高速往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點及典型應(yīng)用

路偉++李寬

摘 要：本文列舉了高速往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點及典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高速往復(fù)壓縮機(jī) 結(jié)構(gòu)特點 應(yīng)用

中圖分類號：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0110-01

往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是對氣體進(jìn)行壓縮，產(chǎn)生壓縮能的設(shè)備，對氣體進(jìn)行壓縮的目的是輸送氣體或者為化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造必要的條件。往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是石化技術(shù)裝備的核心設(shè)備，對石油化工工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用。近年來隨著世界科技的進(jìn)步，石油化工、天然氣及煤炭深加工等領(lǐng)域的發(fā)展也更加迅速，對往復(fù)壓縮機(jī)的需求量越來越大，同時也要求壓縮機(jī)系列成套、高效率、機(jī)電一體、節(jié)能環(huán)保、高可靠性、低噪音、長壽命、操作及維修簡單方便。

1 轉(zhuǎn)速對往復(fù)壓縮機(jī)的影響

（1）對壓縮機(jī)重量及空間尺寸的影響。

提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可減少機(jī)器的重量及空間尺寸，通過一些同類型壓縮機(jī)的分析及統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)同一排量的壓縮機(jī)，其重量和轉(zhuǎn)速、活塞平均速度大致符合下列關(guān)系：

式中：n、、G為原壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速、活塞平均速度和重量；

、、為提高轉(zhuǎn)速后的相應(yīng)數(shù)值。

上式表示，當(dāng)維持定值而轉(zhuǎn)速提高一倍，則重量約減少30%，其所以減輕是由于壓縮機(jī)行程縮短而使氣缸軸線方向長度縮短所致；若也增加，則重量可以進(jìn)一步減輕，這是由于氣缸直徑的減小并使活塞力也相應(yīng)減小所致。關(guān)于壓縮機(jī)的空間尺寸，也大致呈如上關(guān)系。

（2）對氣閥壽命的影響。

轉(zhuǎn)速提高后，閥片撞擊次數(shù)增加，使氣閥的壽命降低。但隨著熱塑性工程材料聚醚醚酮（PEEK）的出現(xiàn)和快速發(fā)展，HOERBI GER、COZZANI和COOK等廠家生產(chǎn)的高速氣閥使用壽命均可保證8000小時。

（3）對驅(qū)動機(jī)的影響。

轉(zhuǎn)速提高后，壓縮機(jī)的軸功率基本保持不變，但高速電機(jī)較低速電機(jī)尺寸小、重量輕、價格便宜。且驅(qū)動機(jī)的選擇更加靈活多樣（可用燃?xì)獍l(fā)動機(jī)或柴油機(jī)驅(qū)動）。

2 高速往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點

當(dāng)轉(zhuǎn)速大于1000 r/min時往復(fù)活塞壓縮機(jī)可稱為高速壓縮機(jī)，根據(jù)目前國內(nèi)外各廠家壓縮機(jī)的技術(shù)特點，高速壓縮機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)分為完全平衡性機(jī)架和常規(guī)對稱平衡性機(jī)架。

往復(fù)壓縮機(jī)中的慣性力和慣性力矩是外力，它的大小和方向均隨曲柄轉(zhuǎn)角作周期性變化，若在機(jī)器內(nèi)部沒有相應(yīng)的平衡力和平衡力矩與之相平衡，則會導(dǎo)致壓縮機(jī)的振動，并且還會傳給基礎(chǔ)。對于同一種機(jī)型，隨著轉(zhuǎn)速的增加，慣性力和慣性力矩也快速增加，所以對于高速壓縮機(jī)而言，對慣性力和慣性力矩的平衡要求更高。圖1為CAMERON公司的C-Force型完全平衡性機(jī)架，此結(jié)構(gòu)通過精確的設(shè)計，可以理論上實現(xiàn)慣性力和慣性力矩的完全平衡，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工及裝配精度要求高。圖2為GE集團(tuán)的常規(guī)對稱平衡性機(jī)架，該結(jié)構(gòu)通過精確的配重設(shè)計，可以理論上實現(xiàn)慣性力的平衡，只有部分慣性力矩沒有得到平衡，結(jié)構(gòu)較簡單，對加工和裝配而言沒有增加難度。

上述兩種機(jī)架，在實際生產(chǎn)中都有應(yīng)用。完全平衡性機(jī)架以CAMERON公司和沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司為代表，常規(guī)對稱平衡性機(jī)架以ARIEL公司為代表，GE集團(tuán)生產(chǎn)的高速往復(fù)壓縮機(jī)兩種機(jī)架都有應(yīng)用。

3 高速往復(fù)壓縮機(jī)典型應(yīng)用

高速往復(fù)壓縮機(jī)主要應(yīng)用介質(zhì)有空氣、天然氣、二氧化碳等。最典型的壓縮操作包括：煤層甲烷（CBM）、壓縮天然氣（CNG）、注氣采油、燃料氣升壓、集氣、儲氣庫、海上油氣生產(chǎn)、回注、頁巖氣等。

德萊塞—蘭公司主要針對陸上油氣田、海上采油氣平臺之需而研制的RDS與HOS撬裝式高轉(zhuǎn)速對稱平衡性壓縮機(jī)以高轉(zhuǎn)速、短行程、高活塞平均速度的結(jié)構(gòu)參數(shù)，達(dá)到壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)的高度緊湊、外形小、重量輕，并便于和高轉(zhuǎn)速天然氣發(fā)動機(jī)（或柴油機(jī)）直聯(lián)，實現(xiàn)機(jī)組撬裝化且便于移動的目的。

最高排氣壓力RDS系列為41.37 MPa，HOS達(dá)51.71 MPa。

沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司針對高壓注氣采油研發(fā)的4HS-A型撬裝注氣高速壓縮機(jī)，末級排氣壓力達(dá)30 MPa，壓縮機(jī)的振動烈度小于4.5 mm/s，按照J(rèn)B/T8541《往復(fù)活塞壓縮機(jī)機(jī)械振動分級》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，該壓縮機(jī)的振動烈度達(dá)到優(yōu)良級。

綜上所述，高速往復(fù)壓縮機(jī)由于采用獨特的平衡結(jié)構(gòu)，使其占地面積小、機(jī)組振動小、無需特殊基礎(chǔ)、安裝維護(hù)費用低、操作簡單方便，使其特別適用于較高進(jìn)氣壓力，中小氣量，高排氣壓力的工況（如：CNG子站壓縮機(jī)、CNG母站壓縮機(jī)、油田高壓注氣壓縮機(jī)等）。

參考文獻(xiàn)

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