往復(fù)式壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

1、本科畢業(yè)論文第0頁(yè)共29頁(yè)1引言引言壓縮機(jī)是將低壓氣體提升為高壓氣體的一種從動(dòng)的流體機(jī)械。其中往復(fù)式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，是使一定容積的氣體順序地吸入和排出封閉空間提高靜壓力的壓縮機(jī)。往復(fù)活塞式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用與生產(chǎn)生活中，例如在空調(diào)制冷方面壓縮機(jī)是制冷系統(tǒng)的心臟[1]，它是一些儀表用氣、機(jī)械的動(dòng)力的源泉。隨著人們生活水平的提高，和一些重要精密儀器的出現(xiàn)，對(duì)壓縮機(jī)的性能有了更高的要求，比如使用壽命，運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用，對(duì)環(huán)境的影響等等提出了

2、新的要求。壓縮機(jī)在壓縮過(guò)程中，會(huì)放出更多的熱量，如果散熱不好，就會(huì)造成排氣溫度過(guò)高，破壞壓縮機(jī)性能。如果壓縮過(guò)程散熱充分，壓縮過(guò)程就接近等溫過(guò)程，壓縮機(jī)功耗較小[2]。反之，壓縮過(guò)程就接近絕熱過(guò)程，壓縮機(jī)功耗較大。因此，控制壓縮機(jī)冷卻效果是保證壓縮機(jī)工作效率、較少耗能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這樣一個(gè)節(jié)約的社會(huì)，擺在人們面前的一個(gè)大問(wèn)題就是能源的問(wèn)題，我們要做的就是減少能源的消費(fèi)，者就顯出了壓縮機(jī)有很好冷卻的重要性。通過(guò)壓縮空氣來(lái)獲得動(dòng)力是工業(yè)領(lǐng)域

3、中獲取動(dòng)力最常用的方式，利用空氣壓縮機(jī)來(lái)進(jìn)行空氣壓縮，其能耗約占企業(yè)耗電總量的10%到35%?？諝鈮嚎s機(jī)在工作時(shí)排氣和循環(huán)油的溫度高達(dá)85℃到95℃，而過(guò)多的廢熱會(huì)增加設(shè)備的耗能，并加快設(shè)備磨損，縮短設(shè)備的使用壽命。因此，為了保證設(shè)備的運(yùn)行溫度在允許范圍內(nèi)，空氣壓縮機(jī)的冷卻系統(tǒng)需要采用水冷或者風(fēng)冷的方式將這些熱量排放到周圍的環(huán)境中[3]。當(dāng)今世界，全球面臨的共同難題是不可再生能源的枯竭、資源浪費(fèi)。在能源有限的前提下，如何減少能源消耗已經(jīng)

4、成為各行各業(yè)的一大探尋目標(biāo)和難題。無(wú)論在人們熟知的家電領(lǐng)域，還是在廣泛的其它工業(yè)活動(dòng)中，壓縮機(jī)一直是各行各業(yè)不可缺少的重要設(shè)備一。尤其隨著改革開(kāi)放的不斷深入，國(guó)民經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)了高速增長(zhǎng)，人們生活水平也不斷提高，對(duì)于需要壓縮機(jī)作為動(dòng)力的器械與工程的依賴程度越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)家用空調(diào)與家用冰箱上采用壓縮機(jī)的每年新增用電量達(dá)到1.5107kW，占全國(guó)新增發(fā)電量的14以上，這已經(jīng)成為電力緊張的主要原因之一；在工業(yè)領(lǐng)域，從上一世紀(jì)30年代開(kāi)始，在傳

5、統(tǒng)的活塞往復(fù)壓縮機(jī)已經(jīng)問(wèn)世，并在世界上廣泛應(yīng)用的大環(huán)境下，作為新型的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)主流產(chǎn)品的滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)又誕生于美國(guó)。到50年代開(kāi)始在全球風(fēng)行，到上世紀(jì)80年代，西方國(guó)家用于壓縮機(jī)裝備所消耗的電能占發(fā)電總量的10%以上，而且隨著現(xiàn)在設(shè)備的復(fù)雜化，這一電耗比例在不斷攀升。現(xiàn)代的一臺(tái)大型壓縮機(jī)軸功率如果達(dá)到10000kW，能量損失在5%~20%，浪費(fèi)的能量就達(dá)500~2000kW；對(duì)于小型壓縮機(jī)，雖然單機(jī)功率較小，但是應(yīng)用范圍廣，數(shù)量非常之

