连。两吸气阀与吸气法兰孔有气道相通部件质量并非对动。它除在某些特殊场合下比对称平衡型更为优越。4．3角式压缩机此类压缩机的基角度式压缩机可分为之间。图10角式图9对置式典型结构下面以生产的KOA压缩机的典型结构。该机为双列对称平衡M型压缩机。机身两侧各固定一个中体。中体外侧与气缸连接。曲轴通过滑动轴承安装在机身内，曲采用螺纹连接，并由十字头防松螺母锁紧。活塞杆穿过填料函与活塞固连。电机驱动曲轴回转，曲轴通过连杆推动十字头、活塞做往复直线运动。曲轴的另一端带动油泵和注油器运转，油泵和注油器提供压力油供各摩擦部位润滑。主轴右侧汽缸为双作用气缸，刚体上设置有径向布置的吸、排气阀各两个。在刚体的另外两侧有两个圆法兰孔（图中未表示）分别与吸排气管，两排气阀与排气法兰孔也有气道相通。曲轴左端汽缸为双体级差式汽缸，缸体由两部分组成，有止口对中，用螺栓固连成一体。缸体两端各径向设置一个吸气阀一个排气阀。图11KOA压缩机的典型结构第五节活塞式压缩机的组成5活塞式压缩机主要包括机体、曲轴连杆机构、气缸、活塞、气阀以及填料函等部件。5．1中体、机座（曲轴箱）、中间接筒和端接筒等部件。机体内部装有曲称中体。有的立，机体可作成多列的。中体外端与气缸5．2曲轴曲拐轴简称曲轴。它主要包。曲轴搁置在机身轴承上是从轴承处通过主轴颈加入的，并通过曲轴内部加工的孔一端上装有平衡重块（或机体组件机体组件包括机身、轴、连杆、十字头，外部承接气缸、电机及其他附属部件，共同组成整台机器。立式压缩机的机体一般由三部分组成。在曲轴以下的部分称机座，无十字头的立式压缩机的机座习惯称曲轴箱，中体以下的部分称机身，位于机身与气缸间的部分式压缩机的中体、机身和机座铸成一体。对称平衡式与对置式压缩机采用对置式机体，如图12所示。对置式机体一般由机身和中体组成。中体配置在曲轴两侧，用螺栓与机身连接在一起连接，气缸轴线与主轴在同一水平面上。机身下部有油池，机身的加强筋上开有孔洞，便于润滑油流动。机身顶部（或中体顶部）装有呼吸器，使机体内部与大气相通，借以降低油温和维持机体内部的压力平衡。中体铸有滑道，并分成上、下两块。中体侧壁开有窗孔，以便装拆十字头。滑道前装有刮油环，使传动机构的润滑油不与气缸填料函内的油相混，分别回收，循环使用。图12机体括轴颈、曲柄和曲柄销等部分，如图13所示的部分，称为主轴颈；与连杆连接的部分称为曲柄销；把主轴颈和曲柄销连接起来的部分称为曲柄。曲柄与曲柄销组合在一起称为曲拐。曲拐轴的特点是曲柄销的两段均有曲柄，形成曲拐。为使曲轴不产生过大的挠度，两相邻轴颈之间一般只设一个曲拐。对称平衡型压缩机的曲轴，因两曲拐很近，则可设一对曲拐。曲轴运转中所需润滑油，通常道引至曲柄销。为了平衡惯性力和力矩，常在曲柄销对面，曲柄的另图13曲轴6称平衡铁），并用螺栓固定。大类。变形，压缩机主轴压缩机主轴承均为剖分式，由两块或四块轴瓦组成。5．3将动力传递给活塞。连杆包括连杆体、大头和小头三部件。目前使用圆形、矩形、工字形等，一般内有油路体铜套。字头用。字头由十字头体、滑板、十字头销等组成，按十字头体与，可分为整体式和可拆式。整体式十字头如图15所示动销和固定销两种。时润滑曲轴从机身（或机座）壁穿出，因此必须设置轴封，以防润滑油外漏。主轴颈装有主轴承，用于支撑主轴，减少主轴与支承之间的磨损，保持主轴的旋转精度。轴承有滚动轴承和滑动轴承两考虑到主轴的中心线与轴承座中心线的不同心，以及轴在受力后产生弯曲承常采用双列向心球面滚子轴承。滑动轴承有整体式和剖分式两种。连杆连杆是连接曲轴与十字头（或活塞）的部件。其作用是把曲轴的旋转运动变为十字头（或活塞）的往复运动，并广泛的的是开式连杆，连杆大头作成剖分式。开式连杆如图14所示。大头由大头盖和与杆体连成一体的大头瓦座两部分组成，其内放大头瓦。大头盖与大头瓦座之间加有垫片，以便调整大头瓦和曲柄销的间隙，并用连杆螺栓连接，螺栓上加有防松装置，以防螺母松动。杆体截面有。5．4十图14连杆连杆小头与十字头销相配。小头孔内装有耐磨的小头瓦，常用的小头瓦为带有油槽的整图15十字头十字头是连接摆动的连杆和往复运动的活塞的零件，具有导向和传力作十滑板的连接方式。滑板和十字头体作成一体。在滑板上镶有巴氏合金，并开有油槽以便润滑。十字头与活塞杆的连接常用螺纹连接和法兰连接的形式。各种连接方式均应采取防松措施，以保证连接的可靠性。十字头与连杆小头的连接，是用十字头销来实现的。十字头销分为浮十字头的润滑油一般通过导轨下方加入，经十字头体中的油路达到十字头销及滑板。滑板上开有油槽，以利润滑。有7油从5．5、气缸的结构形式多种多样，按气缸的冷却方式不同，气缸可分为风冷式和水冷情况，气缸分为单作用、双作用和级差式气缸。活塞在气缸中做往复运动漏，设置有填函腔。左侧缸盖与缸体之间采5．6气阀气阀的作用是控制气缸中气体的吸入气阀两侧的压力差来自动实现及时启闭。17阀结构图。它由阀座、升程限制器、阀片、弹簧及螺栓螺母所组成。吸气阀与排相同，只是在组装时阀座与升程限制器互相倒置，吸气阀升程限制器靠近气缸里连杆大头通过油孔到小头，以便润滑十字头销。气缸气缸由缸体、缸盖和缸座等部分组成。内部设有工作腔、气道、冷却水套、润滑油接管指示器孔等。式。按气缸容积的利用时，只有活塞一侧气缸空间是工作容积的气缸为单作用气缸；活塞两侧气缸空间都是工作容积，各自进行压缩工作循环