往復(fù)機(jī)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-11-12
往復(fù)機(jī)的實(shí)例教程
摘要：
往復(fù)活塞式壓縮機(jī)在許多生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，屬于高耗能的關(guān)鍵設(shè)備。余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)于提高往復(fù)壓縮機(jī)的能源利用效率，對(duì)于國(guó)家降低二氧化碳排放目標(biāo)具有重要意義。作者總結(jié)了余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)在國(guó)內(nèi)近十余年的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展歷史，分析了在多型號(hào)、多臺(tái)套往復(fù)式壓縮機(jī)上進(jìn)行技術(shù)改造的應(yīng)用情況，根據(jù)實(shí)際改造經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了余隙無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)氣量節(jié)能技術(shù)的所實(shí)現(xiàn)的特性指標(biāo)。該項(xiàng)技術(shù)除了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目標(biāo)外，還具有安全可靠性高，性價(jià)比高，優(yōu)化壓縮機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，提高壓縮機(jī)一次性運(yùn)行周期和工作效率等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：
往復(fù)活塞式壓縮機(jī)；余隙；無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；氣量調(diào)節(jié)；節(jié)能
壓縮機(jī)是一種通過(guò)壓縮氣體提高氣體壓力的機(jī)械設(shè)備，產(chǎn)品和技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油、天然氣、化工、冶金、電力、交通、電子、船舶、紡織、食品、醫(yī)藥、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、國(guó)防等很多領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[1],其中，往復(fù)活塞式壓縮機(jī)在多領(lǐng)域生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，屬于高耗能的關(guān)鍵設(shè)備；這主要是由于生產(chǎn)工藝的波動(dòng)導(dǎo)致與初始設(shè)計(jì)參數(shù)不符，造成很多往復(fù)活塞式壓縮機(jī)存在能源利用效率低、無(wú)用功耗大等問(wèn)題。《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中要求“十四五”期間“生產(chǎn)生活方式綠色轉(zhuǎn)型成效顯著，能源資源配置更加合理、利用效率大幅提高，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%，主要污染物排放總量持續(xù)減少”，并在“持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量”方面“堅(jiān)持節(jié)能優(yōu)先方針，深化工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域和公共機(jī)構(gòu)節(jié)能”[2]。因此，對(duì)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，降低或消除無(wú)用功耗，提高能源利用效率、降低二氧化碳排放，已是我國(guó)在“十四五”期間急需深化解決的問(wèn)題之一。
展開 本文以典型4缸API 618標(biāo)準(zhǔn)的往復(fù)壓縮機(jī)組為例，簡(jiǎn)單介紹下往復(fù)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用配置方案。
往復(fù)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)點(diǎn)布置示意圖：
擬配置測(cè)點(diǎn)清單（二次高壓壓縮機(jī)，4缸）：
傳感器及硬件配置介紹：
鍵相信號(hào)（Crankcase Reference Position Keyphasor）
往復(fù)機(jī)鍵相信號(hào)，可采用標(biāo)準(zhǔn)鍵相或多事件鍵相。
