本文通过介绍活塞式压缩机的基本构造与工作原理，对其特点、基本结构和设计原则进行探讨，并介绍热力计算的全过程，以供参考。 标签： 活塞式压缩机；基本原则；设计；热力计算
引言：
往复压缩机产品广泛用于石油、化工、矿山、电力、食品、医药等各个领域，在国家重点项目建设中发挥了重要作用。经过几十年的发展，不仅享有较高的国内市场占有率，而且远销20多个国家和地区。特别是在石油化工生产中，如石脑油加氢、石油裂解气的分离、渣油加氢、空气分离、制甲醇、制冷等领域得到了广泛的应用和长足的发展。
一、往复活塞压缩机工作特点及研究状况
活塞压缩机的优点是：结构简单，制造技术很成熟，对加工材料和加工工艺要求比较低，它维修方便，容易实现高压缩比，因此它适应性强，能用于非常广泛的压力范围。以上种 种优点使得活塞压缩机的“性价比”很高。容易实现高压缩比（关键的特点）的原因主要是：它可以在活塞壁与气缸壁之间的活塞上设置能够有效地减少高压与低压之间漏气量的弹性活塞环，即便不设置该活塞环，由于活塞壁与气缸壁之间的接触面积很大，也会起到大幅度减少高压与低压之间通过充满了润滑油的两者缝隙之间的漏气量。漏气量小，排气效率，工作压缩比就会提高。 二、活塞压缩机概述
（一）分类
现代工业中，压缩气体的机械用的愈来愈多。各种形式的压缩机，按工作原理区分为两大类：速度式和容积式。速度型压缩机靠气体在高速旋转叶轮的作用下，得到巨大的功能，随后在扩压器中急剧降速，使气体的动能转变为势能。容积式压缩机靠气缸内作往复回转运动的活塞，使容积缩小而提高气体压力。
（二）基本结构
（1）基本部分：包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头等部件。其作用是传递动力、连接
基础与气缸部分。（2）气缸部分：包括气缸、气阀、活塞、填料以及安置在气缸上的排气量调节装置等部件。其作用是形成压缩容积和防止气体泄漏。（3）辅助部分：包括冷却器、缓冲器、液体分离器、安全阀、油泵、注油器及各种管路系统，这些部件是保证压缩机正常运转所必需的。（4）发展趋向：高压、高速、大容量。提高效率和延长使用期限。按系列化、通用化、标准化进行生产，以提高产量、质量、缩短制造周期，便于产品变型。
三、总体设计
（一）活塞式压缩机设计的基本原则
（1）满足用户提出的排气量、排气压力及有关使用条件的要求。（2）有足够长的使用寿命（应理解为压缩机需要大修时间间隔的长短），足够高的使用可靠性。（3）有较高的运转经济性。（4）有良好的动力平衡性。（5）维护检修方便。（6）尽可能采用新结构、新技术、新材料。（7）制造工艺性良好。（8）机器的尺寸小、重量轻。
（二）结构型式的选择
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机器的型式：对于大中型压缩机一般选择对称平衡型结构，其优点：整个机器维修管理方便，曲轴连杆等的安装、拆卸比较简单。惯性力完全可以平衡，惯性力矩也很小，甚至为零。对于相对两列的活塞力方向相反，能相互抵消，因此改善了主轴颈的受力情况，减少了主轴颈与轴承之间的磨损。
（三）热力计算所需原始数据
1、各段压缩气体的组分。
2、压缩机排气量及中间抽气量等。
3、入口吸气压力、温度、相对湿度及各段吸排气压力。
4、压缩机级间冷却情况。
5、压缩机的工作条件及操作特点。
（四）热力计算步骤
往复式压缩机动力、热力计算是压缩机设计中基本的、重要的一项工作，根据用户提供的成分、气量、压力等参数要求，经过热力计算得到压缩机的级数、列数、气缸尺寸等结构参数并确定电机功率。
1、计算各级名义吸、排气压力与温度
图1 热力计算流程图
计算名义吸排气压力，首先确定平均相对压力损失，由此查取最佳压力比，根据最佳压力比确定压缩机的级数。然后根据省功、降低末级排气温度和一级气缸直径等原则对各级压力比进行适当调整。最后确定各级吸、排气压力。
