高壓循環壓縮機氣缸的設計和分析

潘峰 趙玉忱 張士永

【摘 要】針對高壓循環壓縮機的氣缸頻繁出現十字頭銷與連桿小頭瓦燒研的事故，通過對壓縮機氣缸的結構的改進和設計，增加十字頭銷在運行時的反向角度，從而使十字頭銷與連桿小頭瓦之間形成潤滑油膜，使其潤滑充分。這個解決的方法即精巧又安全，巧妙的依靠壓縮機氣缸工作的原理，較好的解決了燒研事故，避免了壓縮機設備故障停車，為企業工作帶來了效益。

【關鍵詞】高壓循環壓縮機 氣缸 十字頭銷 連桿小頭瓦

【Abstract】In view of the high pressure recycle compressor cylinder frequent cross pin and connecting rod head tile burning accident， through the improvements and design on the structure of the compressor cylinder， increase the crosshead pin reverse angle at run time， thus make the crosshead pin and connecting rod head lubricating oil film formed between tile have good lubrication.This solution is exquisite and security， rely on the working principle of the compressor cylinder，better solved the burn research accident，To avoid the compressor parking equipment failure， work has brought benefits for the enterprise.

【Keywords】High pressure recycle compressor； Cylinder； The crosshead pin； Connecting rod head tile

1 前言

目前在煉油、化肥、化工及氣體輸送等行業的大型化進程中，為了追求產能及效益，往往需要盡可能在高壓力下，提高壓縮機的流量，因此增加了很多高壓力和中大型基礎件的往復活塞式壓縮機的需求。在大型高壓壓縮機的氣缸，如果采用雙作用形式的氣缸結構，會受到頻繁出現十字頭銷與連桿小頭瓦燒研事故的困擾[1-2]。其主要原因就是，十字頭銷與連桿小頭瓦之間沒有得到充分的潤滑。因此從合理的設計氣缸方案上去解決這個問題，對于減少十字頭銷與連桿小頭瓦燒研事故重要的意義。

2 原因分析

在高壓壓縮機或高壓循環機的方案設計中，只有讓十字頭銷處具備足夠的反向角，使十字頭銷與連桿小頭瓦之間得到充分的潤滑，就不會導致十字頭銷與連桿小頭瓦燒研，才能避免壓縮機設備故障停車。高壓環境雙作用形式的氣缸在設計計算時，當軸側活塞桿的直徑與氣缸直徑接近時，也就是說氣缸容積減去活塞桿體積的有效工作容積過小，即軸側氣缸在壓縮工作時的綜合活塞力小于蓋側氣缸在吸氣工作時的綜合活塞力，就會導致該列氣缸內活塞在往復運行中反應到十字頭銷無論是蓋側還是軸側壓縮處始終是一側受力，理論上也就是沒有足夠的反向角[3]。以往很多設計方案是以采用貫穿活塞桿的形式來實現十字頭銷在運行時有足夠的反向角度值，但在氣缸蓋上支撐貫穿活塞桿的高壓填料，由于蓋側活塞桿徑向跳動的趨勢而導致填料壽命一直無法保證[4]，因此在高壓氣缸設計中采用貫穿活塞桿形式一直是個兩難的選擇。

3 結構設計和分析

最簡單的解決方法是將此級氣缸設計為軸側單作用，蓋側通此級的進氣壓力作為平衡缸用，減小氣缸軸側與蓋側綜合活塞力的差值，這樣就能使十字頭銷在運行時有足夠的反向角度值（API618標準規定≥15°）[5]，也就是說保證十字頭銷與連桿小頭瓦之間摩擦面任何一點具有足夠非接觸的時間和距離，這樣就能在十字頭銷與連桿小頭瓦之間形成潤滑油膜使其有充分的潤滑。

一旦采用軸側單作用這種結構的氣缸，在排氣壓力高于100bar時，為保證密封性降低泄漏量，大多采用少油或有油潤滑，為避免氣缸內潤滑油集聚、液積后導致活塞撞缸的事故發生，這就必須考慮液體的排放。由于蓋側平衡段的排液孔需要設置在氣缸最低端朝下的方向，與同壓力等級在氣缸上方的軸側氣缸吸氣腔，不能同置或共用一腔。又要解決自動控制，避免增加操作工人的復雜操作或人為的錯誤導致事故。下面我就對這個問題闡述自己的一個解決建議：

由于氣缸的排氣壓力高，氣缸的材料我們都采用鍛件35#。將鍛件氣缸的軸側設置成正常的上進下出形式。（這種形式有利于氣缸內的少量液體靠自身重力，由下面的排氣閥排出氣缸）結構如圖1 所示，而氣缸蓋側的上方在加工時，按常規縱向加工成容積較小的吸氣口，但加工后氣缸外側上面的加工工藝口用蓋板封死，軸向由缸蓋側進氣口至氣缸軸側進氣口加工出一個進氣通道，聯通軸側與蓋側進氣口以形成蓋側平衡段的作用，但加工后也用蓋板封死氣缸蓋外側的加工工藝口。在氣缸蓋側靠近缸蓋的下方加工出一個0.5cm3容積儲油腔，并將儲油腔底端與軸側進氣緩沖器用注油器管路的小直徑管子連接形成潤滑油回路。機構如圖 2所示，關鍵的設計點就在設計中蓋側平衡缸不能設置緩沖器，盡量減小通往與軸側吸氣口連通通道容積，是蓋側平衡段的余隙容積與氣缸上方進氣通道的容積和氣缸下方儲油腔三方之和的總體積必須小于氣缸蓋側容積的1/3，這樣才能保證不斷更換蓋側平衡缸內的氣體，即蓋側在吸、排氣時始終會有低溫的進氣來帶走氣缸內工作時介質流動產生的摩擦熱量，使平衡缸的氣體溫度不至于過高；也保證了潤滑油的排出。這就很簡單、很方便的解決高壓氣缸或

高壓循環壓縮機氣缸的設計問題。

4 結語

這種結構形式的氣缸，蓋側的潤滑油會隨著氣流，靠重力流入為其增設的儲油腔，靠微小的壓力差會使儲油腔內的潤滑油流入軸側進氣管路中；而軸側的潤滑油可以通過自重從下面的排氣閥，在排氣過程中隨著氣流帶出。這個解決的方法即精巧又安全，巧妙的依靠壓縮機氣缸工作的原理及特性不需要復雜的設備和操作工人就可自動解決。

參考文獻：

[1]郁永章.《活塞式壓縮機設計》.機械工業出版社，1981.

[2]石華鑫.《活塞式壓縮機設計》.西安交通大學，1964.

[3]郁永章.姜培正.孫嗣瑩.《壓縮機工程手冊》.中國石化出版社，2011.

[4]黃崇林，鐘經山.提高填料密封性能的方法[J].廣西機械，2002（1）：52～53.

[5]彭成澈.往復壓縮機無油潤滑機理研究[J].壓縮機技術，1989（4）：19～22.

[6]胡國楨，石流，嚴家賓.化工密封技術[M].北京：化學工業出版社，1990

作者簡介：潘峰（1972—），男，漢族，廣西容縣人，工學學士，職位：主任設計師，職稱：工程師，研究方向：往復活塞式壓縮機的高速、高效及安全性和可靠性的提高。