多事件鍵相系統(tǒng)與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)鍵相系統(tǒng)不同，它使用電渦流傳感器對(duì)曲軸上的多輪齒盤進(jìn)行監(jiān)測(cè)，除了可以提供每轉(zhuǎn)一次的參考點(diǎn)以外，還可以每旋轉(zhuǎn)30度就提供一個(gè)精確的參考計(jì)時(shí)信號(hào)（電壓脈沖）。產(chǎn)生的信號(hào)可用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為準(zhǔn)確的曲軸位置參考。多事件鍵相系統(tǒng)，可以幫助氣缸壓力測(cè)量獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果并提供更精確的壓力-流量曲線（P/V曲線）。
多事件鍵相的多齒輪盤可安裝在軸靠近驅(qū)動(dòng)器的外側(cè)，通常要求在驅(qū)動(dòng)軸上鉆孔和開孔。也可根據(jù)用戶機(jī)械結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)提供在軸上安裝圓箍式（由兩個(gè)半圓環(huán)組成）的齒輪盤，更方便安裝。標(biāo)準(zhǔn)鍵相每轉(zhuǎn)一次的參考點(diǎn)通常與1號(hào)氣缸的頂頭中心位置對(duì)齊。活塞桿位置和氣缸壓力監(jiān)測(cè)都需要使用鍵相參考信號(hào)。
主軸承溫度（Main Bearing temperatures）
曲軸主軸承溫度高表明設(shè)備有與油膜軸承相關(guān)的故障，如過(guò)載，軸承疲勞或潤(rùn)滑油不足。測(cè)量主軸承溫度和其它相關(guān)的過(guò)程參數(shù)可以幫助確定發(fā)動(dòng)機(jī)的整體運(yùn)行狀況。
可以在設(shè)備制造過(guò)程中在主軸承蓋上打鉆開孔以安裝溫度探頭，也可以在設(shè)備安裝完成后，移開軸承蓋，再打鉆開孔，安裝溫度探頭。
展開 1.離心式壓縮機(jī)
螺桿式壓縮機(jī)又稱螺桿壓縮機(jī)。20世紀(jì)50年代，就有噴油螺桿式壓縮機(jī)應(yīng)用在制冷裝置上，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損件少，能在大的壓力差或壓力比的工況下，排氣溫度低，對(duì)制冷劑中含有大量的潤(rùn)滑油（常稱為濕行程）不敏感，有良好的輸氣量調(diào)節(jié)性，很快占據(jù)了大容量往復(fù)式壓縮機(jī)的使用范圍，而且不斷地向中等容量范圍延伸，廣泛地應(yīng)用在冷凍、冷藏、空調(diào)和化工工藝等制冷裝置上。
以它為主機(jī)的螺桿式熱泵從20世紀(jì)70年代初便開始用于采暖空調(diào)方面，有空氣熱源型、水熱泵型、熱回收型、冰蓄冷型等。在工業(yè)方面，為了節(jié)能，亦采用螺桿式熱泵作熱回收。
2離心式壓縮機(jī)
離心式壓縮機(jī)是一種葉片旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)（即透平式壓縮機(jī)）。在離心式壓縮機(jī)中，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪給予氣體的離心力作用，以及在擴(kuò)壓通道中給予氣體的擴(kuò)壓作用，使氣體壓力得到提高。
早期，由于這種壓縮機(jī)只適于低，中壓力、大流量的場(chǎng)合，而不為人們所注意。由于化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，各種大型化工廠，煉油廠的建立，離心式壓縮機(jī)就成為壓縮和輸送化工生產(chǎn)中各種氣體的關(guān)鍵機(jī)器，而占有極其重要的地位。隨著氣體動(dòng)力學(xué)研究的成就使離心壓縮機(jī)的效率不斷提高，又由于高壓密封，小流量窄葉輪的加工，多油楔軸承等技術(shù)關(guān)鍵的研制成功，解決了離心壓縮機(jī)向高壓力，寬流量范圍發(fā)展的一系列問(wèn)題，使離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展，以致在很多場(chǎng)合可取代往復(fù)壓縮機(jī)，而大大地?cái)U(kuò)大了應(yīng)用范圍。
3往復(fù)活塞壓縮機(jī)
是各類壓縮機(jī)中發(fā)展最早的一種，公元前1500年中國(guó)發(fā)明的木風(fēng)箱為往復(fù)活塞壓縮機(jī)的雛型。18世紀(jì)末，英國(guó)制成第一臺(tái)工業(yè)用往復(fù)活塞空氣壓縮機(jī)。20世紀(jì)30年代開始出現(xiàn)迷宮壓縮機(jī)，隨后又出現(xiàn)各種無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)和隔膜壓縮機(jī)。50年代出現(xiàn)的對(duì)動(dòng)型結(jié)構(gòu)使大型往復(fù)活塞壓縮機(jī)的尺寸大為減小，并且實(shí)現(xiàn)了單機(jī)多用。
