王曉龍 張秋穎 郭殿文 路偉 安俊霖
摘 ?要:由于隔膜壓縮機不污染介質(zhì)的特性,越來越多的行業(yè)開始使用隔膜壓縮機來代替普通活塞式往復壓縮機,而雙作用結(jié)構更是在保證大氣量、高壓比的情況下提高了壓縮機運行的穩(wěn)定性。本文介紹了隔膜壓縮機雙作用結(jié)構的工作原理及應用。
關鍵詞:隔膜壓縮機;雙作用;工作原理;應用
中圖分類號:TH45 ??文獻標識碼:A??文章編號:1671-2064(2019)16-0000-00
0 引言
隔膜壓縮機主要由液壓油增壓系統(tǒng)和氣體壓縮系統(tǒng)兩部分組成,一組三層膜片通過靜密封將兩個系統(tǒng)完全的分開,保證了氣體在被壓縮的過程中不會受到任何的污染,特別適用于一些稀有、易燃易爆、有毒有害、對純凈度要求極高的氣體的壓縮。
隨著各行各業(yè)的不斷發(fā)展,人們對氣量、壓力、純度的需求越來越高,而氣量越大、排氣壓力越高,造成隔膜壓縮機內(nèi)部運動部件所受到的氣體力、綜合活塞力、十字頭銷載荷越來越大,不得不通過增大所選的機型來滿足受力的要求。而一般的隔膜壓縮機大多為蓋側(cè)單作用結(jié)構,使得十字頭銷處沒有反向角。API618中規(guī)定襯套的設計(如有槽襯套)具有經(jīng)證實的可靠性,在 3%幅度活塞桿反向只有 15 度。簡單的襯套設計(無槽)可能要求最小 45 度的活塞桿反向和 20%的幅度。
對于小機型(10噸以下綜合活塞力)而言,可以通過采用活塞尾端“T”形結(jié)構,與十字頭采用浮動連接,使活塞在做往復運動時可沿徑向自由竄動,自動找正,改善反向角對十字頭銷的影響。但是對于所受活塞力較大的大機型而言,活塞尾端“T”形結(jié)構無法承受較大的活塞力,壓縮機運行不平穩(wěn),噪聲大,此時宜采用雙作用的結(jié)構。
1 雙作用隔膜壓縮機工作原理
如圖1所示:一級的活塞和二級的活塞在同一根活塞桿上,一級的活塞直徑大于二級的活塞直徑。當活塞向蓋側(cè)運動的過程中,一級氣缸油腔的體積逐漸減小,腔內(nèi)的油壓逐漸升高,當油壓大于氣腔的氣壓時,膜片將克服氣體壓力,從而貼向缸蓋的穹形表面,將氣腔內(nèi)的氣體排出;與此同時,二級氣缸油腔的體積在一、二級活塞直徑的差值作用下逐漸增大,腔內(nèi)的油壓逐漸降低,當油壓小于氣腔的氣壓時,膜片將克服油的壓力,從而貼向配油盤的穹形表面,使氣腔吸入氣體。
當活塞向軸側(cè)運動的過程中,一級氣缸油腔的體積逐漸增大,腔內(nèi)的油壓逐漸降低,當油壓小于氣腔的氣壓時,膜片將克服油的壓力,從而貼向配油盤的穹形表面,將氣體吸入氣腔當中;與此同時,二級氣缸油腔的體積在一、二級活塞直徑的差值作用下逐漸減小,腔內(nèi)的油壓逐漸升高,當油壓大于氣腔的氣壓時,膜片將克服氣體的壓力,從而貼向缸蓋的穹形表面,將氣腔內(nèi)的氣體排出。
2應用
(1)10噸以上綜合活塞力的機型需采用雙作用的結(jié)構,用以消除反向角對壓縮機的影響,十字頭銷的潤滑得以保證。雙作用結(jié)構對稱的兩列受力情況完全相同,使得壓縮機運行更加平穩(wěn)。
(2)10噸以下綜合活塞力的機型,若為兩級壓縮,且每一級膜片的直徑都很大時,也宜采用雙作用結(jié)構。因為膜片的直徑大,意味著氣缸缸蓋的尺寸更大,活塞的直徑也很大,因基礎件本身(機身、曲軸、連桿、十字頭)尺寸較小,使整個機組看起來不是很協(xié)調(diào),機組的振動也會過大。若采用雙作用結(jié)構,即通過增加氣缸的數(shù)量減少了膜片及缸蓋的尺寸,也減少了活塞直徑的大小,同時機組運行也更加平穩(wěn)。若每一級的膜片直徑不大,單作用結(jié)構即可,避免了增加氣缸數(shù)量造成的成本的增加。
(3)基于活塞密封的考慮,排氣壓力大于35MPA時不宜采用活塞環(huán)式的密封結(jié)構,而需采用柱塞式的密封結(jié)構。
然而柱塞式的活塞本身要求與氣缸缸徑的間隙非常小,所以此結(jié)構不宜應用到雙作用氣缸的結(jié)構當中,主要是因為雙作用結(jié)構的活塞較長,間隙小時安裝極其困難。所以柱塞式的活塞結(jié)構主要應用在蓋側(cè)單作用的結(jié)構當中。
3實例分析
現(xiàn)有一組氫氣隔膜壓縮機的基本參數(shù)為:進氣壓力29.8bar(G),排氣壓力200bar(G),氣量1100Nm3/h。
方案初定為蓋側(cè)單作用結(jié)構,兩級壓縮,D型布置,每級一個膜頭,級間壓力78bar(G),行程210mm。通過計算得出:
氣缸直徑:一級145mm,二級95mm;各列受力情況如圖2/3/4所示。
從圖2可以看出氣體力無反向角。
從圖3可以看出在氣體力和往復慣性力綜合作用下,十字頭銷處并不存在反向角反向角。
改用雙作用結(jié)構方案重新計算,每級各有兩個膜頭,同樣通過計算可以得出:
氣缸直徑:一級105mm,二級68mm;各列受力情況如圖5/6/7所示。
從圖4可以看出氣體力存在反向角。
從圖5可以看出在氣體力和往復慣性力綜合作用下,十字頭銷處反向角為160°,滿足API618的設計要求。
對比單、雙作用氣缸受力圖,可以看出雙作用氣缸各列所受氣體力比單作用的小100KN,所選機型大大降低。
4 結(jié)語
目前,沈陽遠大壓縮機有限公司為空氣化工(南京)有限公司生產(chǎn)的MD12-D-1000/29.8-200型氫氣隔膜壓縮機,雙作用結(jié)構,最大許用綜合活塞力12噸,氣量1000Nm3/h,排氣壓力達到200barg,已經(jīng)在用戶現(xiàn)場投入使用,各項參數(shù)滿足設計要求,運行平穩(wěn),得到了用戶的認可。
參考文獻
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收稿日期:2019-07-10
作者簡介:王曉龍(1989—),男,遼寧沈陽人,本科,研發(fā)部室主任,工程師,主要從事特種壓縮機的研發(fā)工作。