往复式压机冷却系统的设计与研究.doc

1 引言 压缩机是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械。其中往复式压缩机属于容积式压缩机，是使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的压缩机。往复活塞式压缩机广泛应用与生产生活中，例如在空调制冷方面压缩机是制冷系统的心脏[1]，它是一些仪表用气、机械的动力的源泉。随着人们生活水平的提高，和一些重要精密仪器的出现，对压缩机的性能有了更高的要求，比如使用寿命，运行维护的费用，对环境的影响等等提出了新的要求。 压缩机在压缩过程中，会放出更多的热量，如果散热不好，就会造成排气温度过高，破坏压缩机性能。如果压缩过程散热充分，压缩过程就接近等温过程，压缩机功耗较小[2]。反之，压缩过程就接近绝热过程，压缩机功耗较大。因此，控制压缩机冷却效果是保证压缩机工作效率、较少耗能的关键环节。在这样一个节约的社会，摆在人们面前的一个大问题就是能源的问题，我们要做的就是减少能源的消费，者就显出了压缩机有很好冷却的重要性。 通过压缩空气来获得动力是工业领域中获取动力最常用的方式，利用空气压缩机来进行空气压缩，其能耗约占企业耗电总量的10%到35%。空气压缩机在工作时排气和循环油的温度高达85℃到95℃，而过多的废热会增加设备的耗能，并加快设备磨损，缩短设备的使用寿命。因此，为了保证设备的运行温度在允许范围内，空气压缩机的冷却系统需要采用水冷或者风冷的方式将这些热量排放到周围的环境中[3]。 当今世界，全球面临的共同难题是不可再生能源的枯竭、资源浪费。在能源有限的前提下，如何减少能源消耗已经成为各行各业的一大探寻目标和难题。无论在人们熟知的家电领域，还是在广泛的其它工业活动中，压缩机一直是各行各业不可缺少的重要设备一。尤其随着改革开放的不断深入，国民经济出现了高速增长，人们生活水平也不断提高，对于需要压缩机作为动力的器械与工程的依赖程度越来越大。据统计国内家用空调与家用冰箱上采用压缩机的每年新增用电量达到1.5×107kW，占全国新增发电量的1/4以上，这已经成为电力紧张的主要原因之一；在工业领域，从上一世纪30年代开始，在传统的活塞往复压缩机已经问世，并在世界上广泛应用的大环境下，作为新型的旋转式压缩机主流产品的滚动活塞压缩机又诞生于美国。到50年代开始在全球风行，到上世纪80年代，西方国家用于压缩机装备所消耗的电能占发电总量的10%以上，而且随着现在设备的复杂化，这一电耗比例在不断攀升。 现代的一台大型压缩机轴功率如果达到10000kW，能量损失在5%~20%，浪费的能量就达500~2000kW；对于小型压缩机，虽然单机功率较小，但是应用范围广，数量非常之大，总体的能量损失还是触目惊心。因此，挖掘潜力、减少压缩机能量损失、提高效率，势在必行。 现代科学技术的迅速发展，机械设备日益朝着高度自动化的方向发展，造成机械设备逐渐复杂，且零部件之间的联系更加紧密[4]。一旦某一部分发生故障，往往会引起整台设备的瘫痪，而且频繁的故障和较长的检修时间常常造成巨大的经济损失和人员伤亡事故的发生。人们对机械设备的可靠性、可用性、可维修性、经济性与安全性提出了越来越高的要求，现代工业生产中的设备系统比以往更注重效率和能耗，且环保的要求越来越高[5]。因此，无油润滑压缩机，和冷却效果良好的压缩机收到了很大的关注和运用。 在设备实际运行当中，如能增加无油润滑压缩机的使用时间，减小压缩机的维护时间，分析设备中异常的部位和原因，对于减少和防止事故的发生，提高生产的经济效益，起到极大的促进作用[6]。所以，开发出能够有良好散热性能的压缩机，和无润滑压缩机己成为社会化大生产的关键问题。 为保证往复活塞式压缩机的运行可靠性和经济性，必须通过冷却系统对其进行良好的冷却。针对不同类型的压缩机，对风冷式压缩机和水冷式压缩机的冷却系统的组成、特点、设计原则分别进行了阐述。 往复活塞式压缩机是利用活塞在气缸内作往复运动使容积减小而提高气体压力并输送气体的机械在石油、化工、机械、采矿、制冷、制药、冶金、建筑、土木、食品和国防等工业部门得到广泛应用。冷却系统是往复活塞式压缩机的重要组成部分之一它的优劣直接影响着压缩机的性能和正常操作因此对冷却系统的设计应予以足够重视。 往复式压缩机的优缺点 往复式压缩机就是曲轴带动连杆，连杆带动活塞，活塞做上下运动。活塞运动使气缸内的容积发生变化，当活塞向下运动的时候，汽缸容积增大，进气阀打开，排气阀关闭，空气被吸进来，完成进气过程；当活塞向上运动的时候，气缸容积减小，出气阀打开，进气阀关闭，完成压缩过程。通常活塞上有活塞环来密封气缸和活塞之间的间隙，气缸内有润滑油润滑活塞环。靠一个或几个作往复运动的活塞来改变压缩腔内部容积的容积式压缩机。目前往复式压缩机主要是活塞式空压机，化工工艺压缩机，石油，天然气压缩机，为主，而活塞式空