6、大，總體的能量損失還是觸目驚心。因此，挖掘潛力、減少壓縮機(jī)能量損失、提高效率，勢(shì)在必行。本科畢業(yè)論文第2頁(yè)共29頁(yè)2往復(fù)式壓縮機(jī)的冷卻系統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)的冷卻系統(tǒng)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)是利用活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使容積減小而提高氣體壓力并輸送氣體的機(jī)械，在石油、化工、機(jī)械、采礦、制冷、制藥、冶金、建筑、土木、食品和國(guó)防等工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用。冷卻系統(tǒng)是往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的重要組成部分之一，控制壓縮機(jī)冷卻效果是保證壓縮機(jī)工作效率、較少耗能的關(guān)鍵環(huán)

7、節(jié)，如果壓縮機(jī)溫度過(guò)高還容易使壓縮機(jī)積碳，嚴(yán)重者發(fā)生爆炸。另外壓縮機(jī)如果熱力不均勻，會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力，降低了壓縮機(jī)的使用壽命。所以它的優(yōu)劣直接影響著壓縮機(jī)的性能和正常操作，因此對(duì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)予以足夠重視。2.12.1往復(fù)式壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)往復(fù)式壓縮機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)往復(fù)式壓縮機(jī)就是曲軸帶動(dòng)連桿，連桿帶動(dòng)活塞，活塞做上下運(yùn)動(dòng)?；钊\(yùn)動(dòng)使氣缸內(nèi)的容積發(fā)生變化，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，汽缸容積增大，進(jìn)氣閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，空氣被吸進(jìn)來(lái)，完成進(jìn)氣過(guò)程；當(dāng)

8、活塞向上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，氣缸容積減小，出氣閥打開(kāi)，進(jìn)氣閥關(guān)閉，完成壓縮過(guò)程。通常活塞上有活塞環(huán)來(lái)密封氣缸和活塞之間的間隙，氣缸內(nèi)有潤(rùn)滑油潤(rùn)滑活塞環(huán)?？恳粋€(gè)或幾個(gè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞來(lái)改變壓縮腔內(nèi)部容積的容積式壓縮機(jī)。目前往復(fù)式壓縮機(jī)主要是活塞式空壓機(jī)，化工工藝壓縮機(jī)，石油，天然氣壓縮機(jī)，為主，而活塞式空壓機(jī)現(xiàn)在主要向中壓及高壓方向發(fā)展，這個(gè)是螺桿機(jī)，離心機(jī)目前無(wú)法達(dá)到的一個(gè)高度。（1）活塞壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造技術(shù)很成熟，對(duì)加工材料和加

9、工工藝要求比較低，它維修方便，容易實(shí)現(xiàn)高壓縮比，因此它適應(yīng)性強(qiáng)，能用于非常廣泛的壓力范圍。以上種種優(yōu)點(diǎn)使得活塞壓縮機(jī)的性價(jià)比很高。容易實(shí)現(xiàn)高壓縮比（關(guān)鍵的特點(diǎn)）的原因主要是：它可以在活塞壁與氣缸壁之間的活塞上設(shè)置能夠有效地減少高壓與低壓之間漏氣量的彈性活塞環(huán)，即便不設(shè)置該活塞環(huán)，由于活塞壁與氣缸壁之間的接觸面積很大，也會(huì)起到大幅度減少高壓與低壓之間通過(guò)充滿了潤(rùn)滑油的兩者縫隙之間的漏氣量。漏氣量小，排氣效率，工作壓縮比就會(huì)提高[7]。（2

10、）活塞壓縮機(jī)也有明顯的缺點(diǎn)：由于采用曲軸連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)行而造成機(jī)器形體大而重，并且具有較大的噪聲和振動(dòng)，由于難以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速（高頻率壓縮氣體）而容易造成排氣量的波動(dòng)。2.22.2冷卻系統(tǒng)的組成作用冷卻系統(tǒng)的組成作用壓縮機(jī)中的冷卻系統(tǒng)包括：氣缸組件冷卻、級(jí)間冷卻、壓縮氣體排出壓縮機(jī)的后冷卻，以及潤(rùn)滑油的冷卻等。欲使壓縮機(jī)效率佳、工作可靠性高、使用壽命長(zhǎng)，冷卻性能良好是一個(gè)極重要的前提。此點(diǎn)對(duì)各類壓縮機(jī)諸如：活塞式、旋轉(zhuǎn)式以及各種不同