展開 往復(fù)壓縮機(jī)在進(jìn)、排氣閥吸氣、排氣，活塞、連桿、十字頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生撞擊和噪聲，并且各缸之間的撞擊和噪聲相互干擾，如果采用常規(guī)頻譜分析的手段，頻譜圖上將呈現(xiàn)連續(xù)而密集的寬帶譜線，故障特征信號(hào)被背景噪聲所湮沒(méi)，難以提取和識(shí)別，而且振動(dòng)對(duì)氣體泄漏也不敏感。
沖擊、漏氣和摩擦是往復(fù)機(jī)械最主要的信號(hào)類型，其在時(shí)域的特征如圖1所示。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)使用的往復(fù)壓縮機(jī)是由多個(gè)氣缸組成，各缸的進(jìn)排氣閥的開啟、關(guān)閉沖擊信號(hào)混雜在一起。往復(fù)壓縮機(jī)診斷技術(shù)強(qiáng)調(diào)各項(xiàng)參數(shù)處理成為相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的定位信號(hào)進(jìn)行分析，閥門開啟關(guān)閉、十字頭運(yùn)動(dòng)等事件與曲軸相位對(duì)應(yīng)起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)故障分析和預(yù)知。相位信號(hào)通過(guò)下述手段采集，在飛輪罩殼上固定安裝磁電式速度傳感器，盤車使1缸處于上止點(diǎn)位置，在飛輪上鉆孔使其與磁電傳感器精確對(duì)齊，各缸之間的角度差是固定的，這樣在逐缸測(cè)試各種類型的信號(hào)時(shí)，便有了一個(gè)相位參考基準(zhǔn)，就可以各類信號(hào)在一個(gè)做功周期內(nèi)與相應(yīng)的事件準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)起來(lái)，同時(shí)同類缸的同類信號(hào)也可以放在一起進(jìn)行類比判斷，哪個(gè)缸存在異常便易顯現(xiàn)出來(lái)。為進(jìn)一步消除各缸信號(hào)串?dāng)_，對(duì)振動(dòng)和超聲波信號(hào)進(jìn)行分頻段處理，超聲波信號(hào)取36kHz~44 kHz和15 .5 kHz~40 kHz；振動(dòng)高頻信號(hào)取5 .6kHz ~40 kHz；振動(dòng)中頻取180 Hz~8 kHz；振動(dòng)低頻取1Hz~8 kHz。高頻信號(hào)頻率高、波長(zhǎng)短、方向性好、衰減大，因此抗干擾性強(qiáng)；中、低頻信號(hào)與之相反，但能反映振動(dòng)能量的大小。幾種類型的信號(hào)采用不同的頻段組合，既可隔離干擾又能反映振動(dòng)的能量大小，各種信號(hào)相互印證，結(jié)合性能分析，便能對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)故障進(jìn)行全面地分析與診斷。
展開 在已有往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)的建模中，大部分都是使用一維或零維模型。
往復(fù)式壓縮機(jī)通常有三個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)部件:具有規(guī)律運(yùn)動(dòng)的活塞，根據(jù)作用在其上的壓力而動(dòng)態(tài)開啟的進(jìn)氣閥和排氣閥。壓縮機(jī)活塞和進(jìn)出口閥片在運(yùn)行時(shí)相互作用，閥片動(dòng)力學(xué)對(duì)壓縮機(jī)系統(tǒng)的效率和性能起到很大的作用，因此在仿真模型中必須同時(shí)考慮活塞壓縮機(jī)和閥片之間的耦合關(guān)系。在已有的報(bào)道中鮮有這種活塞壓縮機(jī)-閥系統(tǒng)耦合CFD模型。這是因?yàn)椋?em>往復(fù)壓縮機(jī)的三維CFD耦合建模會(huì)涉及復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格算法和可變時(shí)間步長(zhǎng)模型，建模難度太大。Simerics MP+軟件專注于容積式流體機(jī)械（如泵和壓縮機(jī)）的CFD仿真，將往復(fù)壓縮機(jī)三維CFD網(wǎng)格劃分和求解方法模板化，解決了軟件易用性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。
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往復(fù)機(jī)的最新內(nèi)容
比如R22二氟一氯甲烷作為當(dāng)今使用最廣泛的中低溫制冷劑，廣泛用于往復(fù)式壓縮機(jī)作為工業(yè)、商業(yè)、家庭空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑。然而，R22也屬于HCFC類制冷劑，根據(jù)蒙特利爾協(xié)議書規(guī)定將于2030年前全面淘汰。這提醒我們，雖然這些氣體為我們帶來(lái)了涼爽，但同時(shí)我們也需要承擔(dān)起保護(hù)環(huán)境的責(zé)任。
