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(diǎn)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(diǎn) 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0110-01

往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，產(chǎn)生壓縮能的設(shè)備，對(duì)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(duì)石油化工工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用。近年來(lái)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(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的需求量越來(lái)越大，同時(shí)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(zhǎng)壽命、操作及維修簡(jiǎn)單方便。

1 轉(zhuǎn)速對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的影響

（1）對(duì)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(guò)一些同類(lèi)型壓縮機(jī)的分析及統(tǒng)計(jì)，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(zhǎng)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(duì)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(shí)。

（3）對(duì)驅(qū)動(dòng)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(jià)格便宜。且驅(qū)動(dòng)機(jī)的選擇更加靈活多樣（可用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)）。

2 高速往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

當(dāng)轉(zhuǎn)速大于1000 r/min時(shí)往復(fù)活塞壓縮機(jī)可稱為高速壓縮機(jī)，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外各廠家壓縮機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，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(duì)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(méi)有相應(yīng)的平衡力和平衡力矩與之相平衡，則會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的振動(dòng)，并且還會(huì)傳給基礎(chǔ)。對(duì)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(duì)于高速壓縮機(jī)而言，對(duì)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(guò)精確的設(shè)計(jì)，可以理論上實(shí)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(duì)稱平衡性機(jī)架，該結(jié)構(gòu)通過(guò)精確的配重設(shè)計(jì)，可以理論上實(shí)現(xiàn)慣性力的平衡，只有部分慣性力矩沒(méi)有得到平衡，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，對(duì)加工和裝配而言沒(méi)有增加難度。

上述兩種機(jī)架，在實(shí)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(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司為代表，常規(guī)對(duì)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(chǔ)氣庫(kù)、海上油氣生產(chǎn)、回注、頁(yè)巖氣等。

德萊塞—蘭公司主要針對(duì)陸上油氣田、海上采油氣平臺(tái)之需而研制的RDS與HOS撬裝式高轉(zhuǎn)速對(duì)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(dòng)機(jī)（或柴油機(jī)）直聯(lián)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組撬裝化且便于移動(dòng)的目的。

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

沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司針對(duì)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(jí)排氣壓力達(dá)30 MPa，壓縮機(jī)的振動(dòng)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(dòng)分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，該壓縮機(jī)的振動(dòng)烈度達(dá)到優(yōu)良級(jí)。

綜上所述，高速往復(fù)壓縮機(jī)由于采用獨(dú)特的平衡結(jié)構(gòu)，使其占地面積小、機(jī)組振動(dòng)小、無(wú)需特殊基礎(chǔ)、安裝維護(hù)費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)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）。

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