2、计算排气系数：发光管
含容积系数、压力系数、温度系数、气密系数。
3、计算干气系数：
某些介质中会含有水蒸气或者其它蒸汽，当气体经过压缩，蒸汽的分压将提高，而后在冷
却器中冷却，就可能会有饱和水析出，对下一级压缩的气量就会产生影响，因此需要考虑。
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4、计算抽气系数：
在一些化工流程中，经常遇到从级间抽气或者加气的情况，所以有时要考虑到它的影响。
5、计算气缸行程容积：
压缩机一级气缸行程容积按下式计算：
式中 ──压缩机的排气量（米3∕分）；
──压缩机的排气系数，λv1λp1λT1λg1。
6、计算气缸直径：
算得气缸行程容积之后，再按以下公式计算气缸直径。
本文中所设计的是活塞杆贯穿的双作用气缸，故按下式计算：
（2-2）
式中 ──气缸的行程容积（米3∕分）；
──活塞行程（米）；
──压缩机的转数（转∕分）；生发梳
──同级气缸数；
──活塞的直径（米）。
无尘涂装7、修正公称压力和温度：
由于计算的气缸直径都要进行圆整，导致各级的压力和温度会有某些变化，这是就要对压力和温度进行修正。
8、计算活塞力
根据气缸内的实际压力和活塞面积计算各列活塞在止点位置的活塞力
P=ΣpF
式中 P──每列的活塞力；
P──每列中各氣缸内的气体力；F──每列中各气缸内气体压力对活塞的作用面积。
9、计算轴功率
（千瓦）
式中 ──压缩机的指示功率（千瓦）；
──压缩机的机械效率。
机械效率表示压缩机运动机构完善程度，与压缩机的结构方案、制造质量、装备质量和机器的运行状态有关。
大、中型压缩机：
小型压缩机：
微型压缩机：
无油润滑压缩机比同类有油润滑压缩机的机械效率要低些。
10、选取合适的电动机
一般压缩机用电动机功率储备在5%-15%即可满足要求。
（五）其它部件的选择
联轴器，对于大中型压缩机与电动机的连接，多采用刚性联轴器。常用的連接型式是压缩机和电动机轴上都压人法兰，两法兰连接用的螺栓孔是铰制而成的。曲轴，曲轴是压缩机中传递力的重要零件，压缩机的曲轴有两种：曲柄轴和曲拐轴。连杆式将作用在活塞上的推力传递给曲轴同时又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动的机件。十字头，十字头是连接作摇摆运动的连杆与作往复运动的活塞杆的机件，它具有导向作用。十字头按连接连杆的型式分为开式和闭式两种。气缸，气缸是活塞式压缩机中组成压缩容积的主要部分。气缸因工作压力不同选用不同强度的材料。一般都采用水冷的方式，故采用具有整体式三层壁结构气缸。填料，填料是阻止气缸内气体自活塞杆与气缸之间泄露的组件，对填
料的基本要求是密封性能良好并耐用。它是易损件，故设计中尽量采用标准化或通用化的元件，一般采用直口和斜切口三瓣密封圈。飞轮，飞轮的主要作用是使压缩机曲轴旋转均匀，飞轮设计时的主要依据是机器允许的旋转不均匀度及动力计算所得的飞轮矩MD2的大小。
四、结束语
综上所述，压缩机设计的基本原则应该使压缩机的各项参数达到用户的原始数据的要求，同时保证各气路、水路、油路等保护装置的合理配置，减少故障的发生，在万一发生故障时能保证机组第一时间作出反应，进行报警或连锁停机，保证压缩机的使用寿命和工作可靠性。
参考文献：
[1]郁永章等.活塞式压缩机设计.机械工业出版社，1974
[2]陈永江.容积式压缩机原理与结构设计.西安交通大学出版社，1985：89～91
多媒体集中控制器[3]化工机械力学基础.西安交通大学化工机械教研室，1991：47～60
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