總的來(lái)說(shuō)，冷媒行業(yè)的氣體危害是一個(gè)復(fù)雜且多元的話題。
脈動(dòng)或不穩(wěn)定流動(dòng)
用于脈動(dòng)或不穩(wěn)定流動(dòng)中的止回閥，其選用需給予特殊考慮，例如用于往復(fù)式壓縮機(jī)中的止回閥，可能會(huì)隨著流量的變化被快速打開和關(guān)閉，這可能會(huì)導(dǎo)致錘擊和閥門的損壞。關(guān)于脈動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng)中使用的閥門類型可能會(huì)存在不同的意見，但是通常蝶型止回閥、斜盤式止回閥和軸流式止回閥被推薦用于脈動(dòng)或不穩(wěn)定流動(dòng)。
在可燃?xì)怏w往復(fù)式壓縮機(jī)的各段出口應(yīng)設(shè)安全閥，安全閥的放空管應(yīng)接至壓縮機(jī)各段入口管道上或壓縮機(jī)一段人口管道上；
3. 可燃?xì)怏w和可燃液體受熱膨脹可能超過(guò)設(shè)計(jì)壓力的管道應(yīng)設(shè)安全閥；
4. 在兩端有可能關(guān)閉，而導(dǎo)致升壓的液化烴管道上，應(yīng)設(shè)安全閥或采取其他安全措施；
5.
［７］ 顧海明，金永煦．往復(fù)式壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)影響因素分析［Ｊ］．南京化工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），１９９８，（０１）：８６－８９．
［８］ 李程，呂明，李海三，沈書乾，楊平．往復(fù)式壓縮機(jī)氣體脈動(dòng)分析及壓力降計(jì)算［Ｊ］．化工機(jī)械，２０１６，４３（０４）：４７２－４７５．
我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)使用的往復(fù)壓縮機(jī)是由多個(gè)氣缸組成，各缸的進(jìn)排氣閥的開啟、關(guān)閉沖擊信號(hào)混雜在一起。往復(fù)壓縮機(jī)診斷技術(shù)強(qiáng)調(diào)各項(xiàng)參數(shù)處理成為相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的定位信號(hào)進(jìn)行分析，閥門開啟關(guān)閉、十字頭運(yùn)動(dòng)等事件與曲軸相位對(duì)應(yīng)起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)故障分析和預(yù)知。
本文以典型4缸API 618標(biāo)準(zhǔn)的往復(fù)壓縮機(jī)組為例，簡(jiǎn)單介紹下往復(fù)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用配置方案。
2
液擊對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的影響：
◆ 往復(fù)式壓縮機(jī)液擊瞬間產(chǎn)生的高壓具有很大的破環(huán)性，可以在很短時(shí)間內(nèi)造成壓縮受力件（如閥片、活塞、連桿、曲軸、活塞銷等）的損壞，可以說(shuō)液擊是是往復(fù)式壓縮機(jī)的致命殺手。
［３］ 程強(qiáng)，劉洪佳，等．往復(fù)壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)方式對(duì)壓力脈動(dòng)模擬影
響［Ｊ］．壓縮機(jī)技術(shù)，２０２２，（５）：
４８－５１．
3.1 往復(fù)式空壓機(jī)工藝及功率計(jì)算
3.2 螺桿式空壓機(jī)工藝及功率計(jì)算（有銘牌額定壓力和實(shí)際運(yùn)行壓力計(jì)算）
文章來(lái)源：化工工藝小課堂
( 2) 測(cè)點(diǎn)布置方法
內(nèi)燃機(jī)噪聲測(cè)試參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 1859—2000《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)輻射的空氣噪聲測(cè)量工程及簡(jiǎn)易法》，按照規(guī)定采用九點(diǎn)布置法。噪聲測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示，可見噪聲測(cè)試的表面為一個(gè)矩形六面體，第一張圖為矩形六面體的前視圖，第二張為俯視圖，圓圈代表聲學(xué)傳感器，測(cè)試表面與內(nèi)燃機(jī)各側(cè)面平行且距離內(nèi)燃機(jī)1 m。加速度傳感器的布置位置根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)選在機(jī)體上或振動(dòng)較大的結(jié)構(gòu)點(diǎn)上。
