往复活塞式压缩机的节能方法
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机械振动使压缩机产生附加功率损失。惯性力及惯性力矩的平衡状态,决定了往复活塞式压缩机振动源的“消”或“减”的实况。而欲实施惯性力及矩的平衡,务必恪守经典力学给出的相关准则。诸如角度式压缩机各列气缸中心线间夹角的度数,立式及对称平衡型压缩机各曲拐的曲柄夹角度数,相关列的往复运动质量是相等抑或是某种倍数关系,曲轴平衡重的质量、质心得当等等。

气流脉动的抑止

往复活塞式压缩机气流脉动的抑止,有助于气阀的正常工作,也有助于气路管线的减振,还可降低轴功率。

高压及复杂气管路系统场合,更应对气流脉动状况先行预测并采取相应对策。

各级气缸进排气口处设置独立的缓冲容积,其抑止气流脉动功效明显。当然,其水容积值和与气缸法兰的距离,皆需恰当。

气履、填科、活塞环的改进

往复活塞式压缩机的这三大核心易损件,具有保障正常运转的重要功能,同时也是气流功率损失、机械往复摩擦功率损失的更主要源头。对其持久而深入的改进,对于压缩机运行节能和延长易损件更换期,以及避免非计划停车,皆意义重大。

合理的润滑

往复活塞式压缩机的传动机构和气缸的润滑,均应科学、合理。不只是注润滑液量适度,在其粘度、类型和品牌的选择上,亦应恰当。

当气缸、活塞杆和具有自润滑特性的工程塑料密封元件配合工作时,注以微量润滑液,可获轴功率稍减及工程塑料密封元件增寿之双重功效。

节能长寿之实机实测

笔者依照前述节能途径践行的2D4-3/3-250型全风冷CNG压缩机,经型式试验及工业运行考验,实践状态印证了前述理念的正确性。

2D4机转速980r/min,行程105mm,活塞平均速度3.43m/s,橇装。该机活塞组件的活塞环、导向环和填料皆系金属制造,传动机构采用反向润滑系统,传动件和压缩容积零件的承载面比压值皆超低(如表2)。2列对称平衡型的该机,经精心策划设计与制造调试,实现了旋转惯性力、Ⅰ阶往复惯性力与力矩的彻底平衡。其相对两列的往复运动质量差,1999年样机控制在40g级。该机仅残存量值不大,扰力频率为压缩机转速之倍的Ⅱ阶往复惯性力。

压缩机传动件承载面比压值比较

当吸气0.3MPa,排气25MPa,空气介质试车时,2D4实测值:容积流量3.225m³/min、供气量658Nm³/h、轴功率148.85kW、比功率13.57kW/ (Nm³·min-1)、容积效率76%、漏气率0.1136~0.1364%;换算为天然气介质时,供气量670Nm³/h、轴功率137kW、比功率12.26kW/ (Nm³·min-1)。此比功率值和国际名机德国ZM机器制造公司全风冷C211-316型CNG压缩机相当。C211机吸气0.3MPa,排气25MPa,供气量513Nm³/h、轴功率107kW、比功率12.5kW/ (Nm³·min-1) (样本值)。

2D4机在成都市成仁路公交压缩天然气公司加气站运行13400小时后,第Ⅳ级排气阀片方才破损 (2004年5月8日)。

2D4机系中国石油化工集团科技进步三等奖项目(省部级)。

本文摘选自《往复活塞式压缩机的节能途径与践行》作者:高